第七章-数字万用表的组装与焊接-课件.ppt
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- 第七 数字 万用表 组装 焊接 课件
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1、电子实训课电子实训课 21/1、模拟万用表、模拟万用表功能选择R/I 转换V/I 转换V/I 转换量程选择电流表输入图图7-1 模拟万用表的结构框图模拟万用表的结构框图 交流量的测量需用整流器件、将交流变交流量的测量需用整流器件、将交流变成直流。电阻成直流。电阻/电流变换电路还需电池作为电流变换电路还需电池作为电源,功能和量程通过旋动多层开关来实现。电源,功能和量程通过旋动多层开关来实现。2、数字万用表、数字万用表等组成的基本量程数字电压表。等组成的基本量程数字电压表。被测参数需转换成直流被测参数需转换成直流性性度和准确度。度和准确度。电压再进行测量。和模电压再进行测量。和模拟万用表相同,电压
2、、电流测量拟万用表相同,电压、电流测量电路采用电阻网络,而交流、电路采用电阻网络,而交流、R R、C C 等参数测量的转换等参数测量的转换电路电路,一般采用有源器件组成的网络,以改善转换的线一般采用有源器件组成的网络,以改善转换的线图图7-27-2是数字万用表(是数字万用表(DMMDMM)的结构框图。)的结构框图。与模与模拟拟功能选择R/v 转换V/v 转换I/v 转换量程选择基本量程数字电压表输入数字万用表的分类数字万用表的分类 目前国内外生产的数字万用表多达数百种,它的分类方法很多。目前国内外生产的数字万用表多达数百种,它的分类方法很多。按位数可分为三位半、五位、八位等;按测量速度可分成高
3、速、低按位数可分为三位半、五位、八位等;按测量速度可分成高速、低速;按体积、重量分如袖珍式、便携式、台式;按速;按体积、重量分如袖珍式、便携式、台式;按A/DA/D变换方式可变换方式可分为直接转换型(比较型)和间接转换型(双积分型)等,一般可分为直接转换型(比较型)和间接转换型(双积分型)等,一般可作如下分类:作如下分类:按性能及按性能及用途分类用途分类低档普及型数字万用表低档普及型数字万用表中档数字万用表中档数字万用表智能数字万用表智能数字万用表数字数字/模拟条图双显示万用表模拟条图双显示万用表多重显示数字万用表多重显示数字万用表专用数字仪表专用数字仪表手动量程数字万用表手动量程数字万用表多
4、功能型数字万用表多功能型数字万用表中等准确度数字万用表中等准确度数字万用表语音报数数字万用表语音报数数字万用表4 台式数字万用表台式数字万用表中档智能数字万用表(中档智能数字万用表(3 位位4 位)位)高档智能数字高档智能数字万用表(万用表(5 8 )按量程按量程转换方转换方式分类式分类自动量程数字万用表自动量程数字万用表自动自动/手动量程数字万用表手动量程数字万用表3、数字万用表的性能特点、数字万用表的性能特点21/32/43/21/21/21/21/21/43/43/32/21/21/(1)准确度)准确度=(a%RDGb%FS)数字万用表的准确度有两种表示方法:数字万用表的准确度有两种表示
5、方法:式中为式中为RDG读测值(即显示值),读测值(即显示值),FS为满量程值。括号内的前一为满量程值。括号内的前一项表示转换器、分压器等产生的综合误差及读数误差,后一项称为满项表示转换器、分压器等产生的综合误差及读数误差,后一项称为满度误差,是由数字化处理带来的,它取决于不同量程的满度值。对于度误差,是由数字化处理带来的,它取决于不同量程的满度值。对于某块数字万用表而言,某块数字万用表而言,b值是固定的、值是固定的、a值与测量项目及量程有关。一值与测量项目及量程有关。一般要求般要求ba/2。(2)准确度)准确度=(a%RDG n个字个字)n是量化误差反映在末位数字上的变化值,若把是量化误差反
6、映在末位数字上的变化值,若把n个字折合成满个字折合成满量程的百分数,即是(量程的百分数,即是(1)中的准确度表示方法。)中的准确度表示方法。DT830B袖珍式数字万用表的测量误差就用这种表示方法。例如:袖珍式数字万用表的测量误差就用这种表示方法。例如:直流电压测量时各量程的误差均小于直流电压测量时各量程的误差均小于(1%+2)。)。一般数字电压表的位数越多准确度越高,测量误差也就越小。一般数字电压表的位数越多准确度越高,测量误差也就越小。若环境条件例如温度、湿度等与规定的条件相差较大时,应考虑若环境条件例如温度、湿度等与规定的条件相差较大时,应考虑由此产生的附加误差,除外,影响万用表准确度的主
7、要因素是表内基由此产生的附加误差,除外,影响万用表准确度的主要因素是表内基准电压的准确度与稳定性,时钟频率的稳定性。准电压的准确度与稳定性,时钟频率的稳定性。b.数字万用表最低量程末位一个字所对应的数值称为分辨力,它反数字万用表最低量程末位一个字所对应的数值称为分辨力,它反映仪表灵敏度的高低,并且随着显示位数的增加而提高。以映仪表灵敏度的高低,并且随着显示位数的增加而提高。以3 位数字位数字万用表万用表200.0mV档为例,末位档为例,末位1个字表示个字表示0.1mV,即分辨力为,即分辨力为0.1mV,比模拟万用表,例如最低量程比模拟万用表,例如最低量程1V档的最小分度值(即灵敏度)为档的最小
8、分度值(即灵敏度)为0.02V要高要高200倍。倍。仪表仪表准确度准确度被测量被测量21/一、一、71067106为大规模为大规模COMSCOMS集成电路,采用单电源供电,电压范围较宽,集成电路,采用单电源供电,电压范围较宽,规定为规定为7 7-15V15V,常选用,常选用9V9V叠层电池,以利于仪表的小型化。叠层电池,以利于仪表的小型化。外围电路,可直接驱动外围电路,可直接驱动LCDLCD显示器,只需配上五个电阻和五个显示器,只需配上五个电阻和五个电容电容即可构成基本量程直流数字电压表,再加上转换开关及其他辅助电路,适即可构成基本量程直流数字电压表,再加上转换开关及其他辅助电路,适有较高的输
9、入阻抗,典型值为,对输入信号无衰减作用。有较高的输入阻抗,典型值为,对输入信号无衰减作用。内设时钟电路,可采用低成本的阻容振荡器或高频率稳定内设时钟电路,可采用低成本的阻容振荡器或高频率稳定度的石英度的石英晶体振荡器,亦可外接时钟信号。晶体振荡器,亦可外接时钟信号。路还可显示超量程(超限溢出),标志符号和小数点。路还可显示超量程(超限溢出),标志符号和小数点。0.01%0.01%1 1个字。个字。可以方便地进行功能检查。可以方便地进行功能检查。噪声、失调、增益、温漂都很低。可靠性高、抗干扰能力强、使用寿噪声、失调、增益、温漂都很低。可靠性高、抗干扰能力强、使用寿A/D A/D 转换器的速率较低
10、,通常选用转换器的速率较低,通常选用2.5-52.5-5次次/秒,能满足常规电工、电秒,能满足常规电工、电工作温度工作温度0 0-7070 ,受液晶显示器的限制不宜超过,受液晶显示器的限制不宜超过4040,相对湿度,相对湿度能自动显示极性,并通过内部时钟电路实现自动调零。利用外部电能自动显示极性,并通过内部时钟电路实现自动调零。利用外部电芯片内部芯片内部V+V+与与COMCOM之间有稳定性好典型值为之间有稳定性好典型值为2.9V2.9V的基准电压源。利用的基准电压源。利用电阻分压器,可获得所需的基准电压电阻分压器,可获得所需的基准电压V VREFREF 以保证以保证A/DA/D 转换器的准确度
11、可达转换器的准确度可达命长。命长。子测量需要。子测量需要。80%80%。71061110987654321232425262728293031323312131415161718192021223435363738394041424344OSC3OSC2OSC1V+VREF+VREFCREF+CREFCOMINHIINLOA/ZBUFINTVB1DEENPOLHOLDTESTINTEND1A1C1F1G1E1D2C2B2A2F2E2D3B3F3E3AB4BPG3A3C3G2LB二、二、7106芯片的管脚排列与功能芯片的管脚排列与功能表表7-1COM接数字电路接数字电路A4A1A2A3缓冲器缓冲
12、器积分器积分器比较器比较器NMOS管管基准基准2R1RDZDE0=2.8vIN+IN-6.2vV+t2t3VINTt1T1T2积分时间积分时间 1INTINTINININT.INT0TC.RKVdtVV21ttCRKINCP1VTTNREFIN12VVTT 0TC.RKVVdtVC.RKV2INTINTREF0REFINTINT032tt1999计数10003000计数 1000计数02000计数自动校零阶段正向积分阶段反向积分阶段1000计数321T1T2T2 21N1.0VINININCPCPINCP1V10V100.TT.1000VTTN2、数字逻辑电路、数字逻辑电路71067106逻辑
13、电路框图如图逻辑电路框图如图7-67-6。TESTLCD LCD 相相 位位 驱驱 动动 器器七段译码七段译码七段译码200分频锁锁 存存 器器千位百位十位个位四分频逻辑控制285006.2VV+V-VTN=1VOSC3OSC2OSC1时钟脉冲发生器时钟脉冲发生器 时钟脉冲发生器由时钟脉冲发生器由71067106内部的内部的反相器外接反相器外接R R、C C元件组成两级反相元件组成两级反相阻容振荡器,可输出占空比为阻容振荡器,可输出占空比为50%50%的对称方波,振荡频率的对称方波,振荡频率f0f00.4550.455/(RC)(RC)若取若取R R=120K120K、C C=100PF100
14、PF,代入代入式(式(7 7),),f f0 0=37.9KHz37.9KHz按(按(7 7)式计)式计算出的振荡频率比实际值低,因此算出的振荡频率比实际值低,因此可近似取可近似取f f0 0=40KHz40KHz。也可在。也可在3939、4040脚间外接石英体构成高稳定的时钟脚间外接石英体构成高稳定的时钟振荡器,或由振荡器,或由4040脚输入一个幅度脚输入一个幅度5V5V外部时钟信号作为系统时钟。外部时钟信号作为系统时钟。当时,四分频后为时钟信号,当时,四分频后为时钟信号,信号积分时间信号积分时间T T=1000T1000TCPCP=100mS100mS为为工频周期为工频周期为20mS20m
15、S的五倍,能有效地的五倍,能有效地抑制抑制50Hz50Hz干扰。干扰。图7-6分频器分频器 40KHz40KHz的振荡信号经四分频后产生的的振荡信号经四分频后产生的10KHz10KHz信号作为计数器的信号作为计数器的计数器计数器 71067106采用二采用二十进制十进制BCDBCD码计数器,三个整数位的计数器均由码计数器,三个整数位的计数器均由锁存器锁存器 锁存器也称寄存器,它的输入端与计数器的输出端相接。它锁存器也称寄存器,它的输入端与计数器的输出端相接。它时钟,再经由时钟,再经由一级二分频一级二分频和和二级十分频二级十分频组成的组成的二百分频二百分频后由芯片后由芯片2121脚输出脚输出50
16、Hz50Hz的方波作为的方波作为LCDLCD背电极所需的方波信号。背电极所需的方波信号。四级触发器和门电路组成,最高位千位(四级触发器和门电路组成,最高位千位(1/2位位)只有)只有0 0和和1 1两种计两种计计数状态,故一级触发器即可。计数状态,故一级触发器即可。4 4个计数器级联即可构成个计数器级联即可构成3 3位位A/DA/D转换器内部的计数器。转换器内部的计数器。的作用是存放的作用是存放A/DA/D转换的结果(方向积分阶段计数器的计数值转换的结果(方向积分阶段计数器的计数值N N)直到下一次直到下一次A/DA/D转换的结果送入锁存器,这样可避免显示数字随计转换的结果送入锁存器,这样可避
17、免显示数字随计数器的状态的变化而跳动,便于观察与记录。数器的状态的变化而跳动,便于观察与记录。译码器译码器 译码器的作用是将译码器的作用是将BCDBCD码译成码译成7 7段显示所需的二进制码,段显示所需的二进制码,笔画字形见图笔画字形见图7-77-7,7 7段译码器的真值表见表段译码器的真值表见表7-27-2。abcdefg图7-7表7-2 7段译码器的真值表 每位计数器的每位计数器的4 4个输出端个输出端Q1、Q2、Q3、Q4分别与分别与7 7段码的段码的4 4个个输入端输入端A、B、C、袖珍式数字万用表的液晶显示器采用段电极显示方式,袖珍式数字万用表的液晶显示器采用段电极显示方式,D相连,
18、译码器输出端相连,译码器输出端ag的状态对应的状态对应7段显示其字段的组合。译码器输出信号可驱动段显示其字段的组合。译码器输出信号可驱动LCD显示器,以显示相应的数码。显示器,以显示相应的数码。背电极段电极图7-8 液晶显示器电极用交流驱动方式,这时寿命可达用交流驱动方式,这时寿命可达10000个小时。各段电极个小时。各段电极显示器的前电极被分割成显示器的前电极被分割成ag各段,均引出一电极端子各段,均引出一电极端子,背后的电极不被分割,为前面各段电极所共用故称公,背后的电极不被分割,为前面各段电极所共用故称公公共电极或背电极,如图公共电极或背电极,如图7-8。为了避免因直流电场使液。为了避免
19、因直流电场使液晶发生电化学反应而缩短工作寿命。液晶显示器必须采晶发生电化学反应而缩短工作寿命。液晶显示器必须采与被电极与被电极BP间电位相等时液晶不显示(消隐),而两者间电位相等时液晶不显示(消隐),而两者之间存在电位差时就发光。通常将占空比为之间存在电位差时就发光。通常将占空比为50%相位相相位相反反的两个方波分别加到某段(或几段)笔画的引出段与的两个方波分别加到某段(或几段)笔画的引出段与BP之间,利用二者的电位差来驱动该笔画发光显示相应的之间,利用二者的电位差来驱动该笔画发光显示相应的数字。数字。驱动电路采用异或门,它的特点是两个输入端驱动电路采用异或门,它的特点是两个输入端A、B的状态
20、相异(一个是高电的状态相异(一个是高电平平,一个是低电平)时输出一个是低电平)时输出J为高电平,反之为高电平,反之J为低电平。异或门真值表见表为低电平。异或门真值表见表7-3。表表7-3 异或门真值表异或门真值表abcdefg背电极BPABabcde段电极(比划)=1=1=1=1=1=1=1fg的方波同相位,两电极间的电位差为的方波同相位,两电极间的电位差为0该比划消隐。输入端为高电平的异或门输出与该比划消隐。输入端为高电平的异或门输出与背电极方波反相位,即该异或门控制的字段与背电极间为相位相反的对称方波,该字背电极方波反相位,即该异或门控制的字段与背电极间为相位相反的对称方波,该字段被点亮。
21、如图段被点亮。如图2-9所示所示a、b、d、e、g各字段方波信号与各字段方波信号与BP上的方波信号反上的方波信号反相位故相位故如图如图7-9所示的段所示的段LCD驱动驱动电路中由电路中由7个异或门组成。个异或门组成。50Hz的方波信号加在的方波信号加在LCD的的背电极背电极BP和各异或门的和各异或门的作为控制端分别与译码器的输出相接。输入端为低电平的异或门输出端作为控制端分别与译码器的输出相接。输入端为低电平的异或门输出端J和背电极和背电极BPA端,各异或门的另一端端,各异或门的另一端B,显示数字显示数字“2”。7106的驱动端与的驱动端与LCD管脚一一对应,为静态驱动方式。液晶显示器管脚一一
22、对应,为静态驱动方式。液晶显示器一般经过导电橡胶条与驱动器电路相连接。一般经过导电橡胶条与驱动器电路相连接。图图7-9逻辑控制电路逻辑控制电路 逻辑控制电路接收比较器输出的过零脉冲和计数的溢出脉冲,逻辑控制电路接收比较器输出的过零脉冲和计数的溢出脉冲,经过处理后输出经过处理后输出4 4个指令:一是控制模拟开关,使其按规定的时序个指令:一是控制模拟开关,使其按规定的时序通断,确保通断,确保A/DA/D转换正常循环进行;二是判断输入电压的极性,转换正常循环进行;二是判断输入电压的极性,控控制制“-”号显示;三是超量程时发出溢出信号,千位显示号显示;三是超量程时发出溢出信号,千位显示“1”其余其余位
23、均位均消隐;四是产生闸门信号,控制技术脉冲的个数。消隐;四是产生闸门信号,控制技术脉冲的个数。21/199.971061110987654321232425262728293031323312131415161718192021223435363738394041424344OSC3OSC2OSC1V+VREF+VREFCREF+CREFCOMINHIINLOA/ZBUFINTVR1150KC1101R730KFR630KFR51KFVR1 201C2104R31MJC4104C3 104C5 104R4 120KJ显示器显示器IN9VRCf455.007106 1NH1NLCOMVRVR+C
24、OMVmAR27274KDR35117KDR24117KDR25117KDR2470KJR26274KDR30100KJR2390KDR229KDR20100DR21900DR3 1MJR730KFR63KFVR1201R51KFC4104200mVVCC200.0mV2V1000V200V20V111011001100011000017106 1NH1NLCOMVRVR+R35117KDR24117KDR25117KDR2470KJR30100KJR2390KDR229KDR20100DR21900DR3 1MJR730KFR63KFVR1201R51KFC4104VCC200.0mVAC7
25、00VAC200VCOMVmAmV1004504520R21R22R23R24R25R35R20R21R457106 1NH1NLCOMVRVR+R2470KJR30100KJR90.01DR730KFR63KFVR1201R51KFVCC200.0mVR21900DR20100DCOMR3 1MJC4104R89DR100.99DF1200mAR3420mA200A2mA200mA10A10A10AK1A10200mV200R6 000RRRRIRIRVV7106INLCOMVR+VRINHCOM5、电阻测量电路、电阻测量电路0RR10007106 1NH1NLCOMVRVR+R2470KJ
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