下载文档原格式
实验二十五 数字万用表的设计、制作与校准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和特性。
2．掌握数字电表的校准方法和使用方法。
3．设计数字万用表（即多量程数字电压、电流和电阻表）。
4．了解交流电压和二极管相关参数的测量。
【实验仪器】ZKDB-A 型数字电表改装试验仪1套（所含模块如下图所示），通用标准万用表1个。
量程转换开关模块交直流电压转换模块 功能：把交流电压转换成直流电压，模块中有电位器进行调整。
参考电阻模块 功能：提供可调参考电阻和可调待测电阻各一个。
三位半数字电压表头AD 参考电压模块功能：提供数字电压表头中模数转换芯片所需的参考电压(Vr-，Vr+)， 有两档（0.1V 和1V ），有电位器可进行电压调节。
【实验原理】 1. 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，我们把被测电量程扩展分压器模块 a 量程扩展分流器模块 a 量程扩展分流器模块 b电流档保护模块 功能：防止过流。
量程扩展分压器模块b量程扩展分档电阻模块电阻档保护模块 功能：防止过压损坏仪器。
待测元件模块功能：提供电阻、二极管、NPN 三极管和PNP 三极管各一个。
GND+5V3K10K二极管测量XDAXDKXDO二极管测量模块电阻档基准电压模块 功能：用于在电阻测量时提供测量基准电压。
9205数字万用表工作原理电路及其测量电路- 全文数字万用表由数字电压表（DVM）配上各种变换器所构成的，因而具有交直流电压、交直流电流、电阻和电容等多种测量功能。
下图是数字万用表的结构框图，它分为输入与变换部分、A/D转换器部分、显示部分。
输入与变换部分，主要通过电流一电压转换器（w）、交一直流转换器（AC/DC）、电阻一电压转换器（R/V）；电容一电压转换器（CN）将各测量转换成直流电压量，再通过量程旋转开关，经放大或衰减电路送入A/D转换器后进行测量。
A/D转换器电路与显示部分由ICL7106和LCD构成。
我们可以看出数字万用表是以直流200mV作基本量程，配接与之成线性变换的直流电压、电流；交流电压、电流，欧姆、电容变换器即能将各自对应的电参量用数字显示出来。
功能电路及工作原理1．电阻测量电路及小数点显示电路（见下图）①采用比例法测量电阻，被测电阻Rx和基准电阻串联起来接在V+和COM之间，Uin=V+RX/（R+RX）。
测量档位确定后，R确定，则Rx越大，Uin也越大；档位从200Ω~20MΩ变化时，相应的R也增大，通过计算可以看出能保证Rx上的分压不会超出一定值，使各个量程保持平衡。
②ICL7106只有液晶笔端和背电极驱动端，为了显示小数点，利用运放OP1构成反相放大器形成小数点显示电路，使得ICL7106去LCD的背电极BP点的脉冲信号（50Hz的方波，占空比位50%，保证交流电压有效值为0，延长LCD的使用时间）和相应去每个小数点BP2、BP20、BP200的脉冲信号反向，根据液晶的显示原理，此时正好点亮相应的小数点。
2．直流电压测量电路及交流电压测量电路（见下图）①直流电压测量采用电阻分压器法测量电压，输入的直流电压通过分压和转换开关将各个量程电压均变成为0～200mV直流电压，最后送入A/D 转换电路去显示。
测量值越大，则分压送入ICL7106的输入端的电压越大；档位从200mV～1000V变化时，相应的档位电阻减少，通过计算可以看出能保证去7106的输入端电压不会超出一定值200mV，这样可以使各个量程保持平衡（如下表所示）。
数字万用表的基本框图原理、面板旋钮的作用和使用方法数字万用表是近年来消失的先进测量仪表。
国际上已消失袖珍式数字万用表代替传统的指针式万用表的趋势。
由于它采纳了大规模集成电路，具有数字化显字功能，因此仪表的结构轻松、测量精度高、输入阻抗高、显示直观、过载力量强、功能全、耗电省等优点，深受人们欢迎。
目前国内使用较多的DT－830、DT－840和DT－845三种型号。
本节主要介绍DT－830型万用表的基本框图原理、面板旋钮的作用和使用方法。
其面板图如图1所示。
图1 DT－830型数字万用表的面板图1. 基本工作原理数字万用表的种类较多，但基本工作原理则是大同小异，其基本方框图如图2所示。
图2 DT－830型数字万用表的基本方框图虚线框表示直流数字电压表DVM，它由阻容滤波器、A/D转换器、LCD显示器组成。
在数字电压表的基础上再增加沟通-直流（AC －DC）转换器、电流-电压（I－V）转换器和电阻-电压（Ω－V）转换器，这就构成了数字万用表。
2. 面板旋钮的作用万用表面板如图1所示，上面排列着液晶显示屏、量程开关、输入插口、hFE插口和电源开关五个部分，各部分的功能如下：（1）液晶显示屏：万用表的显示位数是4位，因最高位（千位）只能显示数字“1”或者不显示数字，故算半位，总称位（读作三位半）。
最大显示数为1999或－1999。
当测量直流电压和直流电流时，仪表有自动显示极性功能，若测量值为负，显示的数字前面将带“－”号。
当仪表输入超载时，屏上消失“1”或“－1”。
（2）量程开关：旋转式量程开关位于面板中心，是转换工作种类和量程用的。
开关四周用不同的颜色和分界线标出各种不同工作状态的范围。
（3）输入插口：输入插口是万用表通过表笔和测量点连接的部位，共有“COM”、“V.Ω”、“mA”和“10A”四个孔。
负表笔始终置于“COM”插口，正表笔要依据工作种类和测量值的大小置于“V.Ω”、“mA”或“10A”中。
超实用！数字万用表各种测量全程图解数字万用表可用来测量直流和交流电压、直流和交流电流、电阻、电容、频率、电池、二极管等等。
整机电路设计以大规模集成电路双积分A/D转换器为核心，并配以全过程过载保护电路，使之成为一台性能优越的工具仪表，是电工的必备工具之一。
一、操作前注意事（1）将ON-OFF开关置于ON位置，检查9V电池，如果电池电压不足，或“BAT”将显示在显示器上，这时，则应更换电池;如果没有出现则按以下步骤进行；（2）测试前，功能开关应放置于所需量程上，同时要注意指针的位置，如下图所示；（3）同时要特别注意的是，测量过程中，若需要换挡或换插针位置时，必须将两支表笔从测量物体上移开，再进行换挡和换插针位置。
二、电压档的使用与注意事项测电压时，必须把黑表笔插于COM孔，红表笔插于V孔，如下图红色框所示；若测直流电压，则将指针打到如下图所示直流档位若测交流电压，则将指针打到如下图所示交流电压档位(1)如果不知道被测电压范围，将功能开关置于大量程并逐渐降低量程(不能在测量中改变量程)。
(2)如果显示“1”，表示过量程，功能开关应置于更高的量程。
(3) △!表示不要输入高于万用表要求的电压，显示更高的电压值是可能的，但有损坏内部线路的危险。
(4)当测高压时，应特别注意避免触电。
(5)数字表电压档的内阻很大，至少在兆欧级，对被测电路影响很小。
但极高的输出阻抗使其易受感应电压的影响，在一些电磁干扰比较强的场合测出的数据可能是虚的。
要注意到避免外界磁场对万用表的影响(比如有大功率用电器件在使用时)。
(6)在使用万用表过程中，不能用手去接触表笔的金属部分，这样一方面可以保证测量的准确，另一方面也可以保证人身安全。
三、电容档的测量与注意事项电容容量的测量方法如下图方框所示，将指针打到电容档（F档）在数字万用表的档位左下方有两个孔，上面写的是Cx，把需要测的电容原件插到里面就可以测了，要是有极性的电容要注意正负极电容（或电容量, Capacitance）指的是在给定电位差下的电荷储藏量；记为C，国际单位是法拉（F），表征电容器容纳电荷本领的物理量。
830数字万用表原理、组装与调试一. 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3 1/2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。
二. 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，了解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。
三. 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1所示。
表1 830数字万用表主要技术指标四. 830数字万用表工作原理DT830B数字万用表以大规模集成电路7106为核心，其原理框图如图1所示。
输入的电压或电流信号经过一个开关选择器转换成0～199.9mV的直流电压。
例如输入信号100VDC，就用1000：1的分压器获得100.0mVDC；输入信号100V AC，首先整流为100VDC，然后再分压成100.0mVDC。
电流测量则通过选择不同阻值的分流电阻获得。
采用比例法测量电阻，方法是利用一个内部电压源加在一个己知电阻值的系列电阻和串联在一起的被测电阻上。
被测电阻上的电压与己知电阻上的电压之比值，与被测电阻值成正比。
输入7106的直流信号被接入一个A/D转换器，转换成数字信号，然后送入译码器转换成驱动LCD的7段码。
A/D转换器的时钟是由一个振荡频率约48KHz的外部振荡器提供的，它经过一个1/4分频获得计数频率，这个频率获得2.5次/秒的测量速率。
MF10型万用表电路图MF10型万用表电路图MF10 指针万用表外形图MF10型指针式万用表内部结构图MF10型万用表电路图MF10型万用表性能参数高灵敏度，满度电流10μA输入阻抗高，50V量程为50V×100KΩ/V=5MΩ 。
设有“Ω×100K”量程，测量值可达200MΩ测量范围：直流电压：DCV 1/2.5/10/50/100（100KΩ/V）/250/500V （20KΩ/V）/30KV（W/H.V.probe）交流电压：ACV 10/50/250/500V（20KΩ/V）直流电流：DCA 10/50/100μ/1/10/100/1000mA电阻测量：Ω ×1 ×10 ×100 ×1K ×10K ×100KΩ尺寸重量：220×145×85mm，1.5Kg电池数量：1.5V 5#电池1个、叠层15V电池一个MF-110 万用表的使用方法一、表的结构：1、表盘（刻度线）2、0度调节旋钮3、档位调节旋钮（档位范围）4、红（+）黑（-）接线口5、欧姆0度调节旋钮（在表的左边）6、电池安装口（将表的后盖打开就可以看到，1.5V干电池，正负极安装上面有标识）2、此表的刻度线主要有四个，从上到下依次是电阻刻度线、电压和电流刻度线、1-10V交流刻度线、音频分辨率刻度线。
常用的两个黑色刻度线，即电阻、电压和电流刻度线。
3、档位范围，电阻Ω×10 ；Ω×100 ；Ω×1K；电压DCV(直流) 满刻度10；满刻度50；满刻度250 ；满刻度1000电压ACV（交流）满刻度1000 ；满刻度250；满刻度50 ；满刻度10电流DcmA（直流）满刻度0.5毫安；满刻度50毫安；满刻度500毫安4、因为此表比较简单，故只能进行粗略的测量，但对于元件好坏的检测还是比较方便的。
二、刻度与测量1、电阻刻度线及读数表盘的最上的弧度刻度线（黑色）是电阻值，从右向左读数，最右边的0Ω，最左边的是∞Ω，在0-∞之间的刻度是不均匀的，要进行换算，例如：0-1Ω间有五个间距，那么就用1÷5=0.2Ω，每个刻度就是0.2Ω，即0-0.2—0.4-0.6-0.8-1Ω。
数字万用表电路图大全（模数转换电路/显示驱动电路）数字万用表电路图（一）数字万用表是在一个只有基本量程的直流数字电压表的基础上扩展而成的，这个电压表相当于数字万用表的表头。
其原理见图1。
在图1中，除显示器外，其余功能可全都集成在一个芯片上，具有这些功能的芯片叫A/D转换器，较常见的有ICL7106、ICL7107等多种型号，它们部属于双积分式A/D转换器。
双积分A/D 转换器内部电路虽然很复杂，但根据图1的电路可以说明其原理。
它在一个测量周期内的工作过程如下：测试开始，计数器清零，积分电容c放电，然后控制逻辑使K2、K3断开，K1接通，积分器对被测电压Vx进行正向积分，正向积分也叫采样，采样期间积分输出V01线性增加，经过零比较器得到过零方波，通过控制逻辑打开门G，计数器开始对时钟脉冲计数，当计数到最高位为1时，溢出脉冲通过控制逻辑使K1、K3断开，K2接通，采样结束，计数器复零。
设采样过程时间为T1，则积分输出V01=VxT1/RC（1），K2接通基准电压VR后，积分器开始第二次积分（反向积分），V01开始线性下降，计数器也重新计数。
当V01降至零时，比较器输出的负方波结束，控制逻辑使K2断开，K3接通，积分停止。
同时关闭门G，计数停止，一个测量周期结束。
设反向积分过程时间为T2，则积分输出为V01-VrT2/RC=0（2）。
由式（1）、（2），可得Vx=VrT2/T1（3）。
转换波形见图2。
设时钟脉冲周期为T0，则T1=N1T0，T2=N2T0，N1、N2分别是正、反向积分期间计数的时钟脉冲个数，所以VX=VRN2/N1（4）。
对干31/2位A/D转换器，采样期间计数到1000个脉冲时计数器有溢出，故N1=1000是个定值，如再规定VR=100.0mV，则有VX=0.1N2（5）。
（5）式说明，适当选择N1及VR的值，可使VX与N2的有效数字相同，只是小数点位置不同。
如将小数点定在显示值N2的十位，便可直接读数。
数字式万用表测量电路原理（1）直流电压测量电路
直流电压档电路原理图，如图3所示：
图3 直流电压档电路原理图
（2）沟通电压测量电路
沟通电压档电路原理图，如图4所示：
图4 沟通电压档电路原理图
（3）直流电流测量电路
直流电流档电路原理图，如图5所示：
图5 直流电流档电路原理图
（4）电阻测量电路
电阻档电路原理图，如图6所示：
图6 电阻档电路原理图
３、技术指标DT-830
DT830数字万用表技术指标，如表1所示：
表1 DT830数字万用表技术指标
４、使用及修理说明
（1）在数字万用表中使用的时候应首先依据说明书的技术指标选择正确的功能和量程。
在检查修理的时候应依据故障的现象进行检查修理。
首先必需检查电源。
然后，依据显露出来的故障迹象，可分别检查显示规律、显示器，A／D转换器。
（2）假如有一种功能不正常，比如，测量电流时不能精确读数，而其他的功能在各个量程上都是正确的。
明显，故障肯定消失在电流一电压转换电路。
这一部分还打算于参考信号源，还应对参考信号源进行检查排故。
（3）对数字规律部分，没有必要进行任何校准，而对模拟部分(特殊是A／D转换器，电阻和沟通变直流的变换电路中)，每次更换元件后都应进行校准调整。
数字万用表原理图1.数字万用表工作框图集成芯片7106B是一个集成A/D与显示驱动相关逻辑电路的大规模集成电路，可以实现直流电压表功能。
而9205型数字万用表是在由7106B构成的直流数字电压表的基础上扩展而成的。
直流数字电压表的简单原理如图1右部所示，主要由模—数（A/D）转换器、计数器、译码显示器和控制器等组成。
在此基础上，利用交流—直流（AC—DC）转换器、电压—电流（I—V）转换器、电阻—电压（Ω—V）转换器、晶体管β值—电压（β—V）转换器、电容—电压（C—V）转换器，就可以把被测物理量转换成直流电压信号，从而实现9205型数字万用表各项功能。
A/D转换器的每个测量周期分自动调零、信号积分和反向积分三个阶段。
基本直流电压表的最大输入电压为200mV。
显示屏由四个大数字、三个小数点和负号组成。
当基本直流电压表输入为200mV时，四个大数字显示为2000。
配以小数点和负号，可实现所需要的各种显示。
图 1 数字万用表原理框图2.芯片简介7106B芯片引脚图以及基本外围电路（构成数字电压表的典型接线）如图2所示，其中：正负电源：1脚V P，正电源，标称电压2 .8V；27脚V N，标称电压为－6N。
数码显示驱动，2~25脚。
其中：a1~g1、a2~g2、a3~g3：分别是个位、十位、百位七段数码显示驱动信号。
ab4：千位驱动信号，溢出时，千位显示，其他不显示。
pol：负号显示。
BP/GND：液晶显示器背面公共电极的驱动，简称“背电极”。
波形均为50Hz方波。
例如，根据a1与BP电平异或来决定个位顶部液晶段显示与否。
38~40脚OSC1~OSC3：时钟振荡器，振荡频率40kHz。
33脚COMMON：模拟信号公共端，简称“模拟地”。
与输入信号、基准电压负端相连。
37脚V ref+：基准电压高电平，简称“基准＋”，通常采用内部基准电压。
36脚V ref-：基准电压低电平，简称“基准－”。
34、35脚C ref＋、C ref－：外界基准电容端，表现为低频小振幅方波。
