1、摘 要 I 摘 要 数字万用表 DMM(Dital MultiMeter)采用大规模集成电路和 液晶 数字显示技术， 具有 结构 简单 、测量精度高、输入阻抗高、显示直观、过载能力强、功能全、耗电省 、 自动量程转换等 优点 ， 许多数字万用表还带有测 电 容、频率、温度等功能。 本课题 的 主要内容是 理 解 DT-830 型 数字万用表的基本结构和原理， 通过 数字万用表 的组装与调试 ，培养电子产品 安装测试技能 。 关键词 ： 数字万用表 原理 安装 调试 检验 Abstract II 目 录 III 目 录 摘 要 . I 目 录 . III 第一章 绪论 . 1 1.1 万用表的概
2、述 . 1 1.1.1 模拟万用表 . 1 1.1.2 数字万用表 . 2 1.2 数字万用表优势 . 2 第二章 数字万用表的测量理论 . 5 2.1 模数转换与数字显示电路 . 5 2.2 直流电压测量电路 . 5 2.3 直流电流测量电路 . 6 2.4 交流电压、电流测量电路 . 8 2.5 电阻测量电路 . 8 第三 章 DT830B 型数字万用表的设计原理 . 11 3.1 DT830B 型数字万用表的特点 . 11 3.2 DT830B 型数字万用表的设计与制作 . 11 3.2.1 数字万用表总体框图 . 11 3.2.2 数字万用表的电路原理图 . 12 3.2.3 双积分
3、A/D 转换器 . 12 3.2.4 测量电路 . 13 第四章 DT830B 型数字万用表的安装与调试 . 17 4.1 印制电路板元器件的安装与焊接 . 17 4.2 液 晶显示器件的安装 . 17 4.3 开关及印制板的安装 . 18 4.4 DT-830B 数字万用表的调试 . 18 4.4 DT830B 数字万 用表的测试 . 19 第五章 总结 . 21 致 谢 . 23 参考文献 . 24 附录 DT830B 型数字万用表的电路原理图 . 25 绪 论 1 第一章 绪论 1.1 万用表的概述 1.1.1 模拟万用表 万用表的种类很多，按其读数方式可分为模拟式万用表和数字式万用表两
4、类。模拟式万用表是通过指针在表盘上摆动的大小来指示被测量的数值，因此，也称其为机械指针式万用表。由于它价格便宜、使用方便、量程多、功能全等优点深受使用者的欢迎。 1.模拟万用表的组成 万用表在结构上主要由 表头、测量电路、转换装置三部分组成。万用表的面板上有带有多条标度尺的刻度盘、转换开关旋钮、调零旋钮和接线插孔等。 (1) 表头 万用表的表头一般都采用灵敏度高，准确度好的磁电式直流微安表。它是万用表的关键部件，万用表性能好坏，很大程度上取决于表头的性能。表头的基本参数包括表头内阻、灵敏度和直线性，这是表头的三项重要技术指标。表头内阻是指动圈所绕漆包线的直流电阻，严格讲还应包括上下两盘游丝的直
5、流电阻。内阻高的万用表性能好。多数万用表表头内阻在几千欧姆左右。表头灵敏度是指表头指针达到满刻度偏转时的电流值，这个电 流数值越小，说明表头灵敏度越高，这样的表头特性就越好。通电测试前表针必须准确地指向零位。通常表头灵敏度只有几微安到几百微安。表头直线性是指表针偏转幅度与通过表头电流强度幅度是相互一致的。 (2) 测量电路 测量电路是万用表的重要部分。正因为有了测量电路才使万用表成了多量程电流表、电压表、欧姆表的组合体。万用表测量电路主要由电阻、电容、转换开关和表头等部件组成。在测量交流电量的电路中，使用了整流器件，将交流电变换成为直流电，从而实现对交流电量的测量。 (3) 转换装置 它是用来
6、选择测量项目和量限的。主要由转换 开关、接线柱、旋钮、插孔等组成。转换开关是由固定触点和活动触点两大部分组成。通常将活动触点称为“刀”，固定触点称为“掷”。万用表的转换开关是多刀多掷的，而且各刀之间是联动的。转换开关的具体结构因万用表的不同型号而有差异。当转换开关转到某一位置时，可动触点就和某个固定触点闭合，从而接通相应的测量电路。 2.模拟 万用表表盘 模拟万用表 可以测量多种电量，具有多个量程的测量仪表，为此万用表表盘上都印有多条刻度线，并附有各种符号加以说明。 电流和电压的刻度线为均匀刻度线，欧姆档刻度线为非均匀刻度线。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 2 不同电量用符号和 文字加以区
7、别。直流量用“一”或“ DC”表示，交流量用“”或“ AC”表示，欧姆刻度线用“”表示。 为便于读数，有的刻度线上有多组数字。 多数刻度线没有单位，为了便于在选择不同量程时使用。 1.1.2 数字万用表 数字万用表是采用集成电路模 /数转换器和液晶显示器， 将被测量的数值直接以数字形式显示出来的一种电子测量仪表 。 1.数字万用表的组成 数字万用表是在直流数字电压表的基础上扩展而成的。为了能测量交流电压、电流、电阻、电容、二极管正向压降、晶体管放大系数等电量，必须增加相应的转换器，将被测电量转换成直流电压 信号，再由 A/D 转换器转换成数字量，并以数字形式显示出来。它由功能转换器、 A/D
8、转换器、 LCD显示器、电源和功能 /量程转换开关等构成。 常用的数字万用表显示数字位数有三位半 、四位半和五位半之分。对应的数字显示最大值分别为 1999， 19999 和 199999，并由此构成不同型号的数字万用表。 2.数字万用表的面板 (1)液晶显示器 :显示位数为四位，最大显示数为 1999，若超过此数值，则显示 1或 -1。 (2)量程开关 :用来转换测量种类和量程。 (3)电源开关 :开关拨至 “ON“时，表内电源接通，可以正常工作； “OFF“时则关闭电源。 (4)输入插座 :黑表笔始终插在 “COM“孔 内。红表笔可以根据测量种类和测量范围分别插入 “V “ 、 “mA“、
9、 “10A“插孔 中。 1.2 数字万用表 优势 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 三位半数字式电压表头的准确度为 0.5，四位半的表头可达 0.03，而指针式万用表中使用的磁电系表头的准确度通常仅为 2.5。 分辨力即表头最低位上一个字所代表的被测量数值，它代表了仪表的灵敏度。通常三位半数字万用表的分辨力可达到电压 0.1mV、电流 0.1 A、电阻 0.1，远高于一般的指针式万用表。 2.电压表具有高的输入阻抗 电压表的输入阻抗越高，对被测电路影响越小，测量准确性也越高。三位半数字万用表电压 档 的输入阻抗一般为 10M，四位半的则大于 100M。而
10、指针式万用表电压 档 输入阻抗的典型值是 20 100k /V。 绪 论 3 3.测量速率快 数字表的速率指每秒钟能完成测量并显示的次数，它主要取决于 A/D转换的速率。三位半和四位半数字万用表的测量速率通常为每秒 2 4次，高的可达每秒几十次。 4.自动判别极性 指针式万用表通常采用单向偏转的表头，被测量极性反向时指针会 反打，极易损坏。而数字万用表能自动判别并显示被测量的极性，使用起来格外方便。 5.全部测量实现数字式直读 指针式万用表尽管刻画了多条刻度线，也不能对所有 档 进行直接读数，需要使用者进行换算、 小数点定位，易出差错。特别是电阻档 的刻度，既反向读数 又是非线性刻度，还要考虑
11、 档 的倍乘。而数字万用表则没有这些问题，换 档时小数点自动显示，所有测量档 都可以直接读数，不用换算、倍乘。 6.自动调零 由于采用了自动调零电路，数字万用表校准好以后使用时无需调校，比指针式万用表方便许多。 7.抗过载能力强 数字万用表具备比较完善的保 护电路，具有较强的抗过压过流的能 力。淮安信息职业技术学院毕业设计论文 4 数字万用表的测量理论 5 第 二 章 数字万用表的测量理论 数字万用表 核心部件是 A/D 转换器， 采用中、大规模集成芯片。 数字电压表从结构上看是直流数字电压表 。为扩展功能适应多种参数的测量要求，在数字电压表前部设置相应的参数变换器，如 R-U变换器， I/U
12、 变换器、 AC/DC 变换器等。 数字式仪表的特点是精确、灵活、多功能、能很好地与计算机相连接，在自动化测试系统中占重要地位。 2.1 模数 转换与数字显示电路 常见的物理量都是幅值连续变化的所谓模拟量 。 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 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。若最小量化单位 为，则数字信 号的大小一定是的整数倍，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 后由数码管或液晶屏显示出来。 例如，设 0.1
13、mV， 把被测电压 U与比较，看 U是的多少倍，并把结果四舍五入取为整数 N。然后，把 N变换成 显示码显示出来。能准确得到并被显示出来的 N是有限的， 一般情况下， N 1000 即可满足测量精度要求 。所以 ，最常见的数字表头的最大示数为 1999，被称为三位半 数字表。对上述情况， 把小数点定在最末位之前，显示出来的就是以 mV为单位的被测电压 U的大小。如： U是（ 0.1mV）的 1234倍，即 N=1234，显示结果为 123.4（ mV）。这样的数字表头，再加上电压极性判别显示电路，就可以测量显示 199.9 199.9mV 的电压，显示精度为 0.1mV。 由上可见，数字测量仪
14、表的核心是模 /数 转换、译码显示电路。 A/D转换一般又可分为量化、编码两个步骤。 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 。 2.2 直流电压测量电路 在数字电压表头 前面加一级分压电路，可以扩展直流电压测量的量程。如图2-1所示， U0为数字电压表头的量程（如 200mV）， r 为其内阻（如 10M）， r1、r2为分压电阻， Ui0为扩展后的量程 。 由于 r r2，所以分压比为 21200 rr rUUi （ 2-1） 扩展后的量程为 02 210 Ur rrU i （ 2-2） 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 6 图 2-1 分压电路原理 图 2-2
15、 多量程分压器原理 多量程分压器原理电路见图 2-2， 5 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 200mV、 2V、 20V、 200V和 2000V。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。 换量程时，多 量程转换开关可以根据档 位自动调整小数点的显示，可以方便地直读出测量结果 。 2.3 直流电流测量电路 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 2-3，由于 rR，取样电阻 R上的电压降为 Ui=
16、RIi ， 即被测电流 Ii=Ui/R,若数字表头的电压量程为 U0，欲使电流 档 量程为 I0，则该 档的取样电阻 为 R=U0/I0 。 如 U0=200mV，则 I0=200mA 档 的分流电阻为 R=1。 图 2-3 电流测量原理 图 2-4 多量程分流器电路 多量程分流器原理电路见图 2-4。 图 2-4中的分流器在实际使用中有一个缺点，就是当换 档 开关接触不良时 ， 被测电路的电压可能使数字表头过载，所以，实际数字万用表的直流 电流档 电路为图 2-5所示。 数字电压表 r1 r r U0 Ui0 10M 99k 9k 1M 1k 数字电压表 200mV 200V 20V 2V
17、Ui 2000V IN+ IN 数字电压表 IN+ IN R Ui Ii 1k 10 1 100 数字电压表 2A 2mA 20mA 200mA Ui 200 A IN+ IN 0.1 Ii 数字万用表的测量理论 7 图 2-5 实用分流器电路 图 2-5中各档 分流电阻的阻值是这样计算的： 先计算最大电流档 的分流电阻 R5， )(1.022.0505 mIUR （ 2-3） 再计算下一档 的 4R ， )(9.01.02.0 2.05404 RIUR m（ 2-4） 依次可计算出 R3、 R2和 R1 分别为 9 、 90 、 900 。 图中的 FUSE 是 2A 保险丝管，电流过大时会
18、快 速熔断，起过流保护 作用。两只反向连接且与分流电阻并联的二极管 D1、 D2为塑封硅整流二极管，它们起双向限幅过压保护作用。正常测量时，输入电压小于硅二极管的正向导通压降，二极管截止，对测量毫无影响。一旦输入电压大于 0.7V，二极管立即导通，两端电压被限制住， 保护仪表不被损 坏。 用 2A档 测量时，若发现电流大于 1A时，应不使测量时间超过 20秒，以避免大电流引起的较高温升影响测量精度 甚至损坏仪表 。 数 字 电压表 0.1 0.9 9 90 900 R5 R4 R3 R2 R1 IN+ IN 2A 200mA 20mA 2mA 200 A D1 D2 FUSE FUSE FUSE Ii Ui
