上海交通大学工程实践与科技创新实验报告

上海交通大学工程实践与科技创新实验报告内容摘要：

解电子设备的结构知识和相应的装配技巧。 DT832 型万用电表的主要 性能指标 性能指标 直流电流 显示 3 1/2 位 LCD 自动极性显示 量程 分辩力 精度 超量程显示 最高位显示 “1”其它位空白 200uA %读数 .3 字 最大共模电压 500V峰值 2020uA 1uA %读数 .3 字 储存环境 15176。 C 至 50176。 C 20mA 10uA %读数 .3 字 温度系数 小于 准确度 /176。 C 200mA 100uA %读数 5 字 电源 9V叠层电池 10A 10mA %读数 10 字 外形尺寸 1287524mm 交流电压 直流电压 量程 分辩力 精度 量程 分辩力 精度 200V 100mV %读数 10 字 200mV %读数 2 字 750V 1V %读数 10 字 2020mV 1mV %读数 3 字 电阻 20V 10mV %读数 3 字 量程 分辩力 精度 200V 100mV %读数 3 字 200Ω %读数 10 字 1000V 1V %读数 3 字 2020Ω 1Ω %读数 2 字 晶体管检测 20KΩ 10Ω %读数 2 字 量程 测试电流 开路电压 /测试电压 200KΩ 100Ω %读数 2 字 二极管 2020KΩ 1KΩ %读数 2 字 三极管 Ib=10uA Vce=3V 表 1：万用电表的主要性能 DT832 型万用电表的主要功能和简要工作原理 . . 一、 主要功能 DT832 型万用电表 [2]可用于： 测量交直流电压、交直流电流、电阻、二极管、三极管（多量程） 有测通断的功能，当被测两点连通时，蜂鸣器鸣叫。 可以输出方波信号 二、简要工作原理 基本原理及结构 DT832 仪表的方框图如图 2。 该仪表的心脏是一片大规模集成电路，该芯片（ 7106）内部包含双积分 A/D 转换器，显示锁存器，七段译码器和显示驱动器，它的工作原理框图见图 3。 输入仪表的电压或电流信号经过一个开关选择器转换成一个 0 到。 例如输入信号 100VDC，就用 1000： 1 的分压器获得 ；输入信号 100VAC，首先整流为 100VDC，然后再分压成。 电流测量则通过选择不同阻值的分流电阻获得。 采用比例法测量电阻，方法是利用一个内部电压源加在一个己知电阻 值的系列电阻和串联在一起的被测电阻上。 被测电阻上的电压与己知电阻上的电压之比值，与被测电阻值成正比。 输入 7106 IC 的直流信号被接入一个 A/D 转换器，转换成数字信号，然后送入译码器转换成驱动LCD 的 7 段码。 A/D 转换器的时钟是由一个振荡频率约 48KHz 的外部振荡器提供的，它经过一个四分之一分频获得计数频率，这个频率获得 次 /秒的测量速率。 四个译码器将数字转换成 7 段码的四个数字，小数点由选择开关设定。 开关选择器 输入信号 交流整流电路 电流分流电路 电阻转换电路 分压器 开关选择器 A /D 转换器 显示驱动 液晶显示 V Ω A V 小数点 直流 模拟电路 示意图 1 图 2 DT832 型万用表的方框图 . . 图 3 DT832 万用电表工作原理框图及 ICL7106 数字电路图 数字电路 . . 数字电路亦称逻辑电路， ICL7106 数字电路如图 3 所示，数字电路主要包括 8 个单元电路（ 1）时钟振荡器 ，（ 2）分频器，（ 3）计数器，（ 4）锁存器，（ 5）译码器，（ 6）异或门相位驱动器，（ 7）控制逻辑，（ 8） 3 1/2 位 LCD 显示器，图中虚线框内表示 7106 的数字电路，框外是外围电路。 双积分 A/D 转换器的工作原理 A/D 转换器的每个测量周期分成三个阶段：自动调零（ AZ），正向积分（ INT），反向积分（ DE）。 第一阶段，自动调零 AZ（ AUTOZERO）：在此阶段， SAZ 闭合， SINT、 SDE 断开，完成以 下工作：第一，将 IN+， IN的外部引线断开，并将缓冲器的同相输入端与模拟地短接，使芯片内部的输入电压 VIN=0V；第二，反积分器反相输入端与比较器输出端短接，此时反映到比较器的总失调电压对自动调零电容 CAZ 充电，以补偿缓冲器，积分器和比较器本身的失调电压，可保证输入失调电压小于 10uV，第三，基准电压 VREF 向基准电容 CREF 充电，使之被充到 VREF，为反向积分做准备。 第二阶段，正向积分（亦称信号积分或采样） INT（ integral）：此时 SINT 闭合， SAZ 和SDE 断开， 切断自动调零电路并去掉短路线， IN+， IN端分别被接通，积分器和比较器开始工作。 被测电压 VIN 经缓冲器和积分电阻后送至积分器。 积分器在固定时间 T1 内，以 VIN /（ RINTCINT）的斜率对 VIN 进行定时积分。 令计数脉冲的频率为 FCP，周期为 TCP，则 T1=1000TCP。 当计数器计满 1000 个脉冲数时，积分器的输出电压为   T0 INI NTI NT 1INI NTI NT0 VCR KTdtVCR KV （ ） 式中， K 是缓冲放大器的电压放大系数， T1 也叫采样时间。 在正向积分结束时， VIN 的极性即 被判定。 第三阶段，反向积分，亦称解积分 DE（ Depose Integral）：在此阶段， SAZ， SINT 断开， SDE+， SDE闭合。 控制逻辑在对 VIN 进行极性判断之后，接通相应极性的模拟开关，将CREF 上已充好的基准电压接相反极性代替 VIN，进行反向积分，斜率变成 VREF/（ RINTCINT）。 经过时间 T2，积分器的输出又回到零电平，参见图 4，该图分别绘出对负极当反向积分结束时，有关系式 V0 K VREFdt=V0 KVREF =0 （ ） RINTCINT RINTCINT ∫T02. . 图 4 双积分输出电压示意图 及 A/D 转换器的时序波形图 将式（ ）代入式（ ）中整理后得到 T2= T1 VIN （ ） VREF 假定在 T2 时间内计数值（即仪表显示值，不考虑小数点）为 N，则 T2 为 NTCP，代入式（ ）中得到 N= T1 VIN （ ） TCP VREF 分析式（ ）可知，因 T1， TCP， VREF 均是固定不变的，故计数值 N 仅与被测电压 VIN 成正比，由此实现了模拟量 数字量转换。 在测量过程中， ICL7106 能自动完成下述循环 A/D 转换器的时序波形如图 4 所示，每个阶段的时间分配如下 ： 自动调零时间： 1000TCP3000TCP 正向积分时间 T1： 3000TCP4000TCP（ T1=1000TCP） 反向积分时间 T2： 02020TCP 每个 A/D 转换周期为 4000TCP，折合 16000T0 需作几点说明： . . A) 自动调零时间是可变的，必须等上一次反向积分结束后才开始。 举例说明，若在 01850TCP 时间 内完成反向积分（ T21850Tcp），就从 1851TCP3000TCP 的 时间内自动调零，此时调零时间为 3000TCP 1851TCP=1149TCP B)T1 是固定不变的， T2 则随 VIN 的大小而变化，因为 T1/TCP=1000，选基准电 =VREF=， 所以由式（ ）得到 N= 1000 VIN = 1000 VIN=10 VIN （ ） VREF 即 VIN= （ ） 只要将小数点定在十位后边便可直读结果。 满量程时 N=2020， VIN=VM，由式（ ）可导出满量程电压 VM 与基准电压的关系式。