数字电表原理及万用表设计
DH6505A数字电表原理及万用表设计
（实验指导书）
实
验
讲
义
DH6505A数字电表原理及万用表设计
使用说明书
数字电表以它显示直观、准确度高、分辨率强、功能完善、性能稳定、体积小易于携带等特点在科学研究、工业现场和生产生活中得到了广泛应用。数字电表工作原理简单，完全可以让同学们理解并利用这一工具来设计对电流、电压、电阻、压力、温度等物理量的测量，从而提高大家的动手能力和解决问题能力。
［实验目的］
1、了解数字电表的基本原理及常用双积分模数转换芯片外围参数的选取原则、电表的校准原则以及测量误差来源。
2、了解万用表的特性、组成和工作原理。
3、掌握分压、分流电路的原理以及设计对电压、电流和电阻的多量程测量。
4、了解交流电压、三极管和二极管相关参数的测量。
5、通过数字电表原理的学习，能够在传感器设计中灵活应用数字电表。
［实验仪器］
1、DH6505A数字电表原理及万用表设计实验仪。
2、四位半通用数字万用表。（自备）
3、示波器。（自备）
4、ZX25a电阻箱。（自备）
［实验原理］
一、数字电表原理
常见的物理量都是幅值大小连续变化的所谓模拟量，指针式仪表可以直接对模拟电压和电流进行显示。而对数字式仪表，需要把模拟电信号(通常是电压信号)转换成数字信号，再进行显示和处理。
数字信号与模拟信号不同，其幅值大小是不连续的，就是说数字信号的大小只能是某些分立的数值，所以需要进行量化处理。若最小量化单位为?，则数字信号的大小是?的整数倍，该整数可以用二进制码表示。设?=0.1mV，我们把被测电压U与?比较，看U 是?的多少倍，并把结果四舍五入取为整数N (二进制)。一般情况下，N≥1000即可满足测量精度要求(量化误差≤1/1000=0.1%)。所以，最常见的数字表头的最大示数为1999，被称为三位半(3 1/2)数字表。如：U是? (0.1mV)的1861倍，即N=1861，显示结果为186.1(mV)。这样的数字表头，再加上电压极性判别显示电路和小数点选择位，就可以测量显示-199.9～199.9mV的电压，显示精度为0.1mV。
1、双积分模数转换器（ICL7107）的基本工作原理
双积分模数转换电路的原理比较简单，当输入电压为Vx时，在一定时间T1内对电量为零的电容器C进行恒流（电流大小与待测电压Vx成正比）充电，这样电容器两极之间的
电量将随时间线性增加，当充电时间T1到后，电容器上积累的电量Q 与被测电压Vx 成正比；然后让电容器恒流放电（电流大小与参考电压Vref 成正比），这样电容器两极之间的电量将线性减小，直到T2时刻减小为零。所以，可以得出T2也与Vx 成正比。如果用计数器在T2开始时刻对时钟脉冲进行计数，结束时刻停止计数，得到计数值N2，则N2与Vx 成正比。
双积分AD 的工作原理就是基于上述电容器充放电过程中计数器读数N2与输入电压Vx 成正比构成的。现在我们以实验中所用到的3位半模数转换器ICL7107为例来讲述它的整个工作过程。ICL7107双积分式A/D 转换器的基本组成如图1所示，它由积分器、过零比较器、逻辑控制电路、闸门电路、计数器、时钟脉冲源、锁存器、译码器及显示等电路所组成。下面主要讲一下它的转换电路，大致分为三个阶段：
第一阶段，首先电压输入脚与输入电压断开而与地端相连放掉电容器C 上积累的电量，然后参考电容Cref 充电到参考电压值Vref ，同时反馈环给自动调零电容C AZ 以补偿缓冲放大器、积分器和比较器的偏置电压。这个阶段称为自动校零阶段。
第二阶段为信号积分阶段（采样阶段），在此阶段Vs 接到Vx 上使之与积分器相连，这样电容器C 将被以恒定电流Vx/R 充电，与此同时计数器开始计数，当计到某一特定值N1（对于三位半模数转换器，N1=1000）时逻辑控制电路使
T1
是一定的，假设时钟脉冲为T CP ，则T1=N1*T CP 。在此阶段积分器输出电压Vo=-Qo/C(因为Vo 与Vx 极性相反)，Qo 为T1时间内恒流（Vx/R ）给电容器C 充电得到的电量，所以存在下式：
Qo=
dt R Vx T *1
=1T R Vx
(1) Vo=-
C Qo =-1T RC
Vx (2)
图 1 双积分AD 内部结构图
图2 积分和反积分阶段曲线图
第三阶段为反积分阶段（测量阶段），在此阶段，逻辑控制电路把已经充电至ref V 的参考电容ref C 按与X V 极性相反的方式经缓冲器接到积分电路，这样电容器C 将以恒定电流
R V ref 放电，与此同时计数器开始计数，电容器C 上的电量线性减小，当经过时间T2后，
电容器电压减小到0，由零值比较器输出闸门控制信号再停止计数器计数并显示出计数结果。此阶段存在如下关系：
Vo+
C
1
dt R Vref
T *2
?=0 （3） 把（2）式代入上式，得：
T2=
Vref
T 1
Vx (4) 从（4）式可以看出，由于T1和Vref 均为常数，所以T2与Vx 成正比，从图2可以看出。若时钟最小脉冲单元为CP T ,则CP T N T *=11，CP T N T *=22，代入（4），
即有：
N2= Vx (5) 可以得出测量的计数值N2与被测电压Vx 成正比。
对于ICL7107，信号积分阶段时间固定为1000个CP T ,即N1的值为1000不变。而N2的计数随Vx 的不同范围为0～1999，同时自动校零的计数范围为2999～1000，也就是测量周期总保持4000个CP T 不变。即满量程时N2max=2000=2*N1,所以Vxmax=2Vref ，这样若取参考电压为100mV ，则最大输入电压为200mV ；若参考电压为1V ，则最大输入电压为2V 。
对于ICL7107的工作原理这里我们不再多说，以下我们主要讲讲它的引脚功能和外围元件参数的选择，让同学们学会使用该芯片。
2、ICL7107双积分模数转换器引脚功能、外围元件参数的选择
Vref
N 1
图3 ICL7107芯片引脚图
图4 ICL7107和外围器件连接图
ICL7107芯片的引脚图如图3所示，它与外围器件的连接图如图4所示。图4中它和
数码管相连的脚以及电源脚是固定的，所以不加详述。芯片的第32脚为模拟公共端，称为COM端；第36脚Vr+和35脚Vr-为参考电压正负输入端；第31脚IN+和30脚IN-为测量电压正负输入端； Cint和Rint分别为积分电容和积分电阻，Caz为自动调零电容，它们与芯片的27、28和29相连，用示波器接在第27脚可以观测到前面所述的电容充放电过程，该脚对应实验仪上示波器接口Vint；电阻R1和C1与芯片内部电路组合提供时钟脉冲振荡源，从40脚可以用示波器测量出该振荡波形，时钟频率的快慢决定了芯片的转换时间（因为测量周期总保持4000个Tcp不变）以及测量的精度。下面我们来分析一下这些参数的具体作用：
Rint为积分电阻，它是由满量程输入电压和用来对积分电容充电的内部缓冲放大器的输出电流来定义的，对于ICL7107，充电电流的常规值为Iint=4uA，则Rint=满量程/4uA。所以在满量程为200mV，即参考电压Vref=0.1V时，Rint=50K,实际选择47K电阻；在满量程为2V，即参考电压Vref=1V时，Rint=500K,实际选择470K电阻。Cint=T1*Iint/Vint,一般为了减小测量时工频50HZ干扰，T1时间通常选为0.1S ，具体下面再分析，这样又由于积分电压的最大值Vint=2V，所以：Cint=0.2uF,实际应用中选取0.22uF。
对于ICL7107，38脚输入的振荡频率为：f0=1/(2.2*R1*C1)，而模数转换的计数脉冲频率是f0的4倍，即Tcp=1/(4*f0)，所以测量周期T=4000*Tcp=1000/f0，积分时间（采样时间）T1=1000*Tcp=250/fo。所以fo的大小直接影响转换时间的快慢,频率过快或过慢都会影响测量精度和线性度。一般情况下，为了提高在测量过程中抗50HZ工频干扰的能力，应使A/D转换的积分时间选择为50HZ工频周期的整数倍，即T1=n*20ms,考虑到线性度和测试效果，我们取T1=0.1m(n=5)，这样T=0.4S，f0=40kHZ，A/D转换速度为2.5次/秒。由T1=0.1=250/f0，若取C1=100pF，则R1≈112.5KΩ。
3、用ICL7107A/D转换器进行常见物理参量的测量
图5 图6
（1）直流电压测量的实现（直流电压表）
Ⅰ: 当参考电压Vref=100mV时，Rint=47KΩ。此时采用分压法实现测量0～2V的直流电压 ,电路图见图5。
Ⅱ:直接使参考电压Vref=1V，Rint=470KΩ来测量0～2V的直流电压，电路图如图6。
（2）直流电流测量的实现（直流电流表）
直流电流的测量通常有两种方法，第一种为欧姆压降法，如图7所示，即让被测电流流过一定值电阻Ri，然后用200mV的电压表测量此定值电阻上的压降Ri*Is（在Vref=100mV 时，保证Ri*Is≤200mV就行），由于对被测电路接入了电阻，因而此测量方法会对原电路有影响，测量电流变成Is’=R0*Is/(R0+Ri),所以被测电路的内阻越大，误差将越小。第二种方法是由运算放大器组成的I-V变换电路来进行电流的测量，此电路对被测电路的无影响，但是由于运放自身参数的限制，因此只能够用在对小电流的测量电路中，所以在这里就不再详述。
图7
(3)电阻值测量的实现（欧姆表）
Ⅰ:当参考电压选择在100mV时，此时选择Rint=47KΩ，测试的接线图如图8所示，图中Dw是提供测试基准电压，而Rt 是正温度系数（PTC）热敏电阻，既可以使参考电压低于100mV，同时也可以防止误测高电压时损坏转换芯片，所以必需满足Rx=0时，Vr≤100mV。由前面所讲述的7107的工作原理，存在：
Vr=(Vr+)–(Vr-)=Vd*Rs/(Rs+Rx+Rt) (6)
IN=(IN+)–(IN-)=Vd*Rx/(Rs+Rx+Rt) (7)
由前述理论N2/N1=IN/Vr有：
Rx=（N2/N1）*Rs （8）
所以从上式可以得出电阻的测量范围始终是0～2RsΩ。
Ⅱ: 当参考电压选择在1V时，此时选择Rint=470KΩ，测试电路可以用图9实现，此电路仅供有兴趣的同学参考，因为它不带保护电路，所以必需保证Vr≤1V。
在进行多量程实验时(万用表设计实验)，为了设计方便，我们的参考电压都将选择为100mV，除了比例法测量电阻我们使Rint=470KΩ和在进行二极管正向导通压降测量时也使Rint=470KΩ并且加上1V的参考电压。
图8 图9
二、数字万用表设计
h和二极管正向压降的测常用万用表需要对交直流电压、交直流电流、电阻、三极管
FE
量等，图10为万用表测量基本原理图。下面我们主要讲讲提到的几种参数的测量：
图10数字万用表基本原理图
本实验使用的DH6505型数字电表原理及万用表设计实验仪，它的核心是由双积分式模数A/D转换译码驱动集成芯片ICL7107和外围元件、LED数码管构成。为了同学们能更好的理解其工作原理，我们在仪器中预留了8个输入端，包括2个测量电压输入端(IN+ 、IN-)、2个基准电压输入端(Vr+、Vr-)、3个小数点驱动输入端（dp1、dp2和dp3）以及模拟公共端（COM）。
1、直流电压量程扩展测量
在前面所述的直流电压表前面加一级分压电路(分压器)，可以扩展直流电压测量的量程。如图11所示，电压表的量程Uo 为200mV ，即前面所讲的参考电压选择100mV 时所组成的直流电压表，r 为其内阻(如10M Ω)，1r 、2r 为分压电阻，Ui 为扩展后的量程。
图11分压电路原理 图12多量程分压器原理
由于r>>r 2，所以分压比为
2
12
0r r r U U i += 扩展后的量程为
多量程分压器原理电路见图12，无档量
程的分压比分别为1、0.1、0.01、0.001和0.0001，对应的量程分别为200mV 、2V 、20V 、200V 和2000V 。
采用图12的分压电路（见实验仪中的分压器b ）虽然可以扩展电压表的量程，但在小量程档明显降低了电压表的输入阻抗，这在实际应用中是行不通的。所以，实际通用数字万
用表的直流电压档分压电路（见实验仪中的分 图13实用分压器原理 压器a ）为图13所示，它能在不降低输入阻抗
（大小为R//r ，R=R1+R2+R3+R4+R5）的情况下，达到同样的分压效果。
例如：其中20V 档的分压比为：
01.01010054321543==++++++M
K
R R R R R R R R
其余各档的分压比也可照此算出。
2000V
200V 20V 2V 200mV
9M 90K 9K U i
900K R2R3R4R5
R1
1K
KS2
直流电压表
IN+IN-
Uo
2
21U r r U i +=
实际设计时是根据各档的分压比和以及考虑输入阻抗要求所决定的总电阻来确定各分压电阻的。首先确定总电阻：
R=R1+R2+R3+R4+R5=10M
再计算2000V 档的分压电阻：
R5=0.0001R=1K
然后200V 档分压电阻：
R4+R5=0.001R R4=9K
这样依次逐档计算R3、R2和R1。
尽管上述最高量程档的理论量程是2000V ，但通常的数字万用表出于耐压和安全考虑，规定最高电压量限为1000V 。由于只重在掌握测量原理，所以我们不提倡大家做高电压测量实验。
在转换量程时，波段转换开关可以根据档位自动调整小数点的显示。同学们可以自行设计这一实现过程，只要对应的小数位dp1、dp2或dp3插孔接地就可以实现小数点的点亮。
2、直流电流量程扩展测量（参考电压100mV ）
测量电流的原理是：根据欧姆定律，用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压，再进行测量。如图14，由于电压表内阻r>>R ，∴取样电阻R 上的电压降为：
i i U I R =
图14电流测量原理 图15多量程分流器电路
若数字表头的电压量程为Uo ，欲使电流档量程为Io ，则该档的取样电阻(也称分流电阻)Ro=
Io
Uo
。若0U =200mV ，则0I =200mA 档的分流电阻为1R =Ω。 多量程分流器原理电路见图15。
图9中的分流器（见实验仪中的分流器b ）在实际使用中有一个缺点，就是当换档开关接触不良时，被测电路的电压可能使数字表头过载，所以，实际数字万用表的直流电流档
图16 实用分流器原理
电路（见实验仪中的分流器a ）为图16所示。
图16中各档分流电阻的阻值是这样计算的：先计算最大电流档的分流电阻5R ：
同理下一档的4R 为：
这样依次可以计算出R3、R2和R1的值。
图16中的FUSE 是2A 保险丝管，起到过流保护作用。两只反向连接且与分流电阻并联的二极管D 1、D 2为硅整流二极管，它们起双向限幅过压保护作用。正常测量时，输入电压小于硅二极管的正向导通压降，二极管截止，对测量毫无影响。一旦输入电压大于0.7V ，二极管立即导通，两端电压被钳制在0.7V 内，保护仪表不被损坏。
用2A 档测量时，若发现电流大于1A 时，应尽量减小测量时间，以免大电流引起的较高温升而影响测量精度甚至损坏电表。
3、交流电压、交流电流测量(参考电压100mV)
数字万用表中交流电压、电流测量电路是在直流电压、电流测量电路的基础上，在分压器或分流器之后加入了交直流转换电路，即AC-DC 变换电路，具体电路图见图17。
该AC-DC 变换器主要由集成运算放大器、整流二极管、RC 滤波器等组成，电位器RW 用来调整输出电压高低，用来对交流电压档进行校准之用，使数字表头的显示值等于被测交流电压的有效值。实验仪中用图18所示的简化图代替。
同直流电压档类似，出于对耐压、安全方面的考虑，交流电压最高档的量限通常限定为750V (有效值)。
)
(1.02
2.050Ω===m s I U R )(9.01.02
.02
.05404
Ω=-=-=R I U R m
图17 交直流电压转换电路
图18 交直流电压转换简图
4、电阻测量电路(参考电压0～1V)
数字万用表中的电阻档采用的是比例测量法，其原理电路图见前面的图8，测量时我们拨动拨位开关K1-1，使Rint=470K，使参考电压的范围为0～1V。
如前所述：
Rx=（N2/N1）*Rs
N2=1000*Rx/Rs
当Rx=Rs时，数字显示将为1000，若选择相应的小数点位就可以实现电阻值的显示。若构成200Ω档，取Rs=100Ω,小数点定在十位上，即让dp3插孔接地，当Rx变化时，显示从0.1Ω～199.9Ω；若构成2KΩ档，取Rs=1KΩ，小数点定在千位上，即让dp3插孔接地，当Rx变化时，显示从0.001KΩ～1.999KΩ；其它档类推。
数字万用表多量程电阻档电路如图10所示，由上述分析给电阻参数的选择如下： R1=100Ω
R2=1000-R1=900Ω
R3=10K-R1-R2=9KΩ
R4=100K-R1-R2-R3=90KΩ
R5=1000K-R1-R2-R3-R4=900KΩ
R与
图19中由正温度系数(PTC)热敏电阻
晶体管T组成了过压保护电路，以防误用电阻档
去测高电压时损坏集成电路。当误测高电压时，
晶体管T发射极将击穿从而限制了输入电压的
升高。同时R t随着电流的增加而发热，其阻值
迅速增大，从而限制了电流的增加，使T的击穿
电流不超过允许范围。即T只是处于软击穿状
态，不会损坏，一旦解除误操作，R t和T都能恢
复正常。
5、三极管参数h FE的测量(参考电压100mV)
测量NPN管的h FE大小的电路如图20所示，
三极管的固定偏置电阻由R37和R39组成，调整
R37可使基极电流I B=10uA， R42为取样电阻，
这样输入直流电压表的电压为：图19 多档电阻测试图Vin=V XNO≈h FE*I B*R42= h FE*10uA*10Ω=0.1h FE(mV)
若表头为200mV的量程，则理论上测量范围为0～1999，但为了不出现较大误差，实际测量范围限制在0～1000之间，测量过程中可以让小数点消隐(即不点亮)。测量PNP管的h FE大小的电路如图21所示,原理和测量NPN管的h FE大小一样，所以不再赘述。
测量h FE时需注意以下事项：
(1)仅适用于测量小功率晶体管。这是因为测试电压较低同时测试电流较小的缘故。倘若去测大功率晶体管，测量的结果就与典型值差很大。
(2)当Vin≥200mV时，仪表将显示过载，应该立即停止测量。
图20 NPN管测试电路图21 PNP管测试电路
6、二极管正向压降的测量(参考电压1V)
进行二极管正向压降测试的电路图如图22，+5V经过R36,PTC向二极管提供5V的测试电压，使二极管D9导通，测试电流（即二极管正向工作电流）If≈1mA，导通压降Vf输入到IN+和IN-端，由于Vf的大小一般在0～2V之间，所以我们可以选择参考电压为1V，此时通过拨位开关选择Rint=470KΩ，这样可以直接测出Vf的值。如果想用200mV档测试，必需要对Vf分压才行，请同学们自己分析。
图22 二极管正向压降测试图
［实验内容与步骤］
一、实验仪组成简介
DH6505数字电表原理及万用表设计实验仪模块如图所示，下面我们讲讲各模块的功能。
1、ICL7107模数转换及其显示模块。
2、量程转换开关模块。
3、直流电压电流模块，提供直流电压和电流，通过模块中的电位器进行调节。
4、待测元件模块，提供二极管、电阻、NPN三极管和PNP三极管各一个。
5、AD参考电压模块，提供模数转换器的参考电压，通过模块中的电位器进行调节。
6、参考电阻模块，提供可调参考电阻和可调待测电阻各一个。
7、交直流电压转换模块，把交流电压转换成直流电压，模块中有电位器进行调整。
8、电阻档保护模块，防止过压损坏仪器。
9、电流档保护模块，防止过流。
10、NPN三极管测量模块、PNP三极管测量模块、二极管测量模块。
11、量程扩展分压器a、b，分流器a、b，以及分档电阻模块。
二、数字电表原理实验
◆直流电压的测量
（1）200mV档量程的校准
图24 直流电压测量接线图
1、拨动拨位开关K1-2到ON，其他到OFF，使Rint=47KΩ（注：拨位开关K1和K2，拨到上方为ON，拨到下方为OFF。）。调节AD参考电压模块中的电位器，同时用万用表200mV 档测量其输出电压值，直到万用表的示数为100mV为止。
2、调节直流电压电流模块中的电位器，同时用万用表200mV档测量该模块电压输出值，使其电压输出值为0-199.9mV的某一具体值（如：150.0mV）。
3、拨动拨位开关K2-3到ON，其他到OFF，使对应的ICL7107模块中数码管的相应小数点点亮，显示XXX.X。
4、按图24方式接线。
5、观察ICL7107模块数码管显示是否为前述0-199.9mV中那一具体值（如：150.0mV）。若有些许差异，稍微调整AD参考电压模块中的电位器使模块显示读数为前述那一具体值(如：150.0mV)。
6、调节直流电压电流模块中的电位器，减小其输出电压，使模块输出电压为199.9mV、180.0mV、160.0mV、……20.0mV、0mV；并同时记录下万用表所对应的读数。再以模块显示的读数为横坐标，以万用表显示的读数为纵坐标，绘制校准曲线。
7、若输入的电压大于200mV，请先采用分压电路并改变对应的数码管在进行，请同学们自行设计实验。注意在测量高电压时，务必在测量前确定线路连接正确，避免伤亡事故。
（2）2V档量程校准
1、拨动拨位开关K1-1到ON，其他到OFF，使Rint=470KΩ。调节AD参考电压模块中的电位器，同时用万用表2V档测量其输出电压值，直到万用表的示数为1.000V为止。
2、调节直流电压电流模块中的电位器，同时用万用表2V档测量该模块电压输出值，使其电压输出值为0-1.999V的某一具体值（如：1.500V）。
3、拨动拨位开关K2-1到ON，其他到OFF ,使对应的ICL7107模块中数码管的相应小数点点亮，即显示X.XXX
4、按图24方式接线。
5、观察ICL7107模块数码管显示是否为0-1.999V中的前述的那某一具体值（如：1.500V）。若有些许差异，稍微调整AD参考电压模块中的电位器使模块显示读数为前述那一具体值（如：1.500V）。
6、调节直流电压电流模块中的电位器，减小其输出电压，使模块输出电压为1.999V、1.800V、1.600V、……0.020V、0V；并同时记录下万用表所对应的读数。再以模块显示的读数为横坐标，以万用表显示的读数为纵坐标，绘制校准曲线。
*若输入的电压大于2V，请先采用分压电路并改变对应的数码管小数点位后再进行实验，请同学们自行设计实验。多量程扩展实验将在后面进行详细说明。
*在上面实验进行校准时，由于直流电压电流模块中的电位器细度不够，可能调整不到相应的值（如：150.0mV和1.500V），可以调整到一个很接近的值；但是在稍微调整AD参考电压模块中的电位器时，注意一定要使模块显示值与实际测量的直流电压电流模块中输出的电压值显示一样。在以下电流档的校准也同样遵循这一原则。
◆直流电流的测量
(1) 20mA档量程校准
1、测量时可以先左旋直流电压电流模块中的电位器到底，使输出电流为0。
2、拨动拨位开关K1-2到ON，其他到OFF，使Rint=47KΩ。调节AD参考电压模块中的电位器，同时用万用表200mV档测量输出电压值，直到万用表的示数为100mV为止。
3、拨动拨位开关K2-2到ON，其他OFF,使对应的ICL7107模块中数码管的相应小数点点亮，显示XX.XX。
4、按照图25方式接线。供电。向右旋转调节直流电压电流模块中的电位器，使万用表显示为0-19.99mA的某一具体值（如：15.00mA）。
5、观察模数转换模块中显示值是否为0-19.99mA中的前述的那某一具体值（如：15.00mA）。若有些许差异，稍微调整AD参考电压模块中的电位器使模块显示数值为0-19.99mA中的前述的那某一具体值（如：15.00mA）。
6、调节直流电压电流模块中的电位器，减小其输出电流，使显示模块输出电流为19.99mA、18.00mA、16.00mA、……0.20mA、0mA；并同时记录下万用表所对应的读数。再以模块显示的读数为横坐标，以万用表显示的读数为纵坐标，绘制校准曲线。
图25 直流电流测量接线图
（2）2mA档量程校准
1、若要进行2mA档校准，只需要把分流器b中的电阻选用100Ω，ICL7107模块中数码管对应的显示为X.XXX。同时把万用表的量程选择为2mA档，然后重复实验步骤1～6即可。
2、更高量程的输入请用分流电路a来实现，同学们可以自行设计实验。
◆电阻的测量
图26 电阻档校准接线图
图27 电阻测量接线图
1、由于电阻档基准电压为1V，所以在进行电阻测试时，选择参考电压为1V的设置，即拨动拨位开关K1-1到ON，其他到OFF，使Rint=470KΩ。这样可以保证在Rx=0时，Rs 上的电压将最大为1V，即参考电压(Vr+)-(Vr-)≤1V。
2、进行2KΩ档校准。把高精度电阻箱的电阻值给定为1500Ω；拨动拨位开关K2-1到ON，其他到OFF。使对应的ICL7107模块中数码管的相应小数点点亮，显示X.XXX。
3、按照图26方式接线。
4、观察模数转换模块中显示值是否为1.500。若有些许差异，稍微调节RWs使模块显示数值为1.500。
5、调节外接高精度电阻箱，使显示模块输出读数分别为 1.999KΩ、1.800KΩ、1.600KΩ、……0.200KΩ、0.000KΩ；同时记录下电阻箱的电阻值。再以模块显示的读数为横坐标，以电阻箱的读数为纵坐标，绘制校准曲线。
6、进行未知电阻Rx的测量。
7、首先用万用表测出Rx的值；调节电位器RWx，使之在0～1.999K之间，记录下该电阻的值，然后再按照图27方式接线，记录下模块显示的读数。比较两者测量的误差，重复多次测量，分析误差来源。
8、其它档也可以通过调节电位器RWs改变Rs的值，并用相应的外接高精度电阻箱进行校准，请同学们自行设计实验。
*实际在对电阻进行精密测量时也是用上述方法进行实现的，即进行每档分别校准，但为了使测量有很好的线性度一般使参考电压保持不变（由于我们要求的精度不是很高，所以参考电压是变化的对不同的测量值）。下面我们介绍一种用于精密电阻测量的方法，其原理图见图28。它采用的是恒流源电路，这样模数转换参考电压是维持不变的，其中R为精密电阻，IL=Eg/R=Vx/Rx；Vx=Eg*Rx/R；Vref=Eg；Rw和Rm用于校准时调整用，理论上只要校准时选择精度足够高的Rx，测量将同样精确，在加上一些放大处理电路，此电路可以使测量精确到微欧。
图28 精密电阻测量
◆200mV交流电压的校准
图29 交流电压的测量
1、先进行200mV直流电压档量程的校准（参照◆直流电压的测量）。
2、调节交流电压电流模块的交流电压输出，用万用表测量，使之为0-199.9mV中的某一具体值（如：150.0mV）。
3、按照图29方式接线。供电。看模块的显示值是否为0-199.9mV中的前述那一具体值（如：150.0mV）。若有差别，调节交直流电压转换模块中的电位器，使模块与万用表测
万用表AC-DC测量原理
数字万用表的类型多达上百种，按量程转换方式分类，可分为手动量程式数字万用表、自动量程式数字万用表和自动／手动量程数字万用表；按用途和功能分类，可分为低档普及型（如DT830型数字万用表）数字万用表、中档数字万用表、智能数字万用表、多重显示数字万用表和专用数字仪表等；按形状大小分，可分为袖珍式和台式两种。数字万用表的类型虽多，但测量原理基本相同。下面以袖珍式DT830数字万用表为例，介绍数字万用表的测量原理。DT830属于袖珍式数字万用表，采用9V叠层电池供电，整机功耗约20mW；采用LCD液晶显示数字，最大显示数字为±1999，因而属于3z位万用表。 同其他数字万用表一样，DT830型数字万用表的核心也是直流数字电压表DVM（基本表）。它主要由外围电路、双积分A／D转换器及显示器组成。其中，A／D转换、计数、译码等电路都是由大规模集成电路芯片ICL7106构成的。 （1）直流电压测量电路图1为数字万用表直流电压测量电路原理图，该电路是由电阻分压器所组成的外围电路和基本表构成。把基本量程为200mV的量程扩展为五量程的直流电压挡。图中斜线区是导电橡胶，起连接作用。 图1 数字万用表直流电压测量电路原理图 （2）直流电流测量电路图2为数字万用表直流电流测量电路原理图，图中VD1、VD2为保护二极管，当基本表IN＋、IN一两端电压大于ZOOmV时，VD1导通，当被测量电位端接入IN一时，VD2导通，从而保护了基本表的正常工作，起到“守门”的作用。R2～R5、RC．分别为各挡的取样电阻，它们共同组成了电流－电压转换器（I／U），即测量时，被测电流△在取样电阻上产生电压，该电压输人至IN＋、IN—两端，从而得到了被测电流的量值。若合理地选配各电流量程的取样电阻，就能使基本表直接显示被测电流量的大小。
数字万用表的设计
单片机数字万用表的设计 一、引言 数字万用表是一种多用途电子测量仪器。它采用数字化测量技术，把实际测量的模拟量，转化为离散的数字量进行输出显示，主要用于物理、电气、电子等测量领域，一般包含电流表（安培计）、电压表（伏特计）、电阻表（欧姆计）等功能，也称为万用计、多用计、多用电表或万用电表。 万用表是电子和电气技术领域必备的测量仪器，用于测量电子电路中的各种物理量（电压、电流、电阻等），常作为基本故障诊断的便携式装置，也有放置在工厂或实验室工作台上作为桌上型装置。有的万用电表分辨率能达到七、八位数，常用在实验室，作为电压或电阻的基准，或用来调校多功能标准器的性能。相比传统的指针式万用表，数字万用表具有以下的主要优点： （1）数字显示直观准确，无视觉误差，读数准确； （2）测量精度和分辨率都很高； （3）输入阻抗高，减少对被测电路的工作影响； （4）电路集成度高，便于组装和维修； （5）测量功能齐全，测量速率快； （6）保护功能齐全，有过压、过流保护电路； （7）功耗低，抗干扰能力强； （8）便于携带，使用方便。 本次设计的任务是制作一个数字万用表，可实现如下的功能及要求： （1）可以测量直流电压、直流电流和电阻； （2）能将测量得到的数值直观、准确地显示出来，并标明相应的单位； （3）具有超量程时的报警提示。 二、系统硬件分析与设计 数字万用表的基本功能是，能够测量直流电压、电流以及电阻的阻值，数字万用表的基本组成由图1所示，其中，模数转换是数字万用表的核心：
图1.数字万用表的基本原理图 如图2所示，本设计将由以下几大部分组成。包括：复位电路、震荡电路、A/D转换和控制、测量值输出、超量程报警和档位选择。 其中，复位电路用于单片机上电复位使系统清零；震荡电路为单片机提供精确的时钟频率，使电路工作更加稳定；A/D转换和控制部分负责模数转换及输入输出信号的控制；测量值输出则负责显示待测物理量大小的数值；超量程报警用于超出量程范围时的报警提示，提醒使用者更换量程。 图2.硬件系统总体设计框图 1、STC的89C52单片机的特点及功能介绍 （1）89C52单片机的主要特点及功能特性 89C52是一款低电压，高性能的8位CMOS型单片机，片内有8k字节以Flash 闪存为介质的，能擦写的只读程序存储器及256字节的随机存取数据存储器。89C52型单片机仍属于51单片机家族群，都支持一个共同的指令集（MSC-51），
基于单片机的数字电能表设计
学号： 密级： 本科毕业论文 基于单片机的数字电能表设计 院系名称： 专业名称：电气工程及其自动化 学生姓名： 指导老师：
郑重声明 本人呈交的学位论文是由本人在导师的精心指导下，独立学习、研究、设计出来的成果，论文中的所有文字、数据、图片资料、表格真实可靠，都由本人亲自撰写。据本人所知，论文中除文中已经注明引用的内容外，不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，都已经在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。 本人签名：
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摘要 随着电力需求的急骤上升，电能表作为计量电量的主要工具，设计出功能 更多、准确度更高的电能表对于节约用电有极其重要的意义。本文采用单片机作为主控芯片，该电能表具有精度高、准确等优点，有很好的实用开发价值。 数字电能表的诞生打破了传统电子测量仪器的模式和格局。它显示清晰直观、读数准确，采用了先进的数显技术，大大地减少了因人为因素所造成的测量误差事件。数字电能表是把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式，并加以显示的仪表。数字电能表把电子技术、计算技术、自动化技术的成果与精密电测量技术密切的结合在一起，成为仪器、仪表领域中独立而完整的一个分支，数字电能表标志着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先河。 本设计以单片机为开发平台，控制系统采用AT89C51单片机，A/D转换采用ADC0832。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便进行8路其它A/D转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。简易数字电能测量电路由A/D转换、数据处理、显示控制等组成。 关键词：数字电能表；AT89C51；硬件合成
基于单片机的数字万用表设计
题目：基于单片机的数字万用表设计 院系: 机电工程系 专业: 机电一体化 学号: 姓名: 指导教师: 完成日期:
摘要 本次设计用单片机芯片AT89s52设计一个数字万用表，能够测量交、直流电压值、直流电流、直流电阻以及电容，四位数码显示。此系统由分流电阻、分压电阻、基准电阻、电容测试芯片电路、51单片机最小系统、显示部分、报警部分、AD转换和控制部分组成。为使系统更加稳定，使系统整体精度得以保障，本电路使用了AD0809数据转换芯片，单片机系统设计采用AT89S52单片机作为主控芯片，配以RC上电复位电路和11.0592MHZ震荡电路，显示芯片用TEC6122，驱动8位数码管显示。程序每执行周期耗时缩到最短，这样保证了系统的实时性。 关键词数字万用表AT89S52单片机AD转换与控制
)目录 目录 摘要 (ii) Abstract ............................................... 错误!未定义书签。绪论 .. (4) 1. 数字万用表设计背景 (6) 1.1数字万用表的设计目的和意义 (6) 1.2 数字万用表的设计依据 (6) 1.3数字万用表设计重点解决的问题 (6) 2 数字万用表总体设计方案 (6) 2.1数字万用表的基本原理 (6) 2.2 数字万用表的硬件系统设计总体框架图 (12) 2.3硬件电路设计方案及选用芯片介绍 (13) 2.3.1 设计方案 (13) 2.3.2 芯片选择及功能简介 (14) 2.4数字万用表的硬件设计 (24) 2.4.1分模块详述系统各部分的实现方法 (24) 2.4.2 数字万用表控制硬件整体结构图 (29) 2.4.3 电路的工作过程描述 (29) 3. 系统软件与流程图 (30) 3.1 电路功能模块 (30) 3.2系统总流程图 (30) 3.3物理量采集处理流程 (32) 3.4电压测量过程流程图 (32) 3.5电流的测量过程流程图 (34) 3.6电阻的测量过程流程图 (35) 3.7电容测量过程流程图 (36) 结论 (37) 致谢 (38) 参考文献 (39)
智能电表的设计
四川理工学院 课程设计书 学院计算机学院 专业物联网工程20121班 课程无线传感器网络 题目现代小区智能电表课程设计 教师符长友 学生胥玉环刘依粒胡伟杰宋治桦设计时间：2014年7月5日至2017年7月11日
前言 近年来，在低碳经济、绿色节能及可持续发展思想的推动下，如何进一步提高电网效率，积极应对环境挑战，提高供电可靠性和电能质量，完善电力用户服务，适应更加开放的能源及电力市场化环境需要，对未来电网的发展提出了更高的要求。智能电网的概念应运而生并成为全球电力行业共同研究和探讨的热点，支撑中国乃至全球智能电网的将是通信技术、信息处理技术和控制技术。智能电表作为智能电网建设的重要基础装备，加快智能电表产业链整合，促进其产业化，对于电网实现信息化、自动化和互动化具有支撑作用。基于以上分析，本文研究旨在基于AT89C51单片机的智能电表的设计。 本次设计基于单片机AT89C51是以微处理器或微控制器芯片为核心的可以存储大量的测量信息并具有对测量结果进行实时分析、综合和做出各种判断能力的仪器。一般具有自动测量功能，强大的数据处理能力，进行自动调零和单位换算功能，能进行简单的故障提示，具有操作面板和显示器，有简单的报警功能。 本文主要包括以下三个方面的工作： (1)智能电表的设计背景、优点及发展现状 本文首先分析智能电表的设计背景，其次讨论智能电表的优点及相关的应用。 (2)智能电表的硬件和软件实现 分析智能电表应该具备的功能，给出该仪表的总体设计框图；详细讨论了该电路的核心芯片选取、数据采集电路的设计、通信电路及输入输出系统的实现并给出了核心芯片．AT89C51的详细参数；使用结构化程序设计手段，利用单片机C语言程序实现按键的扫描并处理程序、数据的采集及后续的算法程序、红外或RS485通信方式的自动抄表程序、CPU卡的读写操作程序以及段式LCD的显示驱动程序。 (3)设计的结论分析、不足及未来的展望 阐述了设计的测试结果并对结论进行了分析，给出了设计中的不足之处，并提出了将来的修改意见及改进之处，对智能电表的未来进行展望。
最新多功能数字万用表设计与制作
多功能数字万用表设 计与制作
1、摘要 随着科技的日新月异，电子产品发展也非常之快，在电子电路测试、家用电气设备的维修、电子仪器检修、电子元器件测量中，万用表是最普及、最常用的的测量仪表。由于它操作简单、功能齐全、便于携带、一表多用等特点，深受电工、电子专业工作者及广大无线电爱好者的喜爱。 事实证明，万用表不仅能检测电工、电子元器件的性能优劣，查找电子、电气线路的故障，估测某些电气参数，有时还能代替专业测试仪器，获得比较准确的结果，基本上可以满足电工、电子专业人员和业余无线电爱好者的需要。因此，推广万用表的应用技术，实现一表多用，既符合节约精神，又可以在一定程度上克服专用仪器的困难。 多功能数字万用表是在电子方面的学习、开发以及生产方面应用相当广发的一种仪器工具，整机电路设计以大规模的集成模拟和数字电路组合，采用 STM32F103RBT6为核心，高精度的运算放大器，低功耗高效率的开端电源转换器，全电子调校技术赋予仪表高可靠性，高精度。仪表可用于测量交直流电压、交直流电流、电阻、电感、电容，RS232C接口技术的应用使其和计算机构成可靠多种的双向通讯。仪表采用独特的外观设计，采用OLED3.1液晶显示器，仪表采用220V交流供电使之成为性能更优越的高精度电工仪表。
目录 1摘要 (2) 多功能数字万用表的设计与制作 (11) 2项目概述与功能需求 (11) 3项目论证 (12) 3.1 总体方案论证 (12) 3.1.1设计目标 (12) 3.1.2总体设计方案 (12) 3.2小模块方案设计： (15)
(18) 4 项目设计 (18) 4.1 系统模块设计 (18)
基于51单片机的数字电流表设计
湖南科技大学 单片机课程设计 题目基于单片机的数字电流表设 计 姓名 学院 专业 学号 指导教师 成绩
二〇一一年五月二十六日
单片机课程设计任务书 一、设计题目： 基于单片机的数字电流表设计 二、设计要求： 1、数字电流表在平常工作环境中能良好工作 2、能测0——1000mA电流，至少能达1%的精度 3、要求掌握I/V信号转换，A/D转换器的使用和数据采集系统的 设计 4、电流表能数字显示，且由单片机处理采集数据并驱动LED显 示
摘要 本设计是通过采样电阻及信号放大电路将待测的电流信号I转换成0—1V电压信号, 由A/D转换器采集电压信号，并将电压转换的数字信号传输给单片机，由单片机完成对采样信号的处理、分析，最后输出信号驱动LED显示器，显示被测的电压值。
目录 一、功能要求 (1) 二、原理及方案论证 (2) 三、系统硬件电路的设计 (3) 四、系统程序的设计 (4) 五、调试及设计结果 (5) 参考文献 (6)
一、功能要求 1、数字电流表在平常工作环境中能良好工作 2、能测0——1000mA电流，至少能达1%的精度 3、要求掌握I/V信号转换，A/D转换器的使用和数据采集系统的 设计 4、电流表能数字显示，且由单片机处理采集数据并驱动LED显 示 二、原理及方案论证 1、数字电流表工作原理 1.1采样电阻网络 原理如下图所示，输入被测电流通过量程转换开关S1——S4，流经采样电阻R1——R4，由欧姆定律可知：U=I*R，因而转换输出电压为0V——0.1V的电压，输出电压可再经后续放大电路放大处理。 1.2高共模抑制比放大电路 如下图，由双运放组成的同相输入高共模抑制比放大电路，其
数字万用表设计
第一章设计总阐述 1.1方案阐述 本设计是由5个模块组成：直流电源部分、A/D 转换电路、码制转换电路、秒定时电路、报警显示电路模块。 直流电源部分采用5V电源。 A/D 转换电路采用八路（八位八通道A/D 转换器），将8路信号输入选择八位二进制码输出，进行码制转换。从而再用译码器和数码显示管完成数字显示。 秒定时电路采用555时基电路构成单稳态触发器。 报警电路采用多个三极管，555多谐振荡器和发光二极管组成。 1.2产品概述： 用途：适用于通信电缆施工、维修及设备安装过程中，对线排序及寻找特定线对的操作。 性能：具有高性能、低功耗、小体积、重量轻和音量可调，它将为你的对线操作带来方便、轻松和高效率。 特点：该装置查线速度快、现实直观、可以单人校线，还可以复校、结构简单、成本低廉、不易发生故障、工作可靠。
第二章 模块化设计 设计原理： 如图所示，给定各芯线与其相连电阻下标相同的号码1、2、3、…X ，…m （1～m ）。Vs 在Rx 上形成分压 Vx=（Rx/Ro+Rx ）*Vs 并可在近端测量得到。由于Vx 必定已知，从而可测定当前被测芯线的号码是第几。但Vx 不必读出，可以将其进行A/D 转换，译码，数字显示后直接读出数字1～m 中的一个，就是该芯线的预设号码。 为了A/D 便于转换，R1～Rm 的取值原则应满足如下条件： （Rx+1/Ro+Rx+1-Rx/Ro+Rx ）*Vs=△Vs 式中：Vs 是常量即电源电压值。 △ Vs 是转换器的参考电压和转换阶梯；Vx 是第x 级取样电压下限值。 2.1 A/D 转换部分 1）它具有八路模拟信号输入选择，八位二进制码输出的一个逐次比较A/D 转换器。输入端受地址译码器输出的控制。本设计选择模拟通道1N0输入，则地址预置在ADDC 、ADDB 、ADDA=000。当地址锁存允许ALE=1时，输入1N0的模拟信号送入A/D 转换器。 2）ADC0809 1.主要特性 1）8路8位A ／D 转换器，即分辨率8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100μs 4）单个＋5V 电源供电
数字万用表的基本原理和维修
常用数字万用表的基本原理和维修 看到经常有人问万用表烧了怎么修，就写了这个帖子，希望对大家能有所帮助．有什么疑问的话也可以共同研究． 我们常用的万用表基本都是用７１０６为核心做的，例如８３０，９２０５，９２０８等等这些表． 很多厂家在设计电路时会考虑对7106做适当的保护措施,例如在图中的IN+与地之间接一个三极管,将电压限制在1V以内.如果出现误操作导致高压进入,这个三极管被击穿短路,使得7106不会损坏.如果发现万用表在电压档一直显示0V的话,就检查这部分电路.芯片损坏的几率还是比较小的,大部分都是外围元件坏了. 7106是个典型的3位半AD转换器,基本原理如下: 2008-4-7 16:48 7106 750V,是因为元器件耐压的问题,而且通常也不需要太大的量程). 直流电压测量原理 前面几个是分压电阻,分别对应个量程.如果表坏了根据这个图可以很快的判断出故障部位.这种表的刀盘很复杂,拆的时候一定要注意刀盘弹簧片的位置,查找走线方向时一定要仔细,一不小心就看错了. 2008-4-7 16:57 830-DCV.JPG
交流电压测量:前端电路与支流电压完全相同,只是多了个整流电路.与普通指针表二极管整流不同,数字表都用运放整流,精度会高很多. 如果你的表在直流电压和电流档都正常,就是在交流电压和交流电流档有问题的话,不用怀疑,肯定是这部分出了问题.这里的整流一般都用TL062和2个1N4148,在电路板上很好找. 新加一张实际图,图中的TL062就是整流用的(不同的表所在的位置可能会不一样).这部分损坏的话交流就会出问题. 2008-4-7 17:07 830-ACV.JPG
基于51单片机的数字电压表设计
目录 摘要........................................................................ I 1 绪论. (1) 1.1数字电压表介绍 (1) 1.2仿真软件介绍 (1) 1.3 本次设计要求 (2) 2 单片机和AD相关知识 (3) 2.1 51单片机相关知识 (3) 2.2 AD转换器相关知识 (4) 3 数字电压表系统设计 (5) 3.1系统设计框图 (5) 3.2 单片机电路 (5) 3.3 ADC采样电路 (6) 3.4显示电路 (6) 3.5供电电路和参考电压 (7) 3.6 数字电压表系统电路原理图 (7) 4 软件设计 (8) 4.1 系统总流程图 (8) 4.2 程序代码 (8) 5 数字电压表电路仿真 (15) 5.1 仿真总图 (15) 5.2 仿真结果显示 (15) 6 系统优缺点分析 (16) 7 心得体会 (17) 参考文献 (18)
1 绪论 1.1数字电压表介绍 数字电压表简称DVM，数字电压表基本原理是将输入的模拟电压信号转化为数字信号，再进行输出显示。而A/D转换器的作用是将连续变化的模拟信号量转化为离散的数字信号，器基本结构是由采样保持，量化，编码等几部分组成。因此AD转换是此次设计的核心元件。输入的模拟量经过AD转换器转换，再由驱动器驱动显示器输出，便得到测量的数字电压。 本次自己的设计作品从各个角度分析了AD转换器组成的数字电压表的设计过程及各部分电路的组成及原理，并且分析了数模转换进而使系统运行起来的原理及方法。通过自己的实践提高了动手能力，也只有亲历亲为才能收获掌握到液晶学过的知识。其实也为建立节约成本的意识有些帮助。本次设计同时也牵涉到了几个问题：精度、位数、速度、还有功耗等不足之处，这些都是要慎重考虑的，这些也是在本次设计中的收获。 1.2仿真软件介绍 Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows 操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是: (1)现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 (2)支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、 A VR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。 (3)提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。 (4)具有强大的原理图绘制功能。 可以仿真51系列、A VR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的
数字万用表设计报告
智能数字万用表 郭盛，谢鹏程，王飘，张玙姣 摘要：本设计能够精准的测量直流电压、交流电压和电阻。电阻测量是采用xxxxxx；交流测量是用AD637真有效值转换芯片将交流信号转换成直流电压后测量，可以实现10MΩ的输入阻抗和高安全性。电路中关键器件采用精密运算放大器OPA07；ADC采用ICL7135芯片；控制器选用89C52单片机，实现了低功耗，量程自动切换功能。另外，通过利用继电器，实现了测量档位转换的便捷和可靠性。系统采用键盘输入，液晶显示输出，人机交互灵活，界面友好，操作简单。该作品的性能指标达到了题目的设计要求。 关键字：数字万用表、ICL7135、89C52单片机
一、系统方案 1.题目任务要求及相关指标要求分析 系统主要分为：直流电压、交流电压和电阻测量三部分。直流电压和交流电压制作的指标都不高，实现起来比较容易。 系统最主要的问题是电阻测量。XXXXXXXXXXX 2.方案论证与比较 （1）交流有效值测量方案 方案一：模拟运算法。根据有效值的数学定义，用集成器件乘法器、开放器等依次对被测信号进行平方、平均、开方等计算直接得到交流信号输出有效值。这种方案的测量动态范围小，精度不高且当输入信号的幅度变小时，平均器输出电压的平均值下降很快，输出幅度很小。 方案二：交流整形电路。采用AD637集成真有效值转换芯片，把交流电压信号转换为幅值等于交流有效值的直流电压信号，再对直流电压信号进行测量，这种方案电路简单、响应速度快、失真度小，工作稳定可靠，故采用此种方案。 （2）电阻测量部分 方案一：电阻比例法。基于双积分式A/D转换，采用比例法构成的电阻-数字的转换。比例法测量原理图如图1所示。 此方案由于在电阻Rx、Rs中流过相同的电流，因此不需要精密的基准电流源，但需要计数器和基准时钟发生器且电路复杂。 方案二：恒流源法。XXXXXXXXXXX
采用LM5017的智能电表设计方案
采用LM5017的智能电表设计方案 文章来源：半导体器件应用网https://www.wendangku.net/doc/f5856899.html, 近年来，中国国家电网智能化改造非常迅猛。2013 年，中国国家电网公司推出新一代的智能电能表系列标准。在新标准中，对电源供电的规格提出新的要求。 1 总体需求 智能电表中的载波通信(PLC)模块供电规格，要求最为严格。新标准要求智能电表通信载波模块供电12V Vcc，在满载时的输出电压纹波要小于1‰(单相智能表的满载电流是125mA，三相智能表的满载电流是400mA)。 图 1 是常用的三相智能表电源架构。从电源架构上看，智能表通过线性交流变压器+整流桥的方式，将220Vac 降到较低的直流电压。由于智能表需要有抗接地故障抑制能力(按国网标准，要求在2 倍额定电压的情况下，电能表不能损坏)，其输入电压范围通常较宽一般需要0.8 倍~2 倍的额定电压。
图 1. 常用国网 3 相电表电源架构 TI 的LM5017，是新一代高压同步变换器。其输入电压范围是7.5V~100V，输出电流可以达到600mA，非常适合在三相智能表中应用。 2 纹波注入原理 在新国网规范中，LM5017 需要面对的主要问题是：如何实现载波模块供电时的1‰纹波输出。LM5017 采用恒定导通时间控制(Constant On-time Control, COT)，其内部框图如图2 所示。 LM5017 通过Ron 来设定固定的导通时间长度Ton。当FB 的电压低于1.225V 时，内部的快速比较器触发COT 控制逻辑模块输出固定的Ton(控制管，即上管)。Ton 时间结束后，关断控制管，直到FB 的电压再次低于 1.225V。 COT 控制的反馈是采用高速比较器来实现。为了保证高速比较器稳定工作，COT 对FB PIN 的纹波会有一定的要求，LM5017 要求FB PIN 的最小纹波是25mV。当LM5017 的输出纹波需要满足国网对载波模块输入纹波<1‰ 的要求时，其输出纹波经分压电阻分压后，在FB Pin 的纹波为<1.2mV，远低
数字万用表原理组装与调试OK
830数字万用表原理、组装与调试 5.1实践目的 830数字万用表是一种LCD数字显示多功能、多量程的31/2位便携式电工仪表，可以测量直流电流（DCA）、交直流电压（ACV）、电阻值和晶体管共射极直流放大系数h FE和二极管等。通过对830数字万用表的安装、焊接、调试，可了解830数字万用表装配的全过程，掌握元器件的识别、测试及整机装配和调试工艺。 5.2实践要求 1.掌握830数字万用表的工作原理； 2.对照原理图，看懂830数字万用表的装配接线图； 3.对照原理图、PCB，了解调830数字万用表的电路符号、元件和实物； 4.根据技术指标测试各元器件的主要参数； 5.掌握830数字万用表调试的基本方法，学会排除焊接和装配过程中出现的故障。 6.掌握830数字万用表的使用方法。 7.掌握一定的用电知识及电工操作技能。 8.学会使用一些常用的电工工具及仪表，如尖嘴钳、剥线钳、万用表等。 9.养成严谨、细致的工作作风。 5.3.830数字万用表简介 830数字万用表以集成电路7106为核心，电路简洁、功能齐全、体积小巧、外观精致，便于携带。其主要技术指标如表5.1所示。 表5.1830数字万用表主要技术指标 一般特性直流电流 显示31/2位LCD自动极性显 示 量程分辩力精度 超量程显示最高位显示“1”其它位 空白 200uA 0.1uA ?1.0%读数?.3 字 最大共模电压500V峰值2000uA 1uA ?1.0%读数?.3 字
储存环境-15°C至50°C20mA 10uA ?1.0%读数?.3 字 温度系数小于0.1×准确度/°C200mA 100uA ?1.5%读数?5字电源9V叠层电池10A 10mA ?2.0%读数?10 字 外形尺寸128×75×24mm交流电压 直流电压量程分辩力精度 量程分辩力精度200V 100mV ?1.2%读数?10 字 200mV 0.1mV ?0.5%读数?2 字750V 1V ?1.2%读数?10 字 2000mV 1mV ?0.5%读数?3 字 电阻 20V 10mV ?0.5%读数?3 字 量程分辩力精度 200V 100mV ?0.5%读数?3 字200Ω0.1Ω?1.0%读数?10 字 1000V 1V ?0.8%读数?3 字 2000Ω1Ω?1.0%读数?2字 晶体管检 测 20KΩ10Ω?1.0%读数?2字 量程测试电 流开路电压/测 试电压 200KΩ100Ω?1.0%读数?2字 二极管 1.4mA 2.8V 2000KΩ1KΩ?1.0%读数?2字
智能电表项目规划方案
智能电表项目 规划方案 规划设计/投资分析/实施方案
摘要 目前全球正在使用的电表，包括工、商、住电表用户数量庞大，全球共约有18亿台，若全面更换为智能电表，则市场规模将相当可观。以2012年来看，全球智能电表出货量达1亿台，较2011年成长31.6%。据市场研究机构IDC统计，2015年全球智能电表出货量达到1.63亿台，年复合平均增长率达15.4%。而In-Stat研究亦指出全球智能电表市场营收在2016年将超过120亿美元。市场研究机构PikeResearch亦预估，全球智能电表安装量将于2020年达到9.63亿只。 该智能电表项目计划总投资13596.00万元，其中：固定资产投资9857.49万元，占项目总投资的72.50%；流动资金3738.51万元，占项目总投资的27.50%。 本期项目达产年营业收入28209.00万元，总成本费用22142.56 万元，税金及附加234.98万元，利润总额6066.44万元，利税总额7138.17万元，税后净利润4549.83万元，达产年纳税总额2588.34万元；达产年投资利润率44.62%，投资利税率52.50%，投资回报率33.46%，全部投资回收期4.49年，提供就业职位481个。
智能电表项目规划方案目录 第一章总论 一、项目名称及建设性质 二、项目承办单位 三、战略合作单位 四、项目提出的理由 五、项目选址及用地综述 六、土建工程建设指标 七、设备购置 八、产品规划方案 九、原材料供应 十、项目能耗分析 十一、环境保护 十二、项目建设符合性 十三、项目进度规划 十四、投资估算及经济效益分析 十五、报告说明 十六、项目评价 十七、主要经济指标
数字电表原理及万用表设计
DH6505A数字电表原理及万用表 设计 （实验指导书） 实 验
DH6505A数字电表原理及万用表设计 使用说明书 数字电表以它显示直观、准确度高、分辨率强、功能完善、性能稳定、体积小易于携 带等特点在科学研究、工业现场和生产生活中得到了广泛应用。数字电表工作原理简单，完全可以让同学们理解并利用这一工具来设计对电流、电压、电阻、压力、温度等物理量的测量，从而提高大家的动手能力和解决问题能力。 ［实验目的］ 1、了解数字电表的基本原理及常用双积分模数转换芯片外围参数的选取原则、电表的 校准原则以及测量误差来源。 2、了解万用表的特性、组成和工作原理。 3、掌握分压、分流电路的原理以及设计对电压、电流和电阻的多量程测量。 4、了解交流电压、三极管和二极管相关参数的测量。 5、通过数字电表原理的学习，能够在传感器设计中灵活应用数字电表。 ［实验仪器］ 1、D H6505A数字电表原理及万用表设计实验仪。 2、四位半通用数字万用表。（自备） 3、示波器。（自备） 4、Z X25a电阻箱。（自备） ［实验原理］ 一、数字电表原理 常见的物理量都是幅值大小连续变化的所谓模拟量，指针式仪表可以直接对模拟电压 和电流进行显示。而对数字式仪表，需要把模拟电信号（通常是电压信号）转换成数字信号，再进行显示和处理。 数字信号与模拟信号不同，其幅值大小是不连续的，就是说数字信号的大小只能是某 些分立的数值，所以需要进行量化处理。若最小量化单位为.■:，则数字信号的大小是■ ■：的 整数倍，该整数可以用二进制码表示。设.：=0.1 mV，我们把被测电压U与厶比较，看U 是厶的多少倍，并把结果四舍五入取为整数N （二进制）。一般情况下，N > 1000即可满足测量精度要求（量化误差w 1/1000=0.1%）。所以，最常见的数字表头的最大示数为1999, 被称为三位半（3 1/2）数字表。如：U是厶（0.1 mV）的1861倍，即N=1861，显示结果为186.1（mV）。这样的数字表头，再加上电压极性判别显示电路和小数点选择位，就可以测量显示-199.9?199.9 mV的电压，显示精度为0.1mV。 1、双积分模数转换器（ICL7107 ）的基本工作原理
智能数字万用表的设计
湖北经济学院 电子设计大赛设计报告 课题名称：数字智能万用表 指导教师：汪成义王金庭刘光然学生姓名：汪凡夏晶晶张薇 学生院系：电子工程系 时间： 2011年7月
智能数字万用表 一 设计目的 1、培养综合性电子线路的设计能力。 2、掌握综合性电子线路的安装和调试方法。 3、学会基于M3进行软件设计。 二 任务及要求 1、任务 设计并制作一台具有直流电压、交流电压和电阻测量功能的智能数字万用表。示意图如图1所示。 图1 智能数字万用表示意图 2、要求 1、基本要求 （1）2 1 3数码显示，最大读数1999。
（2）直流电压量程：、2V 、20V ，精度为%1个字；输入阻抗≥10MΩ。 （3）交流电压量程：、2V 、20V ，精度为%2个字（以50 Hz 为 基准）；输入阻抗≥10MΩ；频率响应范围为40~1000Hz 。 （4）电阻量程： 2Ω、200Ω、2M Ω，精度%2个字。 2、发挥部分 （1）直流电压测量具有自动量程转换功能。 （2）具有“自动关机”功能，即在测量过程中，若1分钟内无任何键按下，仪器会自动关闭显示并处于低功耗状态；再按任意键，仪器能返回“自动关机”前的工作状态。 （3）具有相对误差（△%）测量功能，即在进行某项测量时，首先通过示屏提示用户从键盘输入标称值，一旦输入确认后，仪器能显示相对误差中的△值。 （4）其它。 三 总体设计方案 1、系统模块图 根据题目要求和本系统的设计思想，系统主要包括图2所示的模块： 图2系统模块框 被 测 量 输 入 电测阻 测直流 测交流 交测直流转换电路 电阻测量电路 量 程 自 动 转 换 电 路 A/D 转换电路 单 片 机 系 统 键盘与显示
基于单片机的智能电能表的设计
第一章智能电能表概述 1.1智能电能表的概念 智能电能表是以微处理器或微控制器芯片(如单片机)为核心的可以存储大量的测量信息并具有对测量结果进行实时分析、综合和做出各种判断能力的仪器。智能电能表一般具有自动测量功能，强大的数据处理能力，进行自动调零和单位换算功能，能进行简单的故障提示，具有操作面板和显示器，有简单的报警功能。 1.2智能电能表的典型结构 从结构上来说，智能电能表是一个专用的微型计算机系统，它主要由硬件和软件两部分组成。硬件部分主要包括信号的输入通道，微控制器或微控制器及其外围电路、标准通信接口、人机交换通道，输出通道。输入通道和输出通道用来输入输出模拟量信号和数字量信号，它们通常由传感器元件、信号调理电路、A/D转换器、D/A转换器等组成。微控制器及其外围电路用来存储程序、数据并进行一系列的运算和处理，通常包括程序存储器、数据存储器、输入输出接口电路等组成。人机交换通道是人与仪器相互沟通的主要渠道，它主要由键盘、数码拨盘、打印机、显示器等组成。标准通信接口电路用于实现仪器与计算机的联系，以使仪器可以接受计算机的程控指令，目前用于智能电能表的通信接口主要有GPIB、RS-232C等。智能电能表的软件部分主要包括监控程序和接口管理程序两部分。其中监控程序面向仪器面板键盘和显示器，通过键盘操作输入并存储所设置的功能、操作方式与工作参数;通过控制工/0接口电路进行数据采集，对数据进行预定的设置;对数据存储器所记录的数据和状态进行各种处理;以数字、字符、图形等形式显示各种状态信息以及测量数据的处理结果。接口管理程序主要面向通信接口，其内容是接受并分析来自通信接口总线的各种有关功能、操作方式与工作参数的程控操作码，并通过通信接口输出仪器的现行工作状态及测量数据的处理结果，以响应计算机的远控命令。 1.3智能电能表的主要特点 与传统电能表相比，智能电能表具有以下几个主要特点: ①测量精度高，可以利用微处理器执行指令的快速性和A/D转换的时间短等特点对被测量进行多次测量，然后求其平均值，就可以排除一些偶然的误差与干扰，还可以通过数字滤波，剔除粗大误差和随机误差的方法提高测量精度; ②能够进行间接测量，智能电能表可以利用内含的微处理器通过测量几种容易测量的参数，间接地求出某种难以测量的参数; ③能够自动校准，智能电能表在使用前进行自动校准，在测量过程中进行校准，从而减少误差; ④具有自动修正误差的能力; ⑤具有自诊断的能力，智能电能表若发生了故障，可以自检出来，仪器本身还能协助诊断发生故障的根源; ⑥能够实现复杂的控制功能; ⑦允许灵活地改变仪器的功能; ⑧智能电能表一般都配有GPIB或RS232等接口，使智能电能表具有可程控操作的能力。从而可以很方便地与计算机和其他仪器组成用户需要的多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任务。 第二章智能电能表的设计方法
51单片机数字电压表设计
基于51单片机的数字电压表设计 二级学院铜陵学院 专业自动化 班级 组号 组员 指导教师
简易的数字电压表的设计 目录 一课程设计任务书·····························································································································错误！未定义书签。 1.1 设计题目、目的····················································································································错误！未定义书签。 1.2 题目的基本要求和拓展功能··························································································错误！未定义书签。 1.3 设计时间及进度安排··········································································································错误！未定义书签。 二设计内容············································································································································错误！未定义书签。 2.1 元器件选型······························································································································错误！未定义书签。 2.2 系统方案确定·························································································································错误！未定义书签。 2.3 51单片机相关知识··············································································································错误！未定义书签。 2.4 AD转换器相关知识··············································································································错误！未定义书签。 三数字电压表系统设计 (7) 3.1系统设计框图 (8) 3.2 单片机电路 (9) 3.3 ADC采样电路 (10) 3.4显示电路 (11) 3.5供电电路和参考电压·························································································································································· 3.6 数字电压表系统电路原理图·········································································································································四软件部分 4.1 主程序 4.2 显示子程序 五数字电压表电路仿真 5.1 仿真总图 5.2 仿真结果显示 六系统性能分析 七心得体会 - 2 -
智能数字万用表的设计
智能数字万用表的设计 摘要：本智能数字万用表由凌阳SPCE061A单片机、MC14433——3 位A/D 转换电路、自动量程转换电路、交直流转换电路和大、小电阻测量电路组成，能够对交流电压、直流电压、大电阻和小电阻进行精确测量。使用凌阳SPCE061A 单片机作为控制模块，实现量程自动转化；使用MC14433实现A/D转换；使用简易软键盘、凌阳SPLC501液晶显示模组实现输入和显示；使用单片机读取MC14433的数字信号来控制模拟开关，从而改变反馈电阻的大小实现档位的不同选择；本设计能够准确对被测量进行测量，所有性能指标符合要求。 关键词：数字万用表单片机 MC14433 交直流电压测量电阻测量 一、方案论证 1.交流电压的测量：由于交流电压不能直接测量，必须转换为直流电压。转换方案有3种： 方案一、热电偶测量法：根据交流有效值的物理定义来实现测量的，利用热电偶电路平衡原理通过两端的电势比较得到有效值。但热电偶转换线性度差，且热电偶具有配对较难、响应速度慢、负载能力差等缺点。 方案二、模拟运算法：根据有效值的数学定义，用集成器件乘法器、开放器等依次对被测信号进行平方、平均、开方等计算直接得到交流输入信号的有效值。这种方案测量的动态范围小、精度不高且输入信号的幅度变小时，平均器输出电压的平均值下降值很快、输出幅度很小。 方案三、交流整形电路：使用AD637等集成有效值转换芯片，把交流电压信号转换为幅值等于交流有效值的直流电压信号，在对直流电压进行测量，这种方案电路简单、响应速度快、失真度小、工作稳定可靠。 综上，采用方案三进行交流电压的测量。 2.小电阻的测量：由于小电阻在通入电压后发热，测量出的电阻值会产生较大的误差，对于小电路有3种方案测量： 方案一、直流电桥测量法。直流电桥又分直流单电桥和直流双电桥。采用这两种方法测量时很多操作需要手动，并且对元件精度要求高，通过数字电位器来改变需要的电阻参数，索然可以实现数控，但数字电位器的每一级步进电阻值不确定，调节困难，用单片机处理计算复杂并且测量时操作不便。 方案二、电阻比例法。电阻比例法采用如图1所示的双积分式A/D转换器电路，可实现电阻——数字的转换。由于在电阻上Rx、Rs中流过相同的电流，因
多功能数字万用表的设计与制作毕业论文
多功能数字万用表的设计与制作毕业论文 目录 1摘要 (2) 2项目概述与功能需求 (5) 3项目论证 (6) 3.1 总体方案论证 (6) 3.1.1 设计目标 (6) 3.1.2 总体设计方案 (4) 3.2 小模块方案设计 (9) 3.3 项目设计 (12) 4项目设计 (12) 4.1 系统硬件设计 (12) 4.1.1 测直流电流模块 (12) 4.1.2 测直流电压模块 (14) 4.3.3 侧交流电压模块 (16) 4.1.4测电阻模块 (17) 4.1.5 测电容模块 (18) 4.1.6 测电感模块 (20) 4.1.7 液晶显示模块 (22) 4.1.8 电源设计模块 (25) 4.2 接口设计 (24) 4.2.1 外部接口 (24) 4.2.2 部接口 (24) 4.3 运行设计 (26) 4.4 系统软件设计 (26) 4.4.1 主程序设计流程图 (26) 4..4.2 详细设计与编码 (28)
4.4.3 引脚说明 (29) 4.4.4 软件系统与其他系统的关系 (30) 4.4..5 各函数模块分析 (30) 5产品调试与包装 (47) 5.1 调试 (47) 5.2 系统数据测试 (49) 5.3 测试结果分析 (52) 6项目小结 (52) 7致谢 (53) 8参考文献 (54) 9附录 (55) 附录1 原理图 (55) 附录2 PCB图 (56) 附录3 器件清单 (57) 附录4 整机实物图 (60) 附录5 小组成员信息 (63) 附录6 过程监控文档 (64) 附录6.1 会议记录 (64) 附录6.2 工作日志 (81) 附录6.3 队员总结心得 (103) 附录6.4 小组管理 (110)