实验十数字万用表设计

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1、实验十数字万用表设计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、掌握万用表的使用方法。2、了解数字电表原理。3、掌握改装数字万用表的原理及其校准方法。［实验仪器设备］改装表（数字万用表）、AD参考电压模块、变直流电压转换模块、标准万用表、九孔板等。12九孔板的面板结构如下图所示。日字型的结构中每个插孔都是相互连通的。但任何两个日字

2、型结构之间是不导通的。田字型的结构中每个插孔都是相互连通的。但两任何个田字型结构之间是不导通的。一字型的结构中每个插孔都是相互连通的。但两个一字型结构之间是不导通的。我们可以用元器件，导线和连接器等连接成我们需要的电路。［实验原理］一、数字电表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

3、可以用二进制码表示。设=0.1，我们把被测电压与比较，看是的多少倍，并把结果四舍五入取为整数(二进制)。一般情况下，≥1000即可满足测量精度要求(量化误差≤1/1000=0.1%)。所以，最常见的数字表头的最大示数为1999，被称为三位半(31/2)数字表。如：是(0.1)的1861倍，即=1861，显示结果为186.1()。这样的数字表头，再加上电压极性判别显示电路和小数点选择位，就可以测量显示-199.9～199.9的电压，显示精度为0.1。（工作原理见附录）二、改装数字万用表的设计常用万用表需要对直流电压、直流电流的测量等，图1为万用表测量基本原理图。下面我们主要讲

4、讲提到的几种参数的测量：12图1改装万用表基本原理图本实验使用的DH6505型数字电表原理及万用表设计实验仪，它的核心是由双积分式模数A/D转换译码驱动集成芯片ICL7107和外围元件、LED数码管构成。为了同学们能更好的理解其工作原理，我们在仪器中预留了8个输入端，包括2个测量电压输入端(IN+、IN-)、2个基准电压输入端(Vr+、Vr-)、3个小数点驱动输入端（dp1、dp2和dp3）以及模拟公共端（COM）。1、直流电压量程扩展测量在前面所述的直流电压表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，电压表的量程Uo为200，附录中所提到参考电

5、压选择100mV时所组成的直流电压表，为其内阻(如10)，、为分压电阻，Ui为扩展后的量程。图2分压电路原理图3多量程分压器原理由于r>>r2，所以分压比为12扩展后的量程为多量程分压器原理电路见图3，五档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200、2、20、200和2000。采用图3的分压电路（见实验仪中的分压器b）虽然可以扩展电压表的量程，但在小量程档明显降低了电压表的输入阻抗，这在实际应用中是行不通的。所以，实际通用数字万用表的直流电压档分压电路（见实验仪中的分图4实用分压器原理压器a）为图4所示，它能在不降低输入阻抗（大

6、小为R//r，R=R1+R2+R3+R4+R5）的情况下，达到同样的分压效果。例如：其中20档的分压比为：其余各档的分压比也可照此算出。实际设计时是根据各档的分压比和以及考虑输入阻抗要求所决定的总电阻来确定各分压电阻的。首先确定总电阻：R=R1+R2+R3+R4+R5=10M再计算2000档的分压电阻：R5=0.0001R=1K然后200V档分压电阻：R4+R5=0.001RR4=9K这样依次逐档计算R3、R2和R1。尽管上述最高量程档的理论量程是2000V，但通常的数字万用表出于耐压和安全考虑，规定最高电压量限为1000V。由于只重在掌握测量原理，所以我们不提倡大家做高电

7、压测量实验。在转换量程时，波段转换开关可以根据档位自动调整小数点的显示。同学们可以自行设计这一实现过程，只要对应的小数位dp1、dp2或dp3插孔接地就可以实现小数点的点亮。122、直流电流量程扩展测量（参考电压100mV）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5，由于电压表内阻r>>R，∴取样电阻上的电压降为：图5电流测量原理图6多量程分流器电路若数字表头的电压量程为Uo，欲使电流档量程为Io，则该档的取样电阻(也称分流电阻)Ro=。若=200mV，则=200