第14章 数字万用表设计实例与装焊

1、1TM郑州大学信息工程学院电子信息工程系郑州大学信息工程学院电子信息工程系范文兵范文兵2012年春季年春季电子系统设计与实践电子系统设计与实践第14章 数字万用表设计实例与装焊2TM2电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n数字万用表数字万用表A/D译码驱动显示部分实际译码驱动显示部分实际上是一套完整的数字显示直流电压表。上是一套完整的数字显示直流电压表。这部分的设计电路如图这部分的设计电路如图13.1.1所示。所示。n数字万用表通常采用的双积分型数字万用表通常采用的双积分型A/D转转换器有换器有MC14433、ICL7135、AME7106等，本节介绍的数字万用表等，

2、本节介绍的数字万用表采用采用MC14433。 14.1.1 数字万用表数字万用表A/D译码驱动显示部分译码驱动显示部分 14.1 数字万用表设计实例数字万用表设计实例3TM3电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵14.1.1 数字万用表数字万用表A/D译码驱动显示部分译码驱动显示部分 14.1 数字万用表设计实例数字万用表设计实例4TM4电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n数字万用表电阻、电流、电压测试部分原理数字万用表电阻、电流、电压测试部分原理电路图如图电路图如图13.1.6所示。其中，所示。其中，DIP1开关部开关部分为电压挡，可以测量

3、交流和直流，挡位选分为电压挡，可以测量交流和直流，挡位选择为择为4挡：挡：2 V，20 V，200 V，500 V。DIP2部分为欧姆挡，可测量挡位选择为部分为欧姆挡，可测量挡位选择为4挡挡：2 k ，20 k ，200 k ，2 M 。DIP3开关部分为电流挡，可以测量交流和开关部分为电流挡，可以测量交流和直流，挡位选择为直流，挡位选择为4挡：挡：2 mA，20 mA，200 mA，2 A。 14.1.2 数字万用表电阻、电流、电压测试部分14.1 数字万用表设计实例数字万用表设计实例5TM5电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n（1）电阻）电阻-电压变换电路（欧姆

4、挡）电压变换电路（欧姆挡）n电阻电阻-电压变换电路如图电压变换电路如图13.1.7所示。所示。n可测量挡位选择为：可测量挡位选择为：2 k ，20 k ，200 k ，2 M 四挡。四挡。14.1.2 数字万用表电阻、电流、电压测试部分14.1 数字万用表设计实例数字万用表设计实例6TM6电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵14.1.2 数字万用表电阻、电流、电压测试部分14.1 数字万用表设计实例数字万用表设计实例7TM7电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵14.1.2 数字万用表电阻、电流、电压测试部分14.1 数字万用表设计实例数字万用

5、表设计实例8TM8电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵nIC3为精密半波整流电路。为精密半波整流电路。IC4为平均值为平均值-有效有效值变换电路。值变换电路。IC3的输入端电压是经过衰减的输入端电压是经过衰减器和电压跟随后得到的电压，此交流电压被器和电压跟随后得到的电压，此交流电压被限制在限制在2V（A/D转换器标准最大值）以下，转换器标准最大值）以下，由由IC3半波整流后，变换成平均值，再经过半波整流后，变换成平均值，再经过IC4修正使之成为电压的有效值修正使之成为电压的有效值V。 14.1.2 数字万用表电阻、电流、电压测试部分14.1 数字万用表设计实例数字万用

6、表设计实例9TM9电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n（3）电压跟随电路）电压跟随电路n电压跟随电路如图所示。电压跟随电路如图所示。n当当Vi输入为交流或直流信号时，输入为交流或直流信号时，Vo=Vi，有，有很好的跟随性。很好的跟随性。14.1.2 数字万用表电阻、电流、电压测试部分14.1 数字万用表设计实例数字万用表设计实例10TM10电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵14.1.2 数字万用表电阻、电流、电压测试部分14.1 数字万用表设计实例数字万用表设计实例11TM11电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵

7、n（4）电流、电压信号衰减电路（交直流电）电流、电压信号衰减电路（交直流电压挡，交直流电流挡）压挡，交直流电流挡）n电流、电压信号衰减电路电流、电压信号衰减电路n 电压衰减电路电压衰减电路n 电流衰减电路电流衰减电路Ii14.1.2 数字万用表电阻、电流、电压测试部分14.1 数字万用表设计实例数字万用表设计实例12TM12电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n（1）数字频率变换部分（频率电压变换器）数字频率变换部分（频率电压变换器或频率计挡）或频率计挡）n把不同的交流频率信号通过把不同的交流频率信号通过74LS132、74LS123转化为占空比不同的方波，再利用转化

8、为占空比不同的方波，再利用IC5所构成的积分电路将方波电压变为平均所构成的积分电路将方波电压变为平均值电压，然后把此电压经值电压，然后把此电压经IC6反相后输入反相后输入A/D转换器，可从转换器，可从LED显示器上读出该频率。其显示器上读出该频率。其中，中，74LS132为带施密特触发器的四重为带施密特触发器的四重2输输入与非门，入与非门，74LS123为双可重触发单稳态触为双可重触发单稳态触发器。数字频率变换部分电路图如图发器。数字频率变换部分电路图如图 14.1.3 数字万用表的频率、电容、电感及电桥测量部分14.1 数字万用表设计实例数字万用表设计实例13TM13电子系统设计与实践 郑州

9、大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵14.1.3 数字万用表的频率、电容、电感及电桥测量部分14.1 数字万用表设计实例数字万用表设计实例14TM14电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n（2）电容测量（电容测量仪或电容计挡）电容测量（电容测量仪或电容计挡）n利用两块利用两块555定时器，就可以把电容量转换定时器，就可以把电容量转换成电压量，其电路如图。成电压量，其电路如图。 14.1.3 数字万用表的频率、电容、电感及电桥测量部分14.1 数字万用表设计实例数字万用表设计实例15TM15电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵14.1.3 数

10、字万用表的频率、电容、电感及电桥测量部分14.1 数字万用表设计实例数字万用表设计实例16TM16电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n（4）电桥测量）电桥测量n电桥测量电路如图所示电桥测量电路如图所示 。14.1.3 数字万用表的频率、电容、电感及电桥测量部分14.1 数字万用表设计实例数字万用表设计实例17TM17电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n（1）主要技术指标）主要技术指标n准确度：准确度：%读数读数字数。字数。n环境温度：环境温度：1828。n环境湿度：环境湿度：80%。n最大显示值：最大显示值：1999。n测量方式：双积分模

11、数转换。测量方式：双积分模数转换。n过量程指标：过量程指标：“1”。n工作温度：工作温度：535。n存储温度：存储温度： 1050。n电源：电源：9 V干电池。干电池。n保险管：保险管：F250 mA/250 V。14.2.1 主要技术指标和测量范围14.2 集成数字万用表装配调试集成数字万用表装配调试18TM18电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵14.2.1 主要技术指标和测量范围14.2 集成数字万用表装配调试集成数字万用表装配调试19TM19电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n（2）测量范围）测量范围n直流电压测量范围、直流电流测量

12、范围、交直流电压测量范围、直流电流测量范围、交流电压测量范围如表流电压测量范围如表13.2.113.2.3所示。所示。二极管测试、电阻测试和晶体管测试如表二极管测试、电阻测试和晶体管测试如表13.2.413.2.6所示。频率测量范围为所示。频率测量范围为40400 Hz。14.2.1 主要技术指标和测量范围14.2 集成数字万用表装配调试集成数字万用表装配调试20TM20电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n（1）注意事项）注意事项n仪表只能和所配备的测试笔一起使用才符合安全标准的要仪表只能和所配备的测试笔一起使用才符合安全标准的要求。求。n切勿超过每个量程所规定的输

13、入极限值。切勿超过每个量程所规定的输入极限值。n当仪表正在测量时，不要触及没有使用的输入端。当仪表正在测量时，不要触及没有使用的输入端。n在不能确定被测量的大小范围时，应将功能量程开关置于在不能确定被测量的大小范围时，应将功能量程开关置于最大量程位置。最大量程位置。n在功能量程开关转换之前，应使测试笔与被测电路处于开在功能量程开关转换之前，应使测试笔与被测电路处于开路状态。路状态。n进行在线电阻测量前，应关断电路中所有电源并将所有电进行在线电阻测量前，应关断电路中所有电源并将所有电容器放电。容器放电。n在后盖未盖妥，螺钉未拧紧前，切勿使用仪表。在后盖未盖妥，螺钉未拧紧前，切勿使用仪表。14.2

14、.2 注意事项及使用方法14.2 集成数字万用表装配调试集成数字万用表装配调试21TM21电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n（2）使用方法）使用方法n 将功能量程开关置于将功能量程开关置于“DCV”量程范围所量程范围所需量程上，测试笔并联接到待测电源或负载需量程上，测试笔并联接到待测电源或负载上，可测试直流电压，红表笔所接端的极性上，可测试直流电压，红表笔所接端的极性同时显示于显示器上。同时显示于显示器上。n 将功能量程开关置于将功能量程开关置于“ACV”量程范围所量程范围所需量程上，测试笔并联接到待测电源或负载需量程上，测试笔并联接到待测电源或负载上，可测交流电

15、压。上，可测交流电压。14.2.2 注意事项及使用方法14.2 集成数字万用表装配调试集成数字万用表装配调试22TM22电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n 将功能量程开关置于将功能量程开关置于“DCA”量程范围所需量程量程范围所需量程上，测试笔串联接入到待测负载上，可测量直流上，测试笔串联接入到待测负载上，可测量直流电流，电流值显示的同时将显示红表笔连接的极电流，电流值显示的同时将显示红表笔连接的极性。当电流大于性。当电流大于200 mA时，应将红表笔改插时，应将红表笔改插“10A”插孔。插孔。n 将功能量程开关置于将功能量程开关置于“ ”量程范围所需量程量程范围

16、所需量程上，可测量电阻，将表笔并接到电阻上，从显示上，可测量电阻，将表笔并接到电阻上，从显示器上读取测量结果。器上读取测量结果。n 将功能量程开关置于将功能量程开关置于“”“”量程位置，将红表笔量程位置，将红表笔接到被测二极管的阳极，黑表笔接到阴极，由显接到被测二极管的阳极，黑表笔接到阴极，由显示器上读取被测二极管的近似正向压降值。示器上读取被测二极管的近似正向压降值。14.2.2 注意事项及使用方法14.2 集成数字万用表装配调试集成数字万用表装配调试23TM23电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n 将功能量程开关置于将功能量程开关置于“”“”量程位置，将量程位置

17、，将红表笔接到被测二极管的阳极，黑表笔接到红表笔接到被测二极管的阳极，黑表笔接到阴极，由显示器上读取被测二极管的近似正阴极，由显示器上读取被测二极管的近似正向压降值。向压降值。n 将功能量程开关置于将功能量程开关置于“hFE”位置，可测位置，可测量晶体三极管的电流放大系数。首先应判断量晶体三极管的电流放大系数。首先应判断晶体管是晶体管是NPN还是还是PNP型，将基极、发射极型，将基极、发射极和集电极分别插入仪表面板上晶体管测试插和集电极分别插入仪表面板上晶体管测试插座的相应孔内，由显示器上读取座的相应孔内，由显示器上读取hFE的近似的近似值。值。 14.2.2 注意事项及使用方法14.2 集成

18、数字万用表装配调试集成数字万用表装配调试24TM24电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵nM-830B数字万用表电路原理图中，双积分数字万用表电路原理图中，双积分A/D转换器转换器AME7106为为44脚集成电路，其脚集成电路，其引脚功能如表引脚功能如表13.2.7所示。元器件清单如表所示。元器件清单如表13.2.8表表13.2.10所示。二极管所示。二极管VD1型号为型号为IN4007，数量为，数量为1只只 。14.2.3 M-830B数字万用表电路原理图14.2 集成数字万用表装配调试集成数字万用表装配调试25TM25电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信

19、息工程系 范文兵n领到套件后，不要急于动手安装，应根据清领到套件后，不要急于动手安装，应根据清单仔细辨认和清点所有的元器件，看有无缺单仔细辨认和清点所有的元器件，看有无缺损现象，并对电阻、电容、电池、保险丝进损现象，并对电阻、电容、电池、保险丝进行初测，看是否与原理图上所标值相符，然行初测，看是否与原理图上所标值相符，然后便可进行安装了。在整个焊接和安装过程后便可进行安装了。在整个焊接和安装过程中，不要用手去摸中，不要用手去摸PCB的印制面和元件符号的印制面和元件符号面。面。n印制电路元件安装图如图印制电路元件安装图如图13.2.3所示。为了所示。为了尽量避免在安装过程中出错和返工，应按以尽量

20、避免在安装过程中出错和返工，应按以下步骤和顺序进行安装。下步骤和顺序进行安装。14.2.4 M-830B数字万用表安装14.2 集成数字万用表装配调试集成数字万用表装配调试26TM26电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n（1）装保险管卡座。）装保险管卡座。n（2）装分流器）装分流器R0。n（3）安装输入插座）安装输入插座n（4）安装三极管八孔插座，安装在元件面）安装三极管八孔插座，安装在元件面的反面即印刷面。的反面即印刷面。14.2.4 M-830B数字万用表安装14.2 集成数字万用表装配调试集成数字万用表装配调试27TM27电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学

21、院电子信息工程系 范文兵14.2.4 M-830B数字万用表安装14.2 集成数字万用表装配调试集成数字万用表装配调试28TM28电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵14.2.4 M-830B数字万用表安装14.2 集成数字万用表装配调试集成数字万用表装配调试29TM29电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n（5）焊装电阻、电位器、电容、二极管。）焊装电阻、电位器、电容、二极管。电阻除电阻除R*、R8、R21为卧式安装外，其余全为卧式安装外，其余全为立式安装。为立式安装。n（6）将）将0.5英寸的弹簧一端压在英寸的弹簧一端压在PCB元件面元件

22、面公共接地部分的相应圆盘焊面位置上，即紧公共接地部分的相应圆盘焊面位置上，即紧临电位器临电位器VR1位置的两个方孔之间，沿弹簧位置的两个方孔之间，沿弹簧圆周焊接。圆周焊接。n（7）焊接电池扣导线。）焊接电池扣导线。n（8）装配液晶显示器。）装配液晶显示器。14.2.4 M-830B数字万用表安装14.2 集成数字万用表装配调试集成数字万用表装配调试30TM30电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n（9）粘贴金属箔屏蔽纸。）粘贴金属箔屏蔽纸。n（10）装配功能旋转选择开关相关配件）装配功能旋转选择开关相关配件n（11）整机总装配。）整机总装配。14.2.4 M-830B

23、数字万用表安装14.2 集成数字万用表装配调试集成数字万用表装配调试31TM31电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n不插表笔在表上，旋转功能选择开关到各相不插表笔在表上，旋转功能选择开关到各相应挡位，检验应挡位，检验LCD是否能正常显示。是否能正常显示。 14.2.5 检验LCD14.2 集成数字万用表装配调试集成数字万用表装配调试32TM32电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n 转换开关拨到测量挡位无任何显示。可转换开关拨到测量挡位无任何显示。可能原因为，电池电压不足；电池扣未扣紧；能原因为，电池电压不足；电池扣未扣紧；电源引线内芯断裂

24、或虚焊；电源印制线断裂电源引线内芯断裂或虚焊；电源印制线断裂。n 转换开关拨到各测量挡位时出现缺笔少转换开关拨到各测量挡位时出现缺笔少划。原因为，导电胶条与划。原因为，导电胶条与LCD接触不良或错接触不良或错位。应取下用无水酒精轻轻擦洗导电胶条及位。应取下用无水酒精轻轻擦洗导电胶条及显示板导电接触区，再重新装配。显示板导电接触区，再重新装配。14.2.6 故障原因与处理方法14.2 集成数字万用表装配调试集成数字万用表装配调试33TM33电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n 两表笔短路时读数不是两表笔短路时读数不是“0 0 0”，且有跳，且有跳字现象（字现象（200

25、 挡例外）。原因为，表笔引挡例外）。原因为，表笔引线内部开路；外界有强干扰信号；接在线内部开路；外界有强干扰信号；接在COM上的弹簧与贴在表后盖里面的金属箔上的弹簧与贴在表后盖里面的金属箔屏蔽层接触不良。屏蔽层接触不良。n 不能测量交流电压。可能是，整流二极不能测量交流电压。可能是，整流二极管接反或损坏；转换开关上的微片与印制线管接反或损坏；转换开关上的微片与印制线之间接触不良或微片脱落。也可能是之间接触不良或微片脱落。也可能是R2R6，虚焊或开路，应仔细检查，虚焊或开路，应仔细检查 14.2.6 故障原因与处理方法14.2 集成数字万用表装配调试集成数字万用表装配调试34TM34电子系统设计与实践 郑州大学信息工程学院电子信息工程系 范文兵n 不能测量直流电压。可能是，微片接触不良或不能测量直流电压。