数字万用表及误差分析

详解万用表各种功能使用及注意事项在详细介绍万用表前，先讲叙一下一般测量仪器仪表的使用常识、读数惯例。

仪表仪器分指针式（模拟式）、数显式（数字）、波形式（图形）显示测量结果。

测量不同的类别的电量参数，使用相应的仪器仪表，并选择相应的功能挡位。

如测量长度用尺子，不同的东西可能要用不同种类及准确度的尺子，我们对电量、参数的测量也一样。

有些仪器正式使用前可能还要预热、调试、调零等，使其进入正常工作状态。

然后估计所测量元件参数、电参数值的大小，选择合适量程来提高测量精确度。

若不能确定，一般先用大量程挡测试，以确保仪器仪表安全。

量程的选择一般以指针在满量程的1/3—2/3处或数字接近所在挡位值比较精确，图形以图形轮廓全显且尽可能大而清晰为宜。

测量过程中有时要调节显示结果的方式或等级、倍率及其它功能等调节旋钮或开关，以便于观察和结果显示，这时锁定（HOLD）键可以锁定测量结果或将数据存储下来。

指针式仪器仪表读数，看所选功能挡以及量程、指针所指示的刻度盘位置。

功能挡是确定测量类别和单位的，量程是用来确定单位和读数的，对刻度盘需要知道看哪条，一般看相应功能或最准确的那一条，同时看指针偏转位置读数。

读数关系有四种，即加、减、乘、除。

加、减在电平表中最具代表性，若选择+3dB和+10dB挡或按键，指针指在+6dB处，测量结果是+19dB，若指针在-5dB处，测量结果为+8dB。

乘关系如欧姆挡测电阻读数，如选择RX100挡，指针指在20位置，则用20乘100为2KΩ，这个电阻就是2KΩ。

还有示波器测量信号幅度，如选择幅度等级为1mV，波形顶点到谷点总共为5格，用1X 5等于5mV。

这个信号的幅度就是5mV。

除关系如指针式万用表的电压、电流测试挡，你选择哪个量程，便代表满刻度量程数值大小，而指针偏转位置是代表占了多少份之多少份。

如用直流电压档50V，指针指在26刻度处，是指50V分成5大份，每份又分成10小份，即总共分成50份，占了其中26份，测量结果为26V。

数字万用表及误差分析
数字万用表是一种测量电流、电压、电阻等电学量的电子仪器。

常用于实验室、工厂、家庭等场合，具有测量精度高、测量范围广、易于操作等特点。

数字万用表的误差分为两种：系统误差和随机误差。

系统误差是由于仪器本身的不完善或测量条件的限制而引起的误差。

例如，仪器的刻度不准确、测量电流时电阻不匹配、温度变化引起的电子元件漂移等。

随机误差是由于各种因素所引起的不可预测的误差，包括人为误差和环境因素误差。

例如，读数的不准确、电磁干扰、温度和湿度的变化等。

为了提高检测的准确性，我们需要考虑减小误差的方法。

其中一个主要方法是减少系统误差。

例如，在使用数字万用表时，我们可以通过校准仪器、使用合适的电阻、避免电路中电阻的变化和高温环境等方式来避免和减小系统误差。

同时，我们也应该尽可能地减小随机误差，这可以通过增加采样数、平均值、使用稳定的测量环境以及降低读数时的人为误差等方式来实现。

总之，数字万用表是一种非常重要的电子测量工具，在正确使用和注意误差的前提下，可以提高测量的准确性。

ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本科毕业设计数字万用表的研究与设计The Design of Digital Multimeter系（院）名称：电子信息与电气工程学院QQ 号：309810851目录中文摘要、关键词 (Ⅰ)英文摘要、关键词 (Ⅱ)引言 (1)第一章课题的研究背景 (2)1.1数字万用表研究的目的和意义 (2)1.2国内外的研究动态及发展趋势 (3)1.2.1国内研究概况 (3)1.2.2国外研究概况 (4)1.3数字万用表设计重点解决的问题 (4)第二章数字万用表的总体设计方案 (5)2.1课题设计的基本思路 (5)2.2数字万用表的测量原理及电路平台 (5)2.3数字万用表的硬件系统总体设计框图 (10)2.4硬件电路设计方案及选用芯片介绍 (11)2.4.1 AT89S52芯片功能特性描述 (12)2.4.2模数转换模块介绍 (13)2.4.3显示模块介绍 (15)2.4.4电源模块介绍 (15)2.5数字万用表的硬件设计 (16)第三章系统软件及流程图及仿真过程 (22)3.1软件设计整体思路 (22)3.2系统总流程图 (23)3.3物理采集流程图 (24)3.4系统仿真过程 (24)结论 (26)致谢 (27)参考文献 (28)附录A (29)附录B (33)数字万用表的研究与设计摘要: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、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TEC612驱动8位数码管显示。

万用表实习报告一、实习目的本次实习的主要目的是通过实际操作和使用万用表，深入了解其工作原理、功能和测量方法，提高自己的电子测量技能和实践动手能力。

同时，培养自己严谨的科学态度和解决实际问题的能力，为今后从事电子技术相关工作打下坚实的基础。

二、实习要求1、熟悉万用表的基本结构和工作原理。

2、掌握万用表测量电阻、电压、电流等基本参数的方法。

3、能够正确读取和记录测量数据，并对测量结果进行误差分析。

4、了解万用表的使用注意事项，确保测量过程的安全和准确性。

三、实习设备本次实习使用的是指针式万用表和数字式万用表各一台，以及若干电阻、电容、二极管、三极管等电子元件。

四、万用表的基本结构和工作原理1、指针式万用表指针式万用表主要由表头、测量电路和转换开关三部分组成。

表头是万用表的核心部件，它采用磁电式测量机构，能够将测量的电信号转换为指针的偏转角度。

测量电路用于将被测电量转换为适合表头测量的小电流或小电压。

转换开关用于选择不同的测量量程和测量功能。

2、数字式万用表数字式万用表则由数字表头、测量电路和功能转换开关等部分组成。

数字表头采用数字集成电路，将测量的电信号直接转换为数字显示。

测量电路的作用与指针式万用表类似，也是将被测电量进行转换和处理。

功能转换开关用于切换测量项目和量程。

五、万用表的使用方法1、测量电阻（1）选择合适的量程：根据被测电阻的估计值，选择合适的量程。

如果无法估计电阻值，应先选择较大的量程，然后逐渐减小量程，直到测量结果准确为止。

（2）欧姆调零：在测量电阻之前，需要进行欧姆调零。

将表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指向零欧姆刻度线。

（3）测量电阻：将表笔分别接触被测电阻的两端，读取指针或数字显示的测量值。

2、测量直流电压（1）选择量程：根据被测电压的大小，选择合适的直流电压量程。

（2）测量电压：将红表笔接被测电压的正极，黑表笔接负极，读取测量值。

3、测量直流电流（1）选择量程：根据被测电流的大小，选择合适的直流电流量程。

数字万用表设计实验一．实验目的1.掌握数字万用表的工作原理、组成和特性2.掌握数字万用表的校准方法和使用方法3.掌握分压及分流电路的连接和计算4.了解整流滤波电路和过压过流保护电路的功用二．实验原理1.数字万用表的特性与指针式万用表相比较，数字万用表有如下优良特性：(1)高准确度和高分辨力;⑵电压表具有高的输入阻抗⑶; 测量速率快;⑷自动判别极性;⑸全部测量实现数字式直读;⑹自动调零;⑺抗过载能力强图（1）数字万用表的基本组成2.模数（A/D）转换与数字显示电路常见的物理量都是幅值（大小）连续变化的所谓模拟量（模拟信号）。

指针式仪表可以直接对模拟电压、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（如存储、传输、打印、运算等）。

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。

就象人站在楼梯上时，人站的高度只能是某些分立的数值一样。

这种情况被称为是“量化的”。

若最小量化单位（量化台阶）为Δ，则数字信号的大小一定是Δ的整数倍，该整数可以用二进制数码表示。

但为了能直观地读出信号大小的数值，需经过数码变换（译码）后由数码管或液晶屏显示出来。

以上所述的A/D 转换及数字显示已是很成熟的电子技术，且已经制成大规模集成电路，一般的仪器仪表生产者、使用者只要知道该类集成电路的管脚及特性，就能使用了。

3. 直流电压测量电路在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２所示，U 0为数字电压表头的量程（如200mV ），r 为其内阻（如10M Ω），r 1、r 2为分压电阻，U i0由于r >> r 2，所以分压比为21200r r rU U i += 扩展后的量程为 02210U r r r U i +=多量程分压器原理电路见图（３），５挡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200m V 、2V 、20V 、200V 和2000V 。

实验一 基本电工仪表使用及测量误差分析一、实验目的1. 掌握电压表、电流表等使用方法。

2. 会测定电压表、电流表准确度。

3. 学会减少电表对测量结果的影响及测量误差的计祘。

二、实验原理用电工测量仪表测量一个电量时，仪表的指示值Ax 与被测量的实际值Ao 之间，不可避免地存在一定的误差，它可用两种形式表示：绝对误差：△＝Ax －Ao相对误差：ν＝oA ∆×100% 用仪表测量会影响测量误差的因素很多（可参阅“附录一”或相关书籍），下面仅讨论其中的两个主要因素及处理方法。

1． 仪表准确度对测量误差的影响：仪表准确度关系到测量误差的大小。

目前，我国直读式电工测量仪表准确度分为0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5和5.0七个等级。

这些数字表示仪表在正常工作条件下进行测量时产生的最大相对误差的百分数。

仪表准确度等级通常标在仪表面板上。

仪表使用过程中应定期进行校验，最简单的校验方法是比较法。

按仪表校验规定，必须选取比被校表的准确度等级至少高2级的仪表作为标准表，校验可用图1－1所示电路。

图1－1 比较法校验电路在仪表的整个刻度范围内，逐点比较被校表与标准表的差值△，根据△最大值的绝对值m ∆与被校表量程Am 之比的百分数%100mm m A ∆=ν，可以确定被校表的准确度等级。

如测得结果%1.2=νm，则被校表的准确度等级νn 为2.5级。

例：有一准确度为2.5级的电压表，其量程为100V ，在正常工作条件下，可产生的最大绝对误差（即：由于仪表本身结构的不精确所产生的基本误差）为：m n U U ⨯=∆ν＝±2.5％×100＝±2.5（V ）对于量程相同的仪表，νn越小，所产生的U ∆就越小。

恒压源被测表恒压源被测表(a)校验电压表(b)校验电流表另外，用上述电压表分别测量实际值U 为5V 和100V 的电压时，测量结果的相对误差分别为：%5.2%1001005.2%50%10055.2%1008020±=⨯±=±=⨯±=⨯∆=ννU U可见，在选用仪表量程时，被测量程值愈接近仪表满量程值，相对测量误差越小。

数字万用表的常见故障分析与维修数字万用表的工作原理及特点:双积分A/D转换器是数字万用表的“心脏”，通过它实现模拟量—数字量的转换。

外围电路主要包括功能转换器、功能及量程选择开关、LCD或LED显示器，此外还有蜂鸣器振荡电路、驱动电路、检测线路通断电路、低电压指示电路、小数点及标志符(极性符号等)驱动电路。

数字万用表的基本构成A/D转换器是数字万用表的核心，采用单片大规模集成电路7106。

7106采用内部异或门输出，可驱动LCD显示器，耗电极省。

它的主要特点是:单电源供电，且电压范围较宽，使用9V叠层电池，以实现仪表的小型化，输入阻抗高，利用内部的模拟开关实现自动调零与极性转换。

缺点是A/D转换速度较慢，但能满足常规电测量的需要。

下面是常见故障分析，及处理方法(1)查数字万用表的故障，首先应检查和判断故障现象是带共性的(例如所有档都不能测量)，还是带个性的(例如仅电流档不能测量)，对所有档均不能工作甚至无液晶显示，应重点检查电源电路和A/D转换器；若个别档有问题，说明电源和A/D转换器工作正常，应参照单元电路去寻找故障。

(2)数字万用表的最小直流电压档(即直流200mV档)是三位半数字万用表的基本档，其余档大都在此基础上扩展而成，因此检修仪表时应先检查该档工作是否正常。

(3)直流电压基本档不回零。

一般是由于分压电阻附近较脏，应擦洗电阻周围使之回零，然后由直流电压源输入1V电压进行校准，校准时调直流电位器。

(4)基准电压不正常，仪表打到哪档始终显示“1”，检查集成块7106的第35、36管脚之间有无100mV的基准电压，再检查开关VR1电位器是否良好、分压电阻R12(4Ω)和R13(150Ω)是否准确。

(5)各档显示数字乱跳无法使用。

此故障多数是因为测大容量电容时没有放电，也有的是测量时打错档位，导致双时基集成块7556和7106损坏。

检查时首先在电池两端测电流，若大于10mA，则说明7556损坏；取下此片，再测，电流还很大，则7106损坏；取下此片，再测，电流小于，则说明其它基本正常。

数字万用表校准与检测方法1. 引言1.1 什么是数字万用表校准与检测方法数字万用表校准与检测方法是指对数字万用表进行定期校准和检测，以确保其测量结果的准确性和可靠性。

数字万用表是一种广泛应用于电子、电气等领域的仪器，用于测量电压、电流、电阻、频率等参数。

在实际使用过程中，数字万用表可能会出现误差或漂移，导致测量结果不准确，影响工作效率和产品质量。

校准是指通过比较仪器测量结果与已知标准值的对比，对仪器进行调整和修正，使其能够准确地显示被测量参数的数值。

校准方法包括零点校准、量程校准、温度校准等。

校准的重要性在于提高数字万用表的测量精度，确保其长期稳定性和可靠性。

检测是指对数字万用表进行全面的功能、性能、数据准确性等方面的测试，以验证其工作状态是否符合要求。

检测方法包括功能测试、精度检测、稳定性测试等。

通过检测可以及时发现并解决仪器存在的问题，提高数字万用表的可靠性和耐用性。

数字万用表校准与检测方法是确保仪器测量准确性和可靠性的重要手段，对于保障电子、电气等领域工作的顺利进行具有重要意义。

通过科学规范的校准与检测，可以提高数字万用表的准确性，保证数据的可靠性，提高工作效率和产品质量。

2. 正文2.1 数字万用表校准的重要性数字万用表的校准是确保仪器准确测量的关键步骤之一。

校准的重要性在于确保数字万用表的测量结果准确可靠，提高仪器的可靠性和稳定性。

一台未经校准的数字万用表可能存在测量误差，导致仪器在实际应用中无法准确反映被测量对象的真实数值。

定期对数字万用表进行校准是非常必要的。

数字万用表的准确度直接影响到实验数据的准确性，尤其在一些对测量精度要求较高的领域，如科研、生产等。

校准可以帮助用户确认仪器是否符合规定的准确度要求，保证测量结果的可靠性。

通过校准，还可以发现并解决数字万用表可能存在的故障或损坏问题，及时维护仪器并延长其使用寿命。

2.2 数字万用表的校准方法准备好标准仪器。

在进行数字万用表的校准之前，需要准备一台已经过准确校准的标准仪器，以便进行比对。

实验一数字万用表、交流毫伏表及其使用一．实验目的:1．掌握万用表测量电阻、测量交直流电压的过程及测量数据的处理方法。

2．掌握毫伏表的使用方法。

3．了解毫伏表的工作频率极限。

4．学会毫伏表使用前的调零和校正。

二．实验仪器及材料：1．数字万用表2．WYK直流稳压电源3．色环电阻4．DF2170A毫伏表5. SFG-1003信号发生器三．实验原理：1、数字万用表数字万用表，采用9V叠层电池供电，整机功耗约20mW；采用LCD液晶1位万用表。

核心也是直流数字显示数字，最大显示数字为±1999，因而属于32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）交流电压测量电路图2为数字万用表交流电压测量电路原理图。

由图可见，它主要由输入通道、降压电阻、量程选择开关、耦合电路、放大器输入保护电路、运算放大器输人保护电路、运算放大器、交－直流（AC／DC）转换电路、环形滤波电路及ICL7l06芯片组成。

图中，C1为输入电容。

VD11、VD12是C）的阻尼二极管，它可以防止C1两端出现过电压而影响放大器的输入端。

R21是为防止放大器输入端出现直流分量而设计的直流通道。

VD5、VD6互为反向连接，称为钳位二极管，起“守门”作用，防止输入至运算放大器062的信号超过规定值。

运算放大器062完成对交流信号的放大，放大后的信号经C5加到二极管VD7、VD8上，信号的负半周通过VD7，正半周通过VD8，完成对交流信号进行全波整流。

经整流后的脉动直流电压经电阻R26、R31和电容C6、C10组成的滤波电路滤波后，在R27、RP4上提取部分信号输人至基本表的输人端IN＋。