【文章內容簡介】 Ui R1 9M R2 900K R3 90K R4 9K R5 1K 2020V 2V 20V 200V 動 片 2 數(shù)字電壓表頭 IN+ IN 200mV 200mV 例如：其中 200V 檔的分壓 河北工程大學畢業(yè)設計 (論文） 數(shù)字萬用表總體設計方案 11 即被測電流 RUI ii ? 圖 25 電流測量原理 圖 26 多量程分流器電路 若數(shù)字表頭的電壓量程為 U0，欲使電流檔量程為 I0，則該檔的取樣電阻 (也稱分流電阻 )為 00 IUR? 如 0U =200mV ，則 0I =200mA 檔的分流電阻為 R=1Ω 。 多量程分流器原理電路見圖 26。圖 26 中的分流器在實際使用中有一個缺點，就是當換檔開關接觸不良時，被測電路的電壓可能使數(shù)字表頭過載，所以，實際數(shù)字萬用表的直流電流檔電路為圖 27 所示。圖 27 中各檔分流電阻的阻值是 這樣計算的：先計算最大電流檔的分流電阻 5R Ω)(50 ???ms IUR 再計算下一檔的 4R ）（ 54m04 ????? 依次可計算出 5R 、 2R 、 1R 。 圖中的 BX 是 2A 保險絲管，電流過大時會快速熔斷，超過流保護作用。兩只反向連接且與分流電阻并聯(lián)的二極管 D D2 為塑封硅整流二極管，它們起雙向限幅過壓保護作用。正常測量時，輸入電壓小于硅二極管的正向導通壓降，二極管截止，對測量毫無影響。一旦輸入電壓大于 ，二極管立即導通，兩端電壓被限制住 (小于 )，保護儀表不被損壞。 4 交流電壓電流測量處理原理數(shù)字萬用表中交流電壓，電流測量電路是在直流電數(shù)字電壓表頭 Ii Ui IN+ IN r R 1K 100 10 1 200uA 2mA 20mA 200mA 2A Ii Ui IN+ IN 數(shù)字電壓表頭 河北工程大學畢業(yè)設計 (論文） 數(shù)字萬用表總體設計方案 12 壓、電流測量電路的基礎上，在分壓 器或分流器之后加入了一級交流 直流 (ACDC)變換器，圖 28 為其理簡圖。該ACDC 變換器主要由集成運算放大器、整流二極管、 RC 濾波器等組成，還包含一個能調整輸出電 壓高低的電位器，用來對交流電壓檔進行校準之用。調整該電位器可使數(shù)字表頭的顯示值等于被測交流電壓的有效值。同直流電壓檔類似，出于對耐壓、安全方面的考慮，交流電壓最高檔的量限通常限定為 700V (有效值 )。 5 電阻測量原理 數(shù)字萬用表中的電阻檔采用的是比例測量法，其原理電路見圖 29。由穩(wěn)壓管 ZD 提供測量基準電壓，流過標準電 R0和被測電阻 RX的電流基本相等 (數(shù)字表頭的輸入阻抗很高，其取用的電流可忽略不計 )。所以 A/D 轉換器的參考電壓 REFU 和輸入電壓 INU有如下關系： xINREF RRUU 0? 即 0RUURREFIN? 根據(jù)所用 A/D 轉換器的特性可知，數(shù)字表顯示的是 UIN與 UREF的比值，當 UIN=UREF時顯示“ 1000”， UIN=“ 500”， 以此類推。所以，當 RX=R0時表頭將顯示“ 1000”，當 RX=“ 500”，這稱為比例讀數(shù)特性。因此，我們只要選取不同的標準電阻并適當?shù)貙π?shù)點進行定位，就能得到不同的電阻測量檔。如對200Ω檔，取 R01=100，小數(shù)點定在十位上。當 RX=100Ω時，表頭就會顯示出 Ω。當 RX變化時，顯示值相應變化，可以從 。又如對 2 kΩ檔，取R02=1KΩ，小數(shù)點在千位上。當 RX變化時，顯示值相應變化，可以從 KΩ測到 KΩ。其余各檔道理相同，同學們可自行推演。數(shù)字萬用表多量程電阻檔電路見圖 210。由上分析可知， R1= R01=100Ω R2= R02 R01=1000100=900BΩ R3= R03 R02=10K1K=9K ﹍﹍﹍﹍ 圖 210中 由正溫度系數(shù) (PTC)熱敏電阻 R1與晶體管 T組成了過壓保護電路，以防誤用電阻檔去測高電壓時損壞集成電路。當誤測高電壓時，晶體管 T 發(fā)射極將擊穿從而限制了輸入電壓的升高。同時 R1隨著電流的增加而發(fā)熱，其阻值迅速增大，從而限制了電流的增加，使 T 的擊穿電流不超過允許范圍。即 T 只是處于軟擊穿狀態(tài)，不會損壞，一旦解除誤操作， R1和 T都能恢復正常。 河北工程大學畢業(yè)設計 (論文） 數(shù)字萬用表總體設計方案 13 圖 27 實用分流器電路 圖 28 ACDC 變換器原理簡 圖 29 電阻測量 Ii BX D1 D2 動 片 2 200uA 2mA 20mA 200mA 200mA 900 90 9 R1 R2 R3 R4 R5 Ui IN+ IN 數(shù)字電 壓表頭 ZD R0 R5 VREF+ VREF IN+ IN UREF UIN A／ D 轉換 及 數(shù)字 表頭 直流電壓輸出 交流電壓校準你 交流電壓輸入 河北工程大學畢業(yè)設計 (論文） 數(shù)字萬用表總體設計方案 14 6 6 電容測量原理 電容測量是根據(jù)電容充電原理其充電電壓與時間成一定的指數(shù)關系。根據(jù)電壓和時間可以計算出電容的值。 圖 210 電阻測量 Rt A／ D 轉換 及 數(shù)字 表頭 RS PTC T 100 200ΩΩ 900 2 KΩ 9K 20KΩ 90K 200KΩ 900K 2MΩΩ +V VREF+ VREF IN+ IN 動 片 2 R5 R4 R3 R2 R1 河北工程大學畢業(yè)設計 (論文） 數(shù)字萬用表總體設計方案 15 數(shù)字萬用表的硬件系統(tǒng)設計總體框架圖 如下圖 211 所示，本萬用表由以下幾部分功能組成，復位電路、震蕩電路、 ADC輸入、被測量顯示、超限報警、 ADC 使能控制。復位電路用來清零，進行下一次的測量；震蕩 電路用來消除一些外來干擾，使電路工作更加穩(wěn)定； ADC 輸入則是將輸入量進行 AD 轉換；測量顯示就是顯示測量的數(shù)值；超限報警部分則是用作當測量量超出量程范圍時發(fā)出警報，以便提醒用戶更改大量程； ADC 使能控制則用來對輸入量進行控制，允許輸入或者不允許。 圖 211. 總體電路設計原理圖 復位電路 震蕩電路 ADC 輸入 89c51 被測量顯示 超限報警 ADC 使能控 制 河北工程大學畢業(yè)設計 (論文） 數(shù)字萬用表總體設計方案 16 河北工程大學畢業(yè)設計（論文） 選用芯片介紹及硬件電路設計方案 17 3 選用芯片介紹及硬件電路設計方案 芯片選擇及功能簡介 AT89c51 芯片功能特性描述 AT89c51 引腳框圖： 1 40 Vcc 2 39 3 38 4 37 5 36 6 35 7 34 8 33 RST/Vpd 9 32 RXD 10 31 EA/Vpp（內 1/外 0 程序選擇） TXD 11 30 ALE/P （地址鎖存輸出） INT0 12 29 PSEN （外 部程序讀選通輸出） INT1 13 28 T0 14 27 T1 15 26 WR 16 25 RD 17 24 X2 18 23 X1 19 22 GND 20 21 圖 31 AT89c51芯片引腳圖 1 主要特性： 8031 CPU與 MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程 FLASH存儲器 (壽命： 1000寫 /擦循環(huán) ) 全靜態(tài)工作： 0Hz24KHz 三級程序存儲器保密鎖定 128*8位內部 RAM 32條可編程 I/O線 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 河北工程大學畢業(yè)設計（論文） 選用芯片介紹及硬件電路設計方案 18 6個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內振蕩器和時鐘電路 2 管腳說明： VCC：供電電壓。