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1、东北石油大学课 程 设 计课 程 电子技术课程设计 题 目 简易万用表的设计 院 系 电气信息工程学院 专业班级 测控10-3 学生姓名 曾 润 学生学号 100601240305 指导教师 路敬祎（副教授）；曹广华（教授） 2012年6 月 25日东北石油大学课程设计任务书课程 电子技术课程设计 题目 简易万用表的设计 专业 测控技术与仪器 姓名 曾 润 学号 100601240305 主要内容：本课题主要设计由集成运放组成的简易数字万用表，实现多级量程的直流电压测量、交流电压测量、直流电流测量、电阻测量以及电容测量电路。主要内容包括系统的设计原则、总体方案、单元电路的设计、参数计算、元器件
2、的选择及系统概述等。基本要求：(1)设计由集成运放组成万用电表。(2)至少能测量电阻、电流和电压。主要参考资料：1刘国钧，陈绍业，王凤翥.图书馆目录M.北京：高等教育出版社，1957.15-18.2 刘润华,刘立山.模拟电子技术J.自动化,2003.203-2073 郁汉琪,数字电子技术实验及课题设计.,北京:高等教育出版社,1995.150-153.4 康华光.电子技术基础:模拟部分. 北京:高等教育出版社,1988.104-107.5 常健生,检测与转换技术,机械工业出版社,2000年2月.56-579.6 阎石,数字电子技术基础,高等教育出版社,1998年12月.49-56.7万嘉若,林
3、康运，电子线路基础，高等教育出版社,1986年3月.79-83.完成期限 2012.6.252012.7.4 指导教师 路敬祎（副教授） 曹广华（教授） 2012年 6 月 25 日电子技术课程设计目 录一、设计要求1二、方案设计11、方案说明12、方案论证2三、单元电路设计、参数计算和器件选择31、单元电路设计32、参数计算53、器件选择8四、系统硬件电路设计8五、电路焊接练习91、两管闪光灯电路92、占空比和频率可调的脉冲发生器103、收音机11六、总结13参考文献14简易万用表的设计一、设计要求(1)设计由集成运放组成万用电表。(2)实现多级量程的直流电压测量，其量程范围是200mv、2
4、v ,20v,200v和500v。(3)实现多级量程的交流电压测量，其量程范围是200mv、2v ,20v,200v和500v。(4）实现多级量程的直流电流测量，其量程范围是2mA，20mA，200mA、2A、20A。(5）实现多级量程的电阻测量，其量程范围是200k、2k ,20k,200k和2M。二、方案设计1、方案说明首先以A/D转换器(MC14433)为核心，设计一个多档的直流电压测量电路，再在此基础上对电路进行扩展,使其能多量程的测量交流电压、直流电流和电阻的测量电路。其原理框图如图 1所示: 功能选择电流/电压变换交流电压/直流电压变换电阻/电压变换量程选择电源模/数转换器计数、译
5、码、显示被测对象O 图1 数字万用表原理框图 所以本设计可以分为直流电压测量电路；交流/直流转换电路；电流/电压转换电路；电阻/电压转换电路；功能控制和数据显示电路这五个的主要电路模块。2、方案论证(1)A/D转换电路方案一：采用ICL7106。ICL7106是CMOS大规模集成电路芯片，它将模拟电路与数字电路集成在一个有40个功能端的电路内，所以只需外接少量元件就可组成一个3 1/2位数字电压表。但是ICL7106是以静态方式驱动LCD转换器，无BCD码输出端，因此不能直接获得降量程信号。方案二：采用MC14433。MC14433是一个低功耗3 1/2位双积分式A/D转换器,与ICL7106
6、相比，MC14433采用动态扫描显示，有多路调制的BCD码输出端和超量程信号输出端，便于与单片机相连构成智能控制系统。所以采用方案二。(2)交流/直流转换电路方案一：半波整流电路。利用二极管的单向导电性，可以很容易的得到直流电压，且能满足设计要求。方案二：采用真有效值转换芯片,性能参数方面也都能满足设计要求,并且还能测量非正弦波，但一般真有效值转换芯片价格比较贵。鉴于此，故采用方案一。三、单元电路设计、参数计算和器件选择1、单元电路设计 (1) 直流电流测量电路,如图2所示：图2 数字万用表直流电流测量电路原理图图中VD1、VD2为保护二极管，当基本表IN+、IN一两端电压大于2OOmV时，V
7、D1导通，当被测量电位端接入IN一时，VD2导通，从而保护了基本表的正常工作。R2R5、RC.分别为各挡取样电阻，组成电流-电压转换器(I/U)，即测量时，被测电流在取样电阻上产生电压，从而得到了被测电流的量值。 (2) 直流电压测量电路，如图3所示：该电路是由电阻分压器所组成的外围电路和基本表构成。把基本量程为200mV的量程扩展为五量程的直流电压挡。图中斜线区是导电橡胶，起连接作用。图3 数字万用表直流电压测量电路原理图 (3)交流电压测量电路，如图4：图4 数字万用表交流电压测量电路原理图图中，C1为输入电容。VD11、VD12是C1的阻尼二极管，它可以防止C1两端出现过电压而影响放大器
8、的输入端。R21是为防止放大器输入端出现直流分量而设计的直流通道。VD5、VD6互为反向连接，起“守门”作用，防止输入至运算放大器062的信号超过规定值。运算放大器062完成对交流信号的放大，放大后的信号经C5加到二极管VD7、VD8上，信号的负半周通过VD7，正半周通过VD8，完成对交流信号进行全波整流。经整流后的脉动直流电压经电阻R26、R31和电容C6、C10组成的滤波电路滤波后，在R27、RP4上提取部分信号输人至基本表的输人端IN+。 (4)交流电流测量电路交流电流测量电路与交流电压测量电路基本相同。只需将图中的分压器改成分流器即可。故其分流电阻与直流电流挡共用，耦合电路及其后的电路
9、与交流电压测量电路共用。 (5)直流电阻测量电路，如图5：下图为数字万用表直流电阻测量原理图，电阻测量原理是利用被测电阻和基准电阻串联后接在基准电压源上，被测电阻上的压降作为基本表的电压输入端，通过选择开关改变基准电阻的大小，可以实现多量程电阻测量，原理接线如图：图5 直流电阻测量电路原理图2、参数计算（1）模数(A/D)转换与数字显示电路数字信号与模拟信号不同，其幅值(大小)是不连续的。这种情况被称为是“量化的”。若最小量化单位(量化台阶)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(译码)后由数码管或液晶屏显示出来。例如，
10、设=0.1mv，我们把被测电压U与比较，看U是的多少倍，并把结果四舍五入取为整数N (二进制)。一般情况下，N1000即可满足测量精度要求(量化误差1/1000=0.1%)。（2）多量程数字电压表原理在基准数字电压表头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6所示，U0为电压表头的量程(如200mV)，r为其内阻(如10M)，r1、r2为分压电阻，U10为扩展后的量程。 图6 分压电路原理 由于rr2，所以分压比为 （1）扩展后的量程为 （2）实际数字万用表的直流电压档电路为图7所示，它能在不降低输入阻抗的情况下，达到同样的分压效果。图7 使用分压电路 例如：其中200V
11、档的分压比为其余各档的分压比可同样算出。实际设计时是根据各档的分压比和总电阻来确定各分压电阻的。如先确定再计算2000档的电阻再逐档计算、。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。（3）多量程数字电流表原理测量电流的原理是：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8，由于rR，取样电阻R上的电压降为 （3）即被测电流 （4）图8电流测量原理 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(也称分流电阻)为 （5）如U0=200mV，则I0=200档的分流电阻为R=1。实际
12、数字万用表的直流电流档电路为图9所示:图9 实用分流器电路如图9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 （6）再计算下一档的 （7）依次可计算出、和。图中的BX是2A保险丝管，电流过大时会快速熔断，超过流保护作用。四、系统硬件电路设计 1工作原理在测量时先把被测量通过不同的转换器转换成直流电压，然后再用数字电压表进行电压测量，从而得到被测量的数值. 的测量过程是利用A/D（模/数）变换器将被测的模拟电压变换成相应的数字量，然后通过电子计数器计数，最后把被测电压值以十进制数字形式直接显示在显示器上。2.原理电路图，如图10所示：图10 原理电路图 系统需要的元器件清单，如表1：表1 元器件清单序号元器件类型元器件规格数量备注1电阻R100.9912电阻R8913电阻R2010014
