数字万用表的设计资料

1、共享者：F-0题目 数字万用表的设计 班级 学号 姓名 指导 时间 2013年7月3号 景德镇陶瓷学院0姓名 _ 班级 _ _ 指导老师 设计课题： 数字万用表的设计与原理设计任务与要求 本课题是设计一个数字万用表的电路，这款表可用来测量直流电压，交流电压、直流电流、交流电流、电阻、电容、频率、温度、占空比、三极管、二极管、及通断测试；同时还设计有单位符号和模拟条显示、数据保持、最大最小测量、相对值测量、自动手动量程转换、自动断电及报警功能。 数字万用表有直流电压测量电路、交流电压测量电路、直流电流测量电路和电阻测量电路。 当被测直流电流通过电阻时，产生相应的电压降，送入输入端。被测电流越大则

2、电压降越大。最大电流乘以档位电阻均相同，保证相应的电压降不会超出定值200mV。交流电流测量输入端的测量原理同直流电流测量电路，只是它的输出要转换电路，变成直流电压后再进入输入端，去LCD显示。交直流的20A档通过一个0.01粗的铜导线分流，以免大电流烧坏电路。1，用简单的电路图绘图软件绘出整体电路图，在电路图中加上自己的班级名称、学 号、姓名等信息；,2，对整体电路原理进行完整功能描述；3，列出标准的元件清单；设计步骤1、 查阅相关资料，开始撰写设计说明书；2、 先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；3、 依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电

3、路的关系等等说明；4、 列出标准的元件清单；5、 总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。设计说明书字数不得少于3000字。参考文献【1】秦曾煌 . 电工学简明教程（第二版） 高等教育出版社 2007【2】孙丽霞 . 电子技术实践及仿真    高等教育出版社   1999 【3】沙占友 . 数字万用表电路图集 人民教育出版社 2001【4】康华光 . 数字电子技术基础    高等教育出版社   1999

4、60;【5】夏路易 . 电路原理图与电路板设计教程    北京希望电子出版社   2002 【6】翁飞兵 . 电子技术实践教程 国防科技大学出版社 20031目录1、 总体方案与原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42、 直流电压测量电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . .53、 交流电压测量电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64、 直流电流测量电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75、 电阻测量电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86、 总体电路原理相关说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97、 总体电路原理图. . . . . . . .

6、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108、 元件清单；. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119、 参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1210、设计心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7、 . . . . . . . . . . . . . 1321、总体方案与原理说明 数字万用表电路设计包括复位电路、震荡电路、ADC输入、被测量显示。复位电路用来清零进行下一次的测量；震荡电路用来消除一些外来干扰，使电路工作更加稳定；ADC输入则是将输入量进行AD转换；测量显示就是显示测量的数值。 数字万用表的组成包括显示器、电源开关、晶体管插孔、转换开关、输入插座等。可用以直流电压、交流电压、直流电流、交流电压测量，也可用以检查半导体二极管的导电性能，并能测量晶体管的电流放大系数等。只要输入被测量，通过电阻、电流、电压参数转换电路即可测出被测量。1.测直流电流原理在表头上并联一个适当的电阻（

8、叫分流电阻）进行分流，就可以扩展电流量程。改变分流电阻的阻值，就能改变电流测量范围。2.测直流电压原理在表头上串联一个适当的电阻（叫倍增电阻）进行降压，就可以扩展电压量程。改变倍增电阻的阻值，就能改变电压的测量范围。3.测交流电压原理因为表头是直流表，所以测量交流时，需加装一个并、串式半波整流电路，将交流进行整流变成直流后再通过表头，这样就可以根据直流电的大小来测量交流电压。扩展交流电压量程的方法与直流电压量程相似。4.测电阻原理在表头上并联和串联适当的电阻，同上串联一节电池，使电流通过被测电阻，根据电流的大小，就可测量出电阻值。改变分流电阻的阻值，就能改变电阻的量程。以下为数字万用表原理方框

9、图：2、直流电压测量电路直流电压的测量：将万用表的一个转换开关置于交、直流电压挡，另一个转换开关置于直流电压的合适量程上，且“+”表笔（红表笔）接到高电位处，“-”表笔（黑表笔）接到低电位处，即让电流从“+”表笔流入，从“-”表笔流出。若表笔接反，表头指针会反方向偏转，容易撞弯指针。3、交流电压测量电路在基准数字电压表头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，U0为电压表头的量程（如200mV），r为其内阻，r1、r2 为分压电阻，U10 为扩展后的量程。由于r<<R，所以分压比为U0/U10=r2/(r1+r2) 扩展后的量程为U10=(r1+r2)U0/

10、r2 图为交流电压测量图，要测量交流电压必须有二极管，如图D。二极管只允许一个方向的电流通过，反向电流不能通过。被测交流电压也是加在“+”、“-”俩端。4、直流电流测量电路一种直流电流检测电路，具有：零相变流器，串联连接在分压电阻上， 通过插过电源线来磁性方式地检测各电源线的电流差，并根据该电流差产生 的磁场变化而改变自阻抗；比较电压值生成电路，根据该零相变流器的阻抗 变化，基于所述零相变流器以及所述分压电阻间分压的电压值生成比较电压 值；以及控制电路，根据该比较电压值生成电路生成的比较电压值，检测当 前的直流电流值； 其特征在于，该直流电流检测电路具有： 偏移用电线，与所述零相变流器插过；以

11、及 偏移电流产生电路，在受所述零相变流器的磁滞特性的影响，难以基于 所述比较电压值检测准确的直流电流值的电流范围内，为了可基于所述比较 电压值来检测直流电流值，而在所述偏移用电线内产生偏移电流； 所述控制电路根据所述比较电压值生成电路生成的比较电压来值检测电 流值，根据该电流值以及所述偏移电流部分的电流值计算直流电流值，将该 直流电流值作为当前的直流电流值来检测。被测电流从 “+”、“-”俩端进出，改变转换开关的位置可改变分流器的电阻，从而改变电流量程。如图，根据欧姆定理，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。由于r<<R，取样电阻R上的电压降为 U=I

12、R 即被测电流 I=U/R5、电阻测量电路 数字万用表的20020M各档测量电路如图所示，这是一种采用比例法测量电阻的电路。该电路共设6个档位（200、2k、20k、2M和20M）.Rx为被测电阻，R42R47,为标准电阻（R0），被测电阻Rx经过正温度系数（PTC）热敏电阻与标准电阻串联。基准电压E0（典型值为2.8V）由ICL7106提供，通过R39、VT2分压，利用VT2正向导通压降（约0.65V）作为测试电压。根据ICL7106提供，通过R39、VT2分压，利用VT2正向导通压降（约0.65V）作为测试电压。根据ICL7106的A/D转换成比例度数的特性，当Rx两端电压等于标准电阻两端

13、的电压时，亦即VIN=VREF时数字式表头显示为“1000”。所以RX=RO·VIN/VHO，从而实现了/V转换。 测量电阻时要接入电池，被测电阻也要接在“+”、“-”俩端。被测电阻愈小，电流愈大，因此指针的偏转角愈大。测量前要先将“+”、“-”俩端短接，看指针是否偏转最大而指在零，否则应转动零欧姆调节电位器进行调整。 由稳压管ZD提供测量基准电压，流过标准电阻  R0 和被测电阻R x的电流基本相等（数字表头的输入阻抗很高，其取用的电流可忽略不计）。6、总体电路原理相关说明数字万用表由以下几部分功能组成，复原电路、震荡电路、ADC输

14、入、被测量显示、ADC使能控制。复位电路用来清零进行下一次的测量；震荡电路用来消除一些外来干扰，使电路工作更加稳定；ADC输入则是将输入量进行AD转换；测量显示就是显示测量的数值。有一点我们特别要注意，就是要注意电路的保护，无论测试还是使用，都应当注意数字万用表电路的保护。一般测量的电压电流超过量程范围易造成电路的损坏如在交流20V档位测量市电，很易引起数字万用表交流放大电路损坏，使万用表失去交流测量功能。在测量直流电压时，所测电压超出测量量程，同样易造成表电路故障。在测量电流时如果实际电流值超过量程，一般仅引起万用表内的保险丝烧断，不会造成其它损坏。所以在测量电压参数时，如果不知道所测电压的

15、大致范围，应先把测量档置于最高档，通过测量其值后再换档测量，以得到比较精确的数值。如果所要测量的电压数值远超出万用表所能测量的最大量程，应另配高阻测量表笔。如检测黑白彩电的第二阳极高压及聚焦高压。7、总体电路原理图注：显示部分不在本设计中，故在总体原理电路图中未画出。相关元件的参数在图中已给出，不另作说明。8、元件清单元器件大小数目元器件大小数目R100,991R18220K1R891R19220K1R201001R12220K1R219001R13220K1R229K1R14220K1R23117K1R15220K1R24117K1R34701R25117K1R41M1R26274K1R32

16、1.5-2.0K1R27274K1C1100nF1R51K1C2100nF1R73K1C3100nF1R430K1C4100nF1R30150K1C5100nF1R35200K1C6100nF1R1100K 1D31N40071R4100K1Q190131导线若干个电源220V1 139、参考文献【1】秦曾煌 . 电工学简明教程（第二版） 高等教育出版社 2007【2】孙丽霞 . 电子技术实践及仿真    高等教育出版社   1999 【3】沙占友 . 数字万用表电路图集 人民教育出版社 2001【4】康华光 .

17、数字电子技术基础    高等教育出版社   1999 【5】夏路易 . 电路原理图与电路板设计教程    北京希望电子出版社   2002 【6】翁飞兵 . 电子技术实践教程 国防科技大学出版社 200310、 设计心得体会作为理工科的学生，认识和理解电路图的能力是我们必须掌握的，经过此次查阅相关资料，设计数字万用表电路图，对基本的电路设计方式、方法有所了解。掌握了基本的设计技巧和绘制电路图的能力，学会了使用EWB中文版绘图软件。此次电工电子技术课程设计之所以选择数字万用表的设计是因为高中对万用表有所了解，同时，本学期在物理实验课时有用到数字万用表，相对来说对数字万用表的认知程度要深一些。通过这次的电子电工课程设计，让我对万用表有