数字万用表的设计毕业设计论文

2013届湖北汽车工业学院毕业设计（论文 )

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2.5，由于r?R，取样电阻R上的电压降为

Ui?IiR

即被测电流

Ii?UiR

图2.5电流测量原理 图2.6多量程分流器电路

若数字表头的电压量程为U0，欲使电流档量程为I0，则该档的取样电阻(也称分流电阻)

R?U0I0

如U0=200mV，则I0=200mA档的分流电阻为R?1?。 多量程分流器原理电路见图2.6。

图2.6中的分流器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电路为图2.7所示。 图2.7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R5

Rs?U00.2??0.1(?)Im52

再计算下一档的R4

R4?U00.2?R5??0.1?0.9(?)Im40.2

依次可计算出R5、R2和R1。

图中的BX是2A保险丝管，电流过大时会快速熔断，超过流保护作用。两只反向连接且与分流电阻并联的二极管D1、D2为塑封

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图2.7实用分流器电路

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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，两端电压被限制住(小于0.7V)，保护仪表不被损坏。 4）、 交流电压电流测量处理原理

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一级交流-直流(AC-DC)变换器，图2.8为其原理简图。 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，还包含一个能调整输出电压高低的电位器，用来对交流电压档进行校准之用。调整该电位器可使数字表头的显示值等于被测交流电压的有效值。 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700V(有效值)。

5）、 电阻测量原理

数字万用表中的电阻档采用的是比例测量法，其原理电路见图2.9。 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RX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)。所以A/D转换器的参考电压URFE和输入

电压UIN有如下关系：

UREFR0?UINRx

图2.8 AC-DC变换器原理简图

图2.9电阻测量

即

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Rx?UINR0UREF

根据所用A/D转换器的特性可知，数字表显示的是UIN与URFE的比值，当UIN=URFE时显示“1000”，

UIN=0.5URFE时显示“500”，以此类推。所以，当RX?R0时，表头将显示“1000”，当RX?0.5R0时显示“500”，这称为比例读数特性。因此，我们只要选取不同的标准电阻并适当地对小数点进行定位，就能得到不同的电阻测量档。

如对200?档，取R01=100?，小数点定在十位上。当RX=100?时，表头就会显示出100.0?。当RX变化时，显示值相应变化，可以从0.1?测到199.9?。

又如对2k?档，取R02?1k?，小数点定在千位上。当RX变化时，显示值相应变化，可以从0.001k?测到1.999k?。

其余各档道理相同，同学们可自行推演。 数字万用表多量程电阻档电路见图10。 由上分析可知，

图2.10电阻测量

R1?R01?100?R2?R02?R01?1000?100?900??R3?R03?R02?10k?1k?9k??

图2.10中由正温度系数(PTC)热敏电阻R1与晶体管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R1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

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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，R1和T都能恢复正常。

6）、 电容测量原理

电容测量是根据电容充电原理其充电电压与时间成一定的指数关系。根据电压和时间可以计算出电容的值。

2.2 数字万用表的硬件系统设计总体框架图

如下图2.11所示，本万用表由以下几部分功能组成，复位电路、震荡电路、ADC输入、被测量显示、超限报警、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；超限报警部分则是用作当测量量超出量程范围时发出警报，以便提醒用户更改大量程；ADC使能控制则用来对输入量进行控制，允许输入或者不允许。

复位电路 被测量显示 震荡电路 89s52 超限报警 ADC输入 ADC使能控制

图2.11. 总体电路设计原理图

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