專利名稱：一種袖珍數(shù)字萬(wàn)用表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于測(cè)量?jī)x表，具體涉及一種既能夠?qū)﹄娮?、電容、電感、三極管等元件基礎(chǔ)參數(shù)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)測(cè)量，又能夠?qū)?、直流信?hào)以及脈沖參數(shù)等動(dòng)靜態(tài)信號(hào)進(jìn)行綜合測(cè)量的袖珍數(shù)字萬(wàn)用表。
現(xiàn)有的數(shù)字萬(wàn)用表，種類繁多，用途各異，但其結(jié)構(gòu)和工作原理大同小異，其核心電路都是采用一片大規(guī)模模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器。其測(cè)量原理是將各種物理量首先轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)，再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，最終根據(jù)物理量與數(shù)字量之間數(shù)學(xué)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理參量的測(cè)量。但由于實(shí)際測(cè)量要求的多樣性、動(dòng)態(tài)性和即時(shí)性，現(xiàn)有的萬(wàn)用表難以滿足實(shí)際工作中各種參數(shù)的測(cè)量需要。其主要原因是1、由于元件自身參數(shù)的精度，傳感器、有源元件的非線性特點(diǎn)，以及運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓的存在，使得測(cè)量?jī)x表在測(cè)量時(shí)存在誤差。傳統(tǒng)的解決方法是采用高精度、線性好的元器件，并精心設(shè)計(jì)電路以期達(dá)到提高萬(wàn)用表精度的目的，但是這將大大提高這種本應(yīng)“大眾化”的儀表的生產(chǎn)成本，因此難以普遍推廣采用。2、實(shí)際工作中需要測(cè)量的物理量常常不能直接轉(zhuǎn)換為直流電壓，使得現(xiàn)行的萬(wàn)用表不能直接測(cè)量，需要專用儀表進(jìn)行測(cè)量，給工作帶來(lái)了很大的不便。本設(shè)計(jì)人針對(duì)現(xiàn)行萬(wàn)用表的不足，經(jīng)過(guò)多年潛心研究，開(kāi)發(fā)出了一種智能型的，能夠同時(shí)測(cè)量元器件及物理量的動(dòng)靜態(tài)和交直流信號(hào)的袖珍數(shù)字萬(wàn)用表。試驗(yàn)結(jié)果表明其綜合性能良好，測(cè)量精度高，而且成本低廉。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種使用方便、成本低廉，能夠高精度、全自動(dòng)地測(cè)量電阻、電容、電感、三極管等元件的基礎(chǔ)參數(shù)，以及交、直流、脈沖參數(shù)等動(dòng)靜態(tài)信號(hào)的袖珍數(shù)字萬(wàn)用表。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的它主要由元件參數(shù)測(cè)量單元、電壓參數(shù)測(cè)量單元、脈沖參數(shù)測(cè)量單元及控制單元等電路組成。
元件參數(shù)測(cè)量單元(1)之運(yùn)算放大器IC15A、B和IC15C、D以標(biāo)準(zhǔn)方式連接，IC15D的正向輸入端一路經(jīng)電阻R43和二極管D25接地，其輸出端經(jīng)電阻R44接IC15B的正向輸入端；IC15B的輸出端接至電子開(kāi)關(guān)IC17的X0和X1腳；與之以相同方式連接的運(yùn)算放大器IC16A、B和IC16C、D之IC16B的輸出端接至IC17的X2和X3腳，IC17的X端經(jīng)電位器W2接至標(biāo)準(zhǔn)連接的運(yùn)算放大器IC18C的正向端，其輸出經(jīng)電阻R57加到插口CH4，插口CH5與正向端接IC19B的反向端，插口CH4、5之間接待測(cè)電阻RX，標(biāo)準(zhǔn)電阻RS跨接與IC19B的反向端與輸出端之間，輸出端接至IC17的Y1、Y3腳；R57、RX和CH4的公共端接IC17的Y0、Y2腳，IC17的A、B腳分別接單片機(jī)IC1的P03、P04端，Y端接IC19C的正向端，IC19C反向端和輸出端分別經(jīng)電阻R65-R70接電子開(kāi)關(guān)IC20的X口，IC20的A、B、C端分別接IC1的P00-P02端，輸出端X接IC19A的正向端，電阻R80-R83、電位器W5組成的調(diào)零電路經(jīng)電阻R61接IC19A的反向端，再經(jīng)R60接至輸出端后到IC21的X0端，電子開(kāi)關(guān)IC21的數(shù)據(jù)控制端A、B分別接IC1的P05、P06端，IC21的X1端接自反相放大器IC19D的輸出端；IC21的Y0—Y2和X端接至A/D轉(zhuǎn)換器IC25的10腳；IC21的Y輸出端經(jīng)R63、R64、D26、D27分別接至AC/DC轉(zhuǎn)換電路之IC18A、B的正向輸入端，IC18B的輸出經(jīng)D30接至比較器的IC6A的反向端，其同向端接R84、R85來(lái)的參考電壓，IC6A的輸出端通過(guò)D39接IC1的P15腳；A/D轉(zhuǎn)換器IC25的BUSY端通過(guò)D40接IC1的INTO端，R/H端接IC1的P14腳，POL端通過(guò)D5與IC1的P16腳相連，由CL端接入經(jīng)IC7E、R98、R99、R110、D37、D38和T12、T13構(gòu)成的時(shí)鐘選擇電路和IC3來(lái)自IC1之ALE/P端的時(shí)鐘信號(hào)。
電壓參數(shù)測(cè)量單元之運(yùn)算放大器IC22B的反向端通過(guò)R93接插口CH6，正向端接插口CH7，輸出端接電子開(kāi)關(guān)IC23的Y端，IC23的數(shù)據(jù)控制端A、B分別接IC1的P00和P01端，使能端INH接IC4的5腳經(jīng)IC7D反向后的信號(hào)，T20、T21組成雙向限幅電路，其輸出端與R94—R97的公共端接于IC22B的反向端，R94—97的另一端分別接至IC23的X0—X3端和Y0—Y3端，IC23的X輸出端接至IC21的X2端，IC18D的輸出端接IC21的Y3端；電子開(kāi)關(guān)IC24的數(shù)據(jù)控制端A、B、C接IC1的P0—P2端，使能端INH接IC1的P03端，插口CH8一路接至IC22A的正向端，另一路經(jīng)電阻R108、R109、D33、D34接至IC24的X2端；電阻R76—R79通過(guò)W4并經(jīng)R105接IC22A的反向端，再經(jīng)R106接至輸出端，IC22A輸出端經(jīng)R107、D35、D36接至IC24的X1端，IC24的X端接至IC21的X2端；電源經(jīng)分壓電阻R11、R12接IC24的X3端，IC24的X端接IC18C的輸出端，X7端一路接IC25的2腳，另一路經(jīng)W3與R88、R89相連；R90—R92與T17、T18組成的恒流源由T18集電極輸出通過(guò)D31、D32加到測(cè)量插口CH6上，R84—R87和T14提供可變參考電壓，通過(guò)R86輸出至IC6A的正向端，IC6A的輸出經(jīng)T15、T16、R100—R102、C36組成的多諧振蕩電路接壓電發(fā)生器BZ；脈沖參數(shù)測(cè)量單元之雙D觸發(fā)器IC10構(gòu)成兩位計(jì)數(shù)器其9腳分別接至IC11和IC12的P1端和13A端，5腳接IC11的P0端；IC9構(gòu)成六位計(jì)數(shù)器其3—6腳分別接IC11的P2—P5端，10、11腳分別接IC11的P7和P6端，1腳與IC12的ZA端相接，IC1的P02端接IC9的MR端和IC7E的輸入端，IC7E的輸出端分別接至IC10A、B和IC13A、B的CD端，IC11的1、9、15腳分別與IC1的P04、P13和P06端相連；IC13和IC14構(gòu)成脈沖提取電路，IC14的A、B兩輸出端分別接IC12的10A、11A和10B端，時(shí)鐘信號(hào)CLK接于IC14A的2腳；IC1之P03端的TTL信號(hào)一路經(jīng)D22加到反向器IC7A的輸入端，另一路經(jīng)R19、R20、T8組成的電平變換器分別加到高頻雙柵場(chǎng)效應(yīng)管T9和T11的G2極上；插口CH2經(jīng)R21、R22、C15、C16、D16、D17分別接至IC8的IN、SW和OUT端，IC8的OUT端經(jīng)C18接T9的G1極，此G1極經(jīng)R31連接分壓電阻R24、R25和C19，T9的漏極輸出至IC12的4腳；插口CH3經(jīng)C20—C22、R26耦合到高頻雙柵場(chǎng)效應(yīng)管T10的G1極，G2極經(jīng)R29接兩端加有正負(fù)電壓的電位器W1的滑動(dòng)端，漏極輸出信號(hào)經(jīng)C25、C26耦合到T11的G1極上，T11的輸出一路進(jìn)入IC10的CLK端，另一路經(jīng)D24、R34送到IC14B的13腳；CH3的輸入信號(hào)經(jīng)C23、R28耦合到IC7A的輸入端，輸出經(jīng)D23加到IC14B的13腳；IC12的數(shù)據(jù)控制端S0、S1分別接IC1的P00和P01端；控制單元之帶隙式基準(zhǔn)電壓源D9經(jīng)R13、R14接IC6B的正向端并與R14—17、T7、C7—8、C10組成低壓線性穩(wěn)壓電源，由C10輸出的電壓經(jīng)D14、D15加到IC1電源端上，IC3A6腳輸出經(jīng)并聯(lián)的反向器IC7A、B后，再經(jīng)C11、C12、D12、D13輸出—5V電壓；電容C1、C2、晶振X1接在IC1的18、19兩腳之間，C3、D8接在其RESET端，IC2的SCL、SDA端分別接在IC1的P10和P11端，鎖存器IC4之?dāng)?shù)據(jù)線D0—D7接至IC1的P2口，輸出線Q0、Q3、Q5—Q7分別控制T2—T6的通斷，顯示器件LCD的D0—D7端與IC1的P2口相連，使能端接P12端，R/S端接P10端，IC1之P2口8個(gè)I/O線與P33、P35、P37三個(gè)口線之間接有開(kāi)關(guān)K1—K24；插口CH1分別經(jīng)D1、R1和D2、R2、C4再經(jīng)光電耦合器D3和D4接IC1的RXD和TXD端，C4的另一路經(jīng)IC15的7腳、并聯(lián)的IC15B—F、C13、C14、D10、D11整流后，由C14輸出至D4；二進(jìn)制計(jì)數(shù)器IC3A、B的13腳接IC1的ALE/P端。
由于本實(shí)用新型采用了新的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既提高了數(shù)字萬(wàn)用表的測(cè)量精度，增強(qiáng)了功能性，又降低生產(chǎn)成本。不僅可以測(cè)量基礎(chǔ)元件的基本的靜態(tài)參數(shù)，又能夠高精度地測(cè)量交、直流及脈沖等信號(hào)的動(dòng)態(tài)參數(shù)。使萬(wàn)用表達(dá)到了真正意義上的“萬(wàn)用”。
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)、工作原理和工作過(guò)程作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本實(shí)用新型不限于附圖所示。


圖1為本實(shí)用新型的方框原理圖；圖2為本實(shí)用新型元件參數(shù)測(cè)量、電壓參數(shù)測(cè)量單元之電原理圖；圖3為本實(shí)用新型脈沖參數(shù)測(cè)量單元之電原理圖；圖4為本實(shí)用新型控制單元之電原理圖。
如
圖1所示，本實(shí)用新型之袖珍數(shù)字萬(wàn)用表主要由元件參數(shù)測(cè)量單元1、電壓參數(shù)測(cè)量單元2、脈沖參數(shù)測(cè)量單元3及控制單元4等電路組成。
作為一個(gè)實(shí)施例，本實(shí)用新型的元件參數(shù)測(cè)量單元1包括信號(hào)變換電路、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)選擇、衰減、鑒相、量程轉(zhuǎn)換及A/D轉(zhuǎn)換等電路。它基于自由坐標(biāo)軸復(fù)數(shù)V—I測(cè)量原理，即在被測(cè)元件上加上正弦波信號(hào)，在計(jì)算機(jī)的控制下，利用直角坐標(biāo)軸原理，分別測(cè)出被測(cè)元件兩端的電壓和電流的復(fù)數(shù)值，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算出串聯(lián)或者并聯(lián)等效電路方式之等效電抗和電阻值，再根據(jù)電抗與電阻的比值以及電壓和電流的復(fù)數(shù)相位關(guān)系，判斷出該元件是電阻、電容或者是電感，繼而計(jì)算出元件的其他參數(shù)。式Z.x=V.u/I.=-Rs·V.u/V.s]]>表示出了參數(shù)之間的關(guān)系。只要測(cè)出復(fù)電壓u和s，而s已知，即可求得待測(cè)參數(shù)。此外，在與矢量電壓相差任意相角α的正交坐標(biāo)系統(tǒng)中測(cè)出它們?cè)趦蓚€(gè)坐標(biāo)軸上的投影來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)向量電壓的測(cè)量。本實(shí)用新型鑒相控制并不拘泥于初始相角，而是采用了自由坐標(biāo)軸原理實(shí)現(xiàn)的。在測(cè)得被測(cè)標(biāo)準(zhǔn)元件得實(shí)部電壓后，在測(cè)量虛部電壓時(shí)鑒相控制信號(hào)移前或移后90°，對(duì)頻率1000Hz測(cè)試信號(hào)來(lái)說(shuō)，延時(shí)250μs。對(duì)頻率100Hz的測(cè)試信號(hào)來(lái)說(shuō)，延時(shí)2500μs。在計(jì)算機(jī)的控制下，利用鑒相控制和A/D轉(zhuǎn)換器，分別測(cè)出u和s。
信號(hào)變換電路由四運(yùn)算放大器IC15，電阻R35-R44，電容C27-C30組成100Hz的有源帶通濾波器，四運(yùn)算放大器IC16，電阻R45-R54，電容C31-C34組成1000Hz的有源帶通濾波器等組成。單片機(jī)P07的輸出信號(hào)經(jīng)二極管D25限幅變成0.7V左右的方波信號(hào)，經(jīng)濾波后變成相應(yīng)頻率的正弦波。
正弦波信號(hào)經(jīng)雙四選一CMOS電子開(kāi)關(guān)IC17(4052)的X端輸出，經(jīng)W2、IC18等組成的放大電路放大及限流后加至插口CH4，插口CH4、5之間接待測(cè)電阻Rx，插口CH5接運(yùn)算放大器IC19B的反向端，通過(guò)其與標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs構(gòu)成的電流—電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓。
利用上述的V-I復(fù)數(shù)測(cè)量法，要采集待測(cè)元件上的信號(hào)源電壓、電流的實(shí)部和虛部，共4個(gè)物理量。采用IC17構(gòu)成信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)，其數(shù)據(jù)控制端A、B分別接IC1的P00和P01端，在單片機(jī)的控制下，分別接通100Hz和1000Hz的測(cè)試信號(hào)。IC17的Y端輸出信號(hào)經(jīng)IC19C組成的緩沖器緩沖，進(jìn)入R65-70及八選一CMOS電子開(kāi)關(guān)IC20(4051)組成的衰減器，IC20的數(shù)據(jù)控制端A、B、C接IC1的P00-P02端，控制其選擇合適的電平送入IC19A及其外圍電路組成的同相放大器，放大后送入IC21(4052)的X0端，IC19D及其外圍電路組成反向放大器接至X1端，其數(shù)據(jù)控制端接單片機(jī)IC1的P05、P06端，在其控制下共同組成鑒相整流器，輸出一路通過(guò)IC21的Y0-Y2端進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器IC25；另一路經(jīng)X2端進(jìn)入自換量程電路。
IC18A、B及其外圍電路組成AC/DC變換器，帶隙式基準(zhǔn)源D27與D26、R63、R64構(gòu)成前置限幅器，保證了變換器的正常工作。IC6A(TL062)構(gòu)成比較器，R84、R85為其同相端提供略小于2V的參考電壓，其輸出信號(hào)經(jīng)電平偏移式二極管D39接單片機(jī)的P15端，通過(guò)此信號(hào)由軟件調(diào)整衰減器的檔位，使之處于合適的電平后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器。
A/D轉(zhuǎn)換器電路的核心元件IC25采用了高精度、通用型CMOS單片四位半A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)分頻得到250/125KHz作為其時(shí)鐘信號(hào)。IC7E(74ACT14)及其外圍電路組成信號(hào)選擇電路，當(dāng)時(shí)鐘選擇信號(hào)Q2為高電平時(shí)，250KHz的信號(hào)經(jīng)R98、D37加到T12的基極，在集電極輸出信號(hào)，而125KHz信號(hào)不能通過(guò)；當(dāng)Q2為低電平時(shí)，125KHz的信號(hào)經(jīng)R99、D38加到T13的基極，在集電極輸出信號(hào)，而250KHz信號(hào)不能通過(guò)，實(shí)現(xiàn)了時(shí)鐘信號(hào)的轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換器受單片機(jī)的控制，其工作與單片機(jī)的內(nèi)部指令運(yùn)行之間完全同步，以實(shí)現(xiàn)用自由坐標(biāo)V-I復(fù)數(shù)測(cè)量法測(cè)量元件參數(shù)的目的。
電壓參數(shù)測(cè)量單元2包括交直流電壓、電流測(cè)量電路、系統(tǒng)參數(shù)測(cè)量及三極管β值測(cè)量等電路。運(yùn)算放大器IC22B(TL062)、雙四選一CMOS電子開(kāi)關(guān)IC23(MAX4052)及其外圍電路構(gòu)成有源衰減器，其數(shù)據(jù)控制端A、B接單片機(jī)的P01、P01端，使能端INH接單片機(jī)P02經(jīng)IC7D(74ACT14)反向后的信號(hào)；單片機(jī)通過(guò)自換量程電路的信號(hào)調(diào)整有源衰減器，將輸入電壓衰減到A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程2V以內(nèi)，輸出信號(hào)再送入后續(xù)電路。對(duì)于直流電壓，進(jìn)入IC21的模擬輸入端X2，由模擬輸出端X進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器IC25進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。對(duì)于交流電壓，則先通過(guò)耦合電容C35取出交流信號(hào)，再通過(guò)IC18D緩沖后進(jìn)入IC21的模擬輸入端Y3，由模擬輸出端Y進(jìn)入AC/DC轉(zhuǎn)換器，另一路再進(jìn)入模擬輸入端X3，由輸出端X輸出到IC25進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
IC24(4051)為八選一CMOS開(kāi)關(guān)，其數(shù)據(jù)控制端A、B、C接單片機(jī)的P00-P02端，使能端INH接單片機(jī)的P03端。插口CH8輸入的電流信號(hào)通過(guò)R108轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，當(dāng)電流信號(hào)大于200mA時(shí)，直接通過(guò)IC24的模擬輸入端X2進(jìn)入后續(xù)電路；當(dāng)電流信號(hào)小于200mA時(shí)，則通過(guò)IC22A(TL062)放大后，在進(jìn)入IC24的模擬輸入端X7進(jìn)入后續(xù)電路。
本實(shí)用新型的袖珍數(shù)字萬(wàn)用表可以對(duì)其系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，如電池電壓、RLC測(cè)試信號(hào)電平，A/D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓，電流放大器的失調(diào)電壓等。電池電壓經(jīng)R11、R12分壓后送入IC24的X3端；IC18C的輸出的測(cè)試信號(hào)送入IC24的X0端；A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓送入IC24的X7端，當(dāng)按下開(kāi)關(guān)K17進(jìn)行參數(shù)測(cè)量時(shí)，單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)選通相關(guān)的信號(hào)，送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理。
脈沖參數(shù)測(cè)量電路3包括分頻器電路、放大整形、脈沖提取、計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)選擇及接口電路等。信號(hào)的周期即是信號(hào)的振蕩一周所需要的時(shí)間，如果把信號(hào)整形成矩形脈沖信號(hào)，則可分成正脈沖和負(fù)脈沖，顯然周期等于正脈寬和負(fù)脈寬之和，如果在脈沖串中取出一個(gè)脈沖，作為閘門信號(hào)，控制已知頻率為F0的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)入計(jì)數(shù)器，則計(jì)得的N個(gè)脈沖于脈寬之間有如下關(guān)系Tx＝N/F0。本實(shí)用新型利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，通過(guò)軟件控制產(chǎn)生寬度1s的信號(hào)作為閘門信號(hào)，此信號(hào)從P03端輸出；計(jì)數(shù)單元由單片機(jī)內(nèi)部的16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器0，一個(gè)8位軟件計(jì)數(shù)器以及外部擴(kuò)展的8/6位計(jì)數(shù)器構(gòu)成。此擴(kuò)展的8/6位計(jì)數(shù)器由IC10雙D觸發(fā)器74ACT74連接成兩位計(jì)數(shù)器，IC9八位計(jì)數(shù)器74HC393構(gòu)成的六位計(jì)數(shù)器及IC11串行/并行轉(zhuǎn)換器74HC165構(gòu)成，其中，IC11的數(shù)據(jù)輸出端Q7端經(jīng)二極管D7接單片機(jī)P13端，并行數(shù)據(jù)輸入端PL接單片機(jī)的P04端，時(shí)鐘輸入端CLK2接其P06端，通過(guò)此口軟件可讀取擴(kuò)展計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。
IC13(74ACT74)雙D觸發(fā)器、IC14(74ACT20)雙四輸入與非門構(gòu)成脈沖提取電路。當(dāng)測(cè)量正脈寬時(shí)，單片機(jī)從P02發(fā)出清零脈沖，IC9、10、IC13被清零，IC13A的5腳Q端為低電平，相連的2腳D端、6腳Q端為高電平，IC13B的8腳Q端為高電平，12腳D端接高電平，當(dāng)數(shù)據(jù)選擇器IC12(74ACT153)的9腳輸出脈沖串時(shí)，第一個(gè)脈沖上升沿觸發(fā)IC13A，5腳Q端變?yōu)楦唠娖剑?腳Q端、2腳D端變?yōu)榈碗娖?，IC13B的狀態(tài)不變，此時(shí)，四輸出與非門IC14A打開(kāi)，時(shí)基脈沖通過(guò)數(shù)據(jù)選擇器進(jìn)入IC9組成的六位計(jì)數(shù)器，當(dāng)?shù)诙€(gè)脈沖上升沿到來(lái)后，由于IC13B的12腳D端接電源保持高電平，8腳Q端將保持低電平，與非門被關(guān)閉，時(shí)基脈沖不能通過(guò)，計(jì)數(shù)停止，此種狀態(tài)將一直保持到軟件將計(jì)數(shù)器中的計(jì)數(shù)值取走，并發(fā)出另一個(gè)清零脈沖為止。這樣就從脈沖串中取出一個(gè)脈沖，并在與非門中被時(shí)基脈沖所量化。由于采用硬件方法測(cè)量脈寬，因而可以測(cè)量很窄的脈沖并有很高的精確度；測(cè)量負(fù)脈寬時(shí)，則先通過(guò)反向器IC14B反向后再測(cè)量。
對(duì)于頻率大于100MHz的超高頻信號(hào)，由插座CH2輸入經(jīng)阻容耦合到IC8(MC12032)進(jìn)行128分頻后，耦合到高頻雙柵場(chǎng)效應(yīng)管T9的柵一極G1，柵二極G2加閘門信號(hào)，此信號(hào)為高電平時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管有放大作用，脈沖被放大后通過(guò)；信號(hào)為低電平時(shí)，放大整形后的信號(hào)由漏極輸出經(jīng)IC24(4051)的4腳進(jìn)入計(jì)數(shù)器IC9計(jì)數(shù)。
對(duì)于頻率小于200MHz的信號(hào)，由插座CH3輸入經(jīng)阻容耦合到高頻雙柵場(chǎng)效應(yīng)管T10的柵一極G1，柵二極G2加有來(lái)自W1的正負(fù)電壓調(diào)整T10的的增益，以使輸出信號(hào)有合適的高電平，并去除輸入信號(hào)上的寄生干擾，輸出信號(hào)通過(guò)電容耦合T11的柵一極G1，柵二極G2上加閘門信號(hào)，T10、T11經(jīng)R27、R32加有負(fù)柵壓，放大整形后的信號(hào)一路進(jìn)入計(jì)數(shù)器IC10計(jì)數(shù)，另一路通過(guò)D24送入脈沖提取電路、數(shù)據(jù)選擇電路。
插座CH3的信號(hào)一路經(jīng)阻容耦合到反向器IC7A(74ACT14)，放大整形電路工作時(shí)，其輸入端保持高電平，輸出低電平，阻止信號(hào)通過(guò)。當(dāng)選擇TTL信號(hào)輸入時(shí)，放大整形電路停止工作時(shí)，信號(hào)能否通過(guò)取決于經(jīng)D22加入的閘門信號(hào)，IC17A的輸出信號(hào)經(jīng)D23送入脈沖提取電路、數(shù)據(jù)選擇電路。
雙四選一數(shù)據(jù)選擇器IC12(74ACT153)將不同的前置電路處理的信號(hào)進(jìn)行切換，根據(jù)測(cè)量要求選出信號(hào)送入后面的計(jì)數(shù)器。
控制單元4包括電源電路、單片機(jī)及擴(kuò)展電路接口及外控組件和顯示組件等。單片機(jī)IC1是INTEL的MCS52系列兼容單片機(jī)，要求其能在低電壓、低功耗、高速度下正常工作?？梢赃x用ATMEL的AT89C52、AT89C55，LG的GSM97C52，和WE79C52等型號(hào)。只要內(nèi)部有不少于8K程序存儲(chǔ)器，32個(gè)I/O口線，三個(gè)十六位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，兩個(gè)外部中斷，一個(gè)UTRA串行口，不少于256字節(jié)的RAM，同樣可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的。IC2(AT24C02)是帶有I2C總線接口的容量不少于256字節(jié)的EEPROM。IC4(74HCT374)是8位鎖存器。LCD是具有不少于39個(gè)ASC11字符的點(diǎn)陣式液晶顯示模塊，作為系統(tǒng)顯示器。
在光電隔離的RS-232串行口電路中，電阻R2、R3、光電耦合器D4組成電平變換驅(qū)動(dòng)器，其正負(fù)電源是這樣得到的D2對(duì)RS-232的輸入數(shù)據(jù)線的負(fù)信號(hào)整流得到負(fù)電壓，并存儲(chǔ)在電容C4中，一路接在電阻R2的一端供給電平變換器負(fù)電壓，另一路負(fù)電壓接組成振蕩器的IC5(40106)的7腳，并聯(lián)的反向器IC5B-D降低振蕩脈沖的輸出電阻，二極管D10、11和電容C13、14對(duì)此負(fù)脈沖整流，在C14正極輸出正電壓，以供給變換器正電壓。這樣，利用外來(lái)的數(shù)據(jù)線的能量，系統(tǒng)無(wú)需額外的電源，就實(shí)現(xiàn)了RS-232串行口的光電隔離。
系統(tǒng)時(shí)鐘電路采用了二進(jìn)制計(jì)數(shù)器IC3(74HC393)，其計(jì)數(shù)信號(hào)取自單片機(jī)的ALE端，頻率為4MHz，即晶振頻率的六分頻信號(hào)，對(duì)ALE信號(hào)的十六/三十二位分頻得到250/125KHz的時(shí)鐘作為高精度A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘信號(hào)；ALE信號(hào)的128分頻信號(hào)即32KHz信號(hào)驅(qū)動(dòng)并聯(lián)的反向器IC7A、B。
本實(shí)用新型的元件不僅限于上述的型號(hào)，具有相同功能的元器件可以替換使用，同樣可以達(dá)到本實(shí)用新型的目的。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)本實(shí)用新型之袖珍數(shù)字萬(wàn)用表將單片微型計(jì)算機(jī)(即單片機(jī))用于數(shù)字萬(wàn)用表，同時(shí)采用高精度的A/D轉(zhuǎn)換器，綜合采用軟件、硬件的方法使數(shù)字萬(wàn)用表的精度大為提高，功能得到了加強(qiáng)和擴(kuò)展。采用了計(jì)算機(jī)程序控制自動(dòng)校零技術(shù)；單片機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，消除了運(yùn)算放大器等的失調(diào)電壓，降低了對(duì)元器件的要求，也消除了元器件誤差對(duì)精度的影響。本實(shí)用新型不僅能夠?qū)﹄娮?、電容、電感、三極管等元件基礎(chǔ)參數(shù)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)測(cè)量，又能夠?qū)?、直流信?hào)以及脈沖參數(shù)等動(dòng)靜態(tài)信號(hào)進(jìn)行綜合測(cè)量的袖珍數(shù)字萬(wàn)用表?？朔爽F(xiàn)行的萬(wàn)用表功能較為單一，僅能測(cè)靜態(tài)信號(hào)，而不能測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)；只能測(cè)直流信號(hào)，不能測(cè)交流信號(hào)的弊端。可以很方便地組成測(cè)量系統(tǒng)。本實(shí)用新型是電子、電工行業(yè)以及電器維修人員的必備工具。
權(quán)利要求1.一種袖珍數(shù)字萬(wàn)用表，主要由元件參數(shù)測(cè)量單元(1)、電壓參數(shù)測(cè)量單元(2)、脈沖參數(shù)測(cè)量單元(3)及控制單元(4)等電路組成，元件參數(shù)測(cè)量單元(1)包括信號(hào)變換電路、電流—電壓轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)選擇、衰減、鑒相、量程轉(zhuǎn)換及A/D轉(zhuǎn)換等電路；電壓參數(shù)測(cè)量單元(2)包括交直流電壓、電流測(cè)量電路、系統(tǒng)參數(shù)測(cè)量及三極管β值測(cè)量等電路；脈沖參數(shù)測(cè)量電路(3)包括分頻器電路、放大整形、脈沖提取、數(shù)據(jù)選擇及接口電路等；控制單元(4)包括電源電路、單片機(jī)及擴(kuò)展電路、接口電路、外控組件和顯示組件等，其特征是A、元件參數(shù)測(cè)量單元(1)之運(yùn)算放大器IC15A、B和IC15C、D以標(biāo)準(zhǔn)方式連接，IC15D的正向輸入端一路經(jīng)電阻R43和二極管D25接地，其輸出端經(jīng)電阻R44接IC15B的正向輸入端；IC15B的輸出端接至電子開(kāi)關(guān)IC17的X0和X1腳；與之以相同方式連接的運(yùn)算放大器IC16A、B和IC16C、D之IC16B的輸出端接至IC17的X2和X3腳，IC17的X端經(jīng)電位器W2接至標(biāo)準(zhǔn)連接的運(yùn)算放大器IC18C的正向端，其輸出經(jīng)電阻R57加到插口CH4，插口CH5與正向端接IC19B的反向端，插口CH4、5之間接待測(cè)電阻RX，標(biāo)準(zhǔn)電阻RS跨接與IC19B的反向端與輸出端之間，輸出端接至IC17的Y1、Y3腳；R57、RX和CH4的公共端接IC17的Y0、Y2腳，IC17的A、B腳分別接單片機(jī)IC1的P03、P04端，Y端接IC19C的正向端，IC19C反向端和輸出端分別經(jīng)電阻R65—R70接電子開(kāi)關(guān)IC20的X口，IC20的A、B、C端分別接IC1的P00—P02端，輸出端X接IC19A的正向端，電阻R80—R83、電位器W5組成的調(diào)零電路經(jīng)電阻R61接IC19A的反向端，再經(jīng)R60接至輸出端后到IC21的X0端，電子開(kāi)關(guān)IC21的數(shù)據(jù)控制端A、B分別接IC1的P05、P06端，IC21的X1端接自反相放大器IC19D的輸出端；IC21的Y0—Y2和X端接至A/D轉(zhuǎn)換器IC25的10腳；IC21的Y輸出端經(jīng)R63、R64、D26、D27分別接至AC/DC轉(zhuǎn)換電路之IC18A、B的正向輸入端，IC18B的輸出接至比較器的IC6A的反向端，其同向端接R84、R85來(lái)的參考電壓，IC6A的輸出端通過(guò)D39接IC1的P15腳；A/D轉(zhuǎn)換器IC25的BUSY端通過(guò)D40接IC1的INTO端，R/H端接IC1的P14腳，POL端通過(guò)D5與IC1的p16腳相連，由CL端接入經(jīng)IC7E、R98、R99、R110、D37、D38和T12、T13構(gòu)成的時(shí)鐘選擇電路和二進(jìn)制計(jì)數(shù)器IC3來(lái)自IC1的時(shí)鐘信號(hào)；B、電壓參數(shù)測(cè)量單元(2)之運(yùn)算放大器IC22B的反向端通過(guò)R93接插口CH6，正向端接插口CH7，輸出端接電子開(kāi)關(guān)IC23的Y端，IC23的數(shù)據(jù)控制端A、B分別接IC1的P00和P01端，使能端INH接IC4的5腳經(jīng)IC7D反向后的信號(hào)，T20、T21組成雙向限幅電路，其輸出端與R94—R97的公共端接于IC22B的反向端，R94—97的另一端分別接至IC23的X0—X3端和Y0—Y3端，IC23的X輸出端接至IC21的X2端，IC18D的輸出端接IC21的Y3端；電子開(kāi)關(guān)IC24的數(shù)據(jù)控制端A、B、C接IC1的P0—P2端，使能端INH接IC1的P03端，插口CH8一路接至IC22A的正向端，另一路經(jīng)電阻R108、R109、D33、D34接至IC24的X2端；電阻R76—R79通過(guò)W4并經(jīng)R105接IC22A的反向端，再經(jīng)R106接至輸出端，IC22A輸出端經(jīng)R107、D35、D36接至IC24的X1端，IC24的X端接至IC21的X2端；電源經(jīng)分壓電阻R11、R12接IC24的X3端，IC24的X端接IC18C的輸出端，X7端一路接IC25的2腳，另一路經(jīng)W3與R88、R89相連；R90—R92與T17、T18組成的恒流源由T18集電極輸出通過(guò)D31、D32加到測(cè)量插口CH6上，R84—R87和T14提供可變參考電壓，通過(guò)R86輸出至IC6A的正向端，IC6A的輸出經(jīng)T15、T16、R100—R102、C36組成的多諧震蕩電路接壓電發(fā)生器BZ；C、脈沖參數(shù)測(cè)量單元(3)之雙D觸發(fā)器IC10構(gòu)成兩位計(jì)數(shù)器其9腳分別接至IC11和IC12的P1端和13A端，5腳接IC11的P0端；IC9構(gòu)成六位計(jì)數(shù)器其3—6腳分別接IC11的P2—P5端，1O、11腳分別接IC11的P7和P6端，1腳與IC12的ZA端相接，IC1的P02端接IC9的MR端和IC7E的輸入端，IC7E的輸出端分別接至IC10A、B和IC13A、B的CD端，IC11的1、9、15腳分別與IC1的P04、P13和P06端相連；IC13和IC14構(gòu)成脈沖提取電路，IC14的A、B兩輸出端分別接IC12的10A、11A和10B端，時(shí)鐘信號(hào)CLK接于IC14A的2腳；IC1之P03端的TTL信號(hào)一路經(jīng)D22加到反向器IC7A的輸入端，另一路經(jīng)R19、R20、T8組成的電平變換器分別加到高頻雙柵場(chǎng)效應(yīng)管T9和T11的G2極上；插口CH2經(jīng)R21、R22、C15、C16、D16、D17分別接至IC8的IN、SW和OUT端，IC8的OUT端經(jīng)C18接T9的G1極，此G1極經(jīng)R31連接分壓電阻R24、R25和C19，T9的漏極輸出至IC12的4腳；插口CH3經(jīng)C20—C22、R26耦合到高頻雙柵場(chǎng)效應(yīng)管T10的G1極，G2極經(jīng)R29接兩端加有正負(fù)電壓的電位器W1的滑動(dòng)端，漏極輸出信號(hào)經(jīng)C25、C26耦合到T11的G1極上，T11的輸出一路進(jìn)入IC10的CLK端，另一路經(jīng)D24、R34送到IC14B的13腳；CH3的輸入信號(hào)經(jīng)C23、R28耦合到IC7A的輸入端，輸出經(jīng)D23加到IC14B的13腳；IC12的數(shù)據(jù)控制端S0、S1分別接IC1的P00和P01端；D、控制單元(4)之帶隙式基準(zhǔn)電壓源D9經(jīng)R13、R14接IC6B的正向端并與R14—17、T7、C7—8、C10組成低壓線性穩(wěn)壓電源，由C10輸出的電壓經(jīng)D14、D15加到IC1電源端上，IC3A6腳輸出經(jīng)并聯(lián)的反向器IC7A、B后，再經(jīng)C11、C12、D12、D13輸出—5V電壓；電容C1、C2、晶振X1接在IC1的18、19兩腳之間，C3、D8接在其RXD端，IC2的SCL、SDA端分別接在IC1的P10和P11端，鎖存器IC4之?dāng)?shù)據(jù)線D0—D7接至IC1的P2口，輸出線Q0、Q3、Q5—Q7分別控制T2—T6的通斷，顯示器件LCD的D0—D7端與IC1的P2口相連，使能端接P12端，R/S端接P10端，IC1的8個(gè)I/O線與P33、P35、P37三個(gè)口線之間接有開(kāi)關(guān)K1—K24；插口CH1分別經(jīng)D1、R1和D2、R2、C4再經(jīng)光電耦合器D3和D4接IC1的RXD和TXD端，C4的另一路經(jīng)IC15的7腳、并聯(lián)的IC15B—F、C13、C14、D10、D11整流后，由C14輸出至D4；二進(jìn)制計(jì)數(shù)器IC3A、B的13腳接IC1的ALE/P端。
2.如權(quán)利要求1所述的袖珍數(shù)字萬(wàn)用表，其特征是單片機(jī)IC1采用MCS52系列或AT89C52、AT89C55、GSM97C52、WE79C52等型號(hào)的單片機(jī)。
3.如權(quán)利要求1、2所述的袖珍數(shù)字萬(wàn)用表，其特征是單片機(jī)IC1采用MCS52系列單片機(jī)。
4.如權(quán)利要求1所述的袖珍數(shù)字萬(wàn)用表，其特征是IC25之CL端的時(shí)鐘信號(hào)取自經(jīng)IC7E、R98、R99、R110、D37、D38和T12、T13構(gòu)成的時(shí)鐘選擇電路和二進(jìn)制計(jì)數(shù)器IC3A、B的IC1的ALE/PA端。
5.如權(quán)利要求1所述的袖珍數(shù)字萬(wàn)用表，其特征是IC2為AT24C02；IC3、IC9為74HC393；IC4為74HCT374；IC5為40106；IC6為TL062；IC7為74ACT14；IC8為MC12032；IC10為74ACT74；IC11為74HC165；IC12為74ACT153；IC13為74ACT74；IC14為74ACT20；IC15、IC16、IC18、IC19為TL064；IC17、IC21為4052；IC20、IC24為4051；IC22為TL062；IC23為MAX4052；IC25為ICL7135。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種袖珍數(shù)字萬(wàn)用表，它屬于小型測(cè)量?jī)x表。主要由元件參數(shù)測(cè)量單元(1)、電壓參數(shù)測(cè)量單元(2)、脈沖參數(shù)測(cè)量單元(3)及控制單元(4)等電路組成。采用單片機(jī)作為本實(shí)用新型的核心部件，優(yōu)化了電路結(jié)構(gòu)，通過(guò)程序控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)交直流、動(dòng)靜態(tài)信號(hào)的全自動(dòng)智能化測(cè)量。而且測(cè)量速度快、精度高。克服了現(xiàn)有萬(wàn)用表功能少，適應(yīng)性差，測(cè)量精度低的弊端。本實(shí)用新型是電子、電工行業(yè)以及電器維修人員的必備工具。
文檔編號(hào)G01R19/145GK2354145SQ98246439
公開(kāi)日1999年12月15日 申請(qǐng)日期1998年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月11日
發(fā)明者張培 申請(qǐng)人:張培