CN1236893A - 万用表的简化用户接口及其控制系统 - Google Patents

Abstract

电子测试和测量装置的一种简化的用户接口,它的结构包括一个分段的LCD器件和多个用来构成软按键系统的按键与单个AMP输入接头的组合,以及对每一种基本类型的被测参数仅有一个位置的旋转选择器。分段的LCD器件包括处在邻接一个按键的每一个位置上的多个段,用多个段来表示受到控制的功能的垂直排列的目录。

Description

万用表的简化用户接口及其控制系统

本发明一般涉及到万用表的用户接口和控制系统的技术领域，特别是涉及到具有软按键的万用表。

顾名思义，万用表是一种能够测量许多不同参数的仪器，诸如输入信号的电压，电流，电阻和频率等等。新式的万用表就变得更先进了，甚至可以测量电容，占空系数以及温度。万用表通常还可以自动地选择适当的显示范围。

遗憾的是，设在这些现有的多功能万用表的前面板上的用户接口会变得越来越复杂，混乱和难以使用。造成杂乱的一个原因是需要选择并执行有效特征的按钮(按键)和输入端子的数量。例如，选择器旋钮通常具有三个位置用于AMPS功能(例如A,mA，和μA)和至少两个位置用于Volt功能(AC和DC)。除了VOLT和COMMON输入接头之外，通常还有两个AMP输入接头(即AMP和mA)。因此，用户面临着符号，按钮和旋钮以及输入的混乱，他必须从中选择以执行所需要的功能。

目前已经有人采用了通过改变按钮旁边的显示屏幕上的符号而实现变换的所谓“软按键”来减少所需按钮的数量。显示装置必须是通用的，足以显示许多不同的软按键符号。这种系统通常是采用一个CRT或是LCD的点阵，以便在需要改变按钮功能时清除紧挨着按钮的区域并且显示一个新的符号。遗憾的是，在诸如万用表这样的手持设备中，由于重量，尺寸和寿命等等原因，CRT并不适用，并且出于使用所伴随的复杂性和价格的增加也不适合采用点阵式LCD。这样就需要有一种万用表的用户接口能够保留上述的多功能能力，而且还要克服上述的困难。

用于电子测试和测量设备的一种简化的用户接口包括一个分段LCD器件的结构以及用来实现软按键系统的多个按键与单个AMP输入接头的组合，以及对每个需要测量的参数仅有一个位置的一个旋转选择器。在挨着一个按键的每个位置上，分段LCD器件包括多个段，用来表示需要控制的功能的垂直排列的目录。

本发明的另一方面是使用单个的电流接头来接收需要测量的电流，并且测量范围从毫微安一直延伸到安培。

在本发明的一个实施例中，电子测试和测量设备的外壳被制成具有与一部分LCD屏幕重叠的指状突起，用来产生所显示的LCD软按键分隔线的连续外形。

图1表示安装本发明的一种数字万用表(DMM)；

图2表示图1的万用表所使用的一个分段LCD显示器；

图3表示图1的万用表上的AMP接头的一个输入切换装置。

参见图1，具有简化用户接口的一个数字万用表DMM100包括一个外壳110,LCD显示器120，以及软按键130a,130b,130c和130d。还需要特别注意到图1的DMM仅仅需要一个标有A的输入接头140，用来接收需要由AMP功能测量的电流。值得注意的是，电流测量是在从毫微安到安培的整个范围内执行的。还要注意到旋转功能选择开关150对需要执行的每一项功能仅仅具有一个位置。仅有五个其他按钮151,153,155,157和159被用来选择DMM的进一步的特性。用第六按钮160启动背景照明，以便于在低光亮环境下观察。这些元件的组合提供了一种清楚，简捷且不甚复杂的人机接口。

在图2中表示了分段LCD显示器220的所有点亮的段。LCD显示器220是点亮的，用来说明图1的显示器120的高亮度状态，它突出表明了为了满足新式DMM的要求而需要有的大量和复杂结构的段。段的数量实际上远远大于可选址的点的数量。也就是说，对四十个可选址的点来说，这一特定的分段LCD显示器的选址结构是四个，而所需要的段的实际数量是一百八十个。这一问题是通过利用某些段总是被成对点亮的特定功能来克服的，并且可以将这些段连接到一起。

如上所述，在挨着按钮的区域中可以清除点阵LCD并且重写，构成一个能够按照所显示符号而改变其功能的“软按键”。分段的显示不能被清除；段的位置是固定的。为了解决这一问题，决定在紧靠着软按键按钮130a,130b,130c和130d的上方区域内为软按键符号221,223,225和227提供一个垂直布置的目录。在每一给定的时刻，在每个垂直编组中仅有一个符号被点亮。为了将每个垂直编组中的符号与一个特定的按键相联系，可以用一个线段来包围这些符号。遗憾的是，由于在分段LCD显示器件中不能有交叉线，这样做实际上是不可能的。也就是说，段地址线和段显示线必须要精心地排布使其不能相互接触。因此，如果用一个线段来包围符号段的编组，单个符号段的地址线就不能与被包围的线段交叉，这样会导致符号段无法使用。

这种障碍是通过围绕着软按键符号段从三个侧边画出一条线段231,233,235,237来克服的，如图2所示。这样就能使地址线到达软按键符号段，而不会与任何显示线形成交叉，而同时仍然围绕着符号形成与同一个键相联系的一组字符。遗憾的是，局部圈线的段构成的开放底部总是不如完全圈线的段那样好看。这一问题是通过采用与屏幕区域稍稍重叠的指状突起170a,170b,170c而克服的，并且掩盖了圈线不完整的问题。其结果是，指状突起与LCD的局部圈线段中“碍眼”的可视部分组合在一起，这样就比较好看。

使用分段的LCD器件还会产生另一个与LCD的刷新速度有关的问题。如果用分段的LCD作为万用表的显示装置，就需要很快地显示出大量的段。每一段都需要反复地刷新，而且大量的段需要足够的时间才能刷新所有的段并且重新恢复到开始时的状态。另外还必须精心地设计适当的刷新速度，以免由于50Hz或60Hz的动力线频率在点亮的段和脉动的正常室内光线之间产生混淆。

参见图3，用来选择测量功能的旋转开关305可以简化成仅仅选择基本类型的功能(例如AMP,VOLT等等)，而不是选择更常用的具体功能(例如AMP,mA等等)，因为需要测量的信号不是通过旋转开关来连接的。旋转开关305仅仅是一个用来控制实际测量的控制用微处理器310的输入。四个软按键(例如开关)370a,370b,370c和370d被连接到微处理器310，并且用来进一步改进微处理器310的输入，以便选择所需的具体测量功能。控制用微处理器310根据旋转开关305旋转到的AMP位置和软按键按钮370a,370b,370c和370d之一的操作来控制开关FET320,322,324，和326，选择与定标电阻330,332和336相配合的正确的测量范围。提供给单一AMP输入端的信号电流流经熔断器350，一或多个开关FET320,322,324，和326，以及一或多个定标电阻330,332和334，在A/D转换器340的输入端形成一个代表被测电流幅值的电压。数字形式的A/D输入信号被提供给微处理器310，显示在图2的显示屏幕220上。

图3中的每个FET开关包括一个用于输入保护的旁路二极管。这些二极管的特性应该是高质量的，应该能够处理高电流，并且具有极小的反向泄漏。开关FET320和322都是N-沟道FET，而FET322与其正常的排列方式是反向(即相反地)连接的。也就是说，FET320的源极端被直接连接到FET322的漏极端，FET320的漏极端被直接连接到FET322的源极端，而它们的栅极端被连接到一起并且用微处理器控制器310来驱动。这一反向排列的FET322的作用是利用内部的保护二极管来防护由FET320中的二极管产生的反极性冲击。图3的电路还具有另一个优点，FET320和322是并联工作的，因而在高电流范围内具有较小的开关电阻。这种电路的现有技术方案中是用二极管代替了FET322。如上文所述，现有技术的电路中的功率二极管不能降低开关电阻，因为它不能和FET320并联工作。另外，功率二极管有能力处理安培级的冲击电流，但是具有大约100nA的比较高的泄漏电流，这样就会对较小范围内的电流测量产生不利影响。如上所述，本发明的装置能够测量从毫微安到安培范围的电流，并且使用反向连接的FET而不是功率二极管，在毫微安级的测量范围内不会受到反向电流泄漏的不利影响。

最重要的一点在于对每一种主要功能仅有一种选择的旋转开关，附带有软按键的分段显示器，以及单一的AMP输入之间的配合为用户提供了一种理想的不杂乱并且特别便于使用的接口。

将元件310称作“控制用微处理器”的意思是包括微型计算机以及其它形式的控制器，诸如包括ASIC的专用的硬件控制器。

尽管本发明是针对数字万用表来说明的，它显然也可以用于其它类型的测试和测量仪器，并且这种变更应该被认为是处在权利要求书的范围之内。

Claims (11)

1．一种数字万用表包括：

为了选择需要执行的每一种基本类型的测量功能仅有一个位置的开关；

一个分段的LCD显示器件，用来显示执行一种上述测量功能时所确定的值，并且沿着上述显示器的边沿显示出至少一组多个符号；

安装在上述万用表的外壳上靠近上述多个符号的一个用来输入数据的按键：以及

用来接收被测电流的一个输入端。

2．按照权利要求1的数字万用表，其特征是进一步包括多个用来选择测量范围的受控制的开关，上述多个受控制的开关在一个控制器的控制下工作。

3．按照权利要求2的数字万用表，其特征是上述多个受控制的开关是FET开关，每个上述开关都包括一个集成的二极管；

一个上述FET开关与另一个开关反向连接，并且两个FET开关同时工作。

4．一种数字万用表包括：

为了选择需要执行的每一种基本类型的测量功能仅有一个位置的开关；

一个分段的LCD显示器件，用来显示执行一种上述测量功能时所确定的值，并且沿着上述显示器的边沿显示出至少一组多个符号；

安装在上述万用表的外壳上靠近上述多个符号的一个用来输入数据的按键；

用来接收被测电流的一个输入端；以及

与上述LCD显示器的一部分重叠的多个指状突起，用来掩盖显示线段一部分的不存在。

5．按照权利要求4的数字万用表，其特征是进一步包括多个用来选择测量范围的受控制的开关，上述多个受控制的开关在一个控制器的控制下工作。

6．按照权利要求5的数字万用表，其特征是上述多个受控制的开关是FET开关，每个上述开关都包括一个集成的二极管，并且

一个上述FET开关与另一个开关反向连接，并且两个FET开关同时工作。

7．一种数字万用表包括：

为了选择需要执行的每一种类型的测量功能仅有一个位置的开关；

一个分段的LCD显示器件，用来显示执行一种上述测量功能时所确定的值，并且沿着上述显示器的边沿显示包括多个符号的多个组；

安装在上述万用表的外壳上靠近上述多个符号的多个用来输入数据的按键，每个上述按键对应着特定的一组符号；

用来接收被测电流的一个输入端；以及

与上述LCD显示器的一部分重叠的多个指状突起，用来掩盖所显示线段一部分的不存在。

8．按照权利要求7的数字万用表，其特征是进一步包括多个用来选择测量范围的受控制的开关，上述多个受控制的开关在一个控制器的控制下工作。

9．按照权利要求8的数字万用表，其特征是上述多个受控制的开关是FET开关，每个上述开关都包括一个集成的二极管，并且

一个上述FET开关与另一个开关反向连接，并且两个FET开关同时工作。

10．一种数字万用表包括：

为了选择需要执行的每一种基本类型的测量功能仅有一个位置的开关；

一个分段的LCD显示器件，用来显示执行一种上述测量功能时所确定的值，并且沿着上述显示器的边沿显示出至少一组多个符号；以及

安装在上述万用表的外壳上靠近上述多个符号的一个用来输入数据的按键。

11．一种数字万用表包括：

为了选择需要执行的每一种基本类型的测量功能仅有一个位置的开关；

用来接收被测电流的一个输入端，

连接到上述一个输入端的电路，用来在从毫微安到安培的整个范围内测量电流。

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