CN209673874U - 一种多模式测量的数字万用表 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种多模式测量的数字万用表，其特征在于，包括：微处理器、液晶屏、电阻接口、恒流源模块、电阻电压采样模块、电容接口、555振荡模块、电感接口、电容三端式振荡模块、电感一阶高通滤波模块、比较器、直流电压接口、电阻分压模块、直流电压采样模块、交流电压接口、交流一阶高通滤波模块、射极跟随器、交流有效值转换模块、交流电压采样模块。本实用新型实现多模式、多量程测量；采用集成芯片，电路复杂度低；实现高精度测量；微处理器可任意选择，系统兼容性好。

Description

一种多模式测量的数字万用表

技术领域

本实用新型涉及仪器仪表类，尤其涉及一种多模式测量的数字万用表。

背景技术

数字万用表是一种多用的电子测量仪器，一般包含安培计、电压表、欧姆计等功能，有时也称为万用计、多用计、多用电表，或三用电表。数字万用表有用于基本故障诊断的便携式装置，也有放置在工作台的装置，有的分辨率可以达到七、八位。

数字万用表就是在电气测量中要用到的电子仪器。它可以有很多特殊功能，但主要功能就是对电压、电阻和电流进行测量。数字万用表，作为现代化的多用途电子测量仪器，主要用于物理、电气、电子等测量领域。数字万用表中被测量信号被转换成数字电压信号，并被数字的前置放大器放大，然后由数字显示屏显示，这样就避免了在读数时视差带来的偏差。更好的电路系统和电子学器件，也提高了测量精度。旧的模拟仪表的基本精度在5％到10％之间，现代便携数字万用表则可以达到±0.025％，而工作台设备更高达百万分之一的精度。

虽然精密测试要求方面有些数字万用表的精度已经达到了人们的预期，但是这样的仪器一般设备复杂且价格昂贵，因此不适合大规模使用。然而，现在市面上既能实现电阻测量，电容测量，电感测量，直流电压测量，交流电压测量，又能保证测量精度的数字万用表并不多。即使有性价比也不高，因此设计一种低成本、高精度、多模式测量的数字万用表具有重要的现实意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种低成本、高精度、多模式测量的数字万用表。

本实用新型设计数字万用表本以微处理器为控制核心主要功能包括电阻测量、电容测量、电感测量、直流电压测量以及交流电压测量。

本实用新型的技术方案为一种多模式测量的数字万用表，其特征在于，包括：微处理器、液晶屏、电阻接口、恒流源模块、电阻电压采样模块、电容接口、555 振荡模块、电感接口、电容三端式振荡模块、电感一阶高通滤波模块、比较器、直流电压接口、电阻分压模块、直流电压采样模块、交流电压接口、交流一阶高通滤波模块、射极跟随器、交流有效值转换模块、交流电压采样模块；

所述微处理器与所述液晶屏通过导线连接；所述的电阻接口、恒流源模块、电阻电压采样模块通过导线依次串联连接；所述电阻电压采样模块与所述微处理器通过导线连接；所述电容接口与所述555振荡模块通过导线连接；所述555 振荡模块与所述微处理器通过导线连接；所述的电感接口、电容三端式振荡模块、电感一阶高通滤波模块、比较器通过导线依次串联连接；所述比较器与所述微处理器通过导线连接；所述的直流电压接口、电阻分压模块、直流电压采样模块通过导线依次串联连接；所述直流电压采样模块与所述微处理器通过导线连接；所述的交流电压接口、交流一阶高通滤波模块、射极跟随模块、交流有效值转换模块、交流电压采样模块通过导线依次串联连接；所述交流电压采样模块与所述微处理器通过导线连接。

作为优选，所述的电阻接口、恒流源模块、电阻电压采样模块、微处理器用于完成电阻测量；所述电阻接口用于接入待测电阻；所述恒流源模块用于为待测电阻提供基准电压；所述电阻电压采样模块用于将电阻电压信号转换为数字电阻电压信号；所述微处理器用于控制所述液晶屏显示数字电阻电压信号，数字电阻电压信号表征待测电阻的阻值。

作为优选，所述的电容接口、555振荡模块、微处理器用于完成电容测量；所述电容接口用于接入待测电容；所述555振荡模块用于根据待测电容产生电容方波振荡信号；所述微处理器用于测量电容方波振荡信号频率，用于控制所述液晶屏显示方波振荡信号频率，方波振荡信号频率表征待测电容的容值。

作为优选，所述的电感接口、电容三端式振荡模块、电感一阶高通滤波模块、比较器、微处理器用于完成电感测量；所述电感接口用于接入待测电感；所述电容三端式振荡模块用于根据待测电感进行振荡，并通过射极跟随增强电路带负载能力，产生高频电感振荡信号；所述电感一阶高通滤波模块用于滤除高频电感振荡信号的直流成份和少量低频成份，得到电感正弦信号；所述比较器用于将电感正弦信号通过转换得到与电感正弦信号同频率的电感方波信号；所述微处理器用于测量同频率的电感方波信号频率，用于控制所述液晶屏显示电感方波信号频率，电感方波信号频率表征待测电感的感值。

作为优选，所述的直流电压接口、电阻分压模块、直流电压采样模块、微处理器用于完成直流电压测量；所述直流电压接口用于接入待测直流电压；所述电阻分压模块用于对待测直流电压进行分压得到低压直流电压信号；所述直流电压采样模块用于将低压直流电压信号转换为数字直流电压信号；所述微处理器用于控制所述液晶屏显示数字直流电压信号，数字直流电压信号表征待测直流电压的幅度。

作为优选，所述的交流电压接口、交流一阶高通滤波模块、射极跟随器、交流有效值转换模块、交流电压采样模块、微处理器用于完成交流电压测量；所述交流电压接口用于接入待测交流电压；所述交流一阶高通滤波模块用于滤除待测交流电压的直流成份，得到交流电压信号；所述射极跟随器用于对交流电压信号进行射极跟随以增强电路带负载能力，得到模拟交流电压信号；所述交流有效值转换模块将模拟交流电压信号转换为模拟交流电压有效值信号；所述交流电压采样模块用于将模拟交流电压有效值信号转换为数字交流电压有效值信号；所述微处理器用于控制所述液晶屏显示数字交流电压有效值信号，数字交流电压有效值信号表征待测交流电压的有效值。

本实用新型优点在于，实现多模式、多量程测量；采用集成芯片，电路复杂度低；实现高精度测量；微处理器可任意选择，系统兼容性好。

附图说明

图1：本实用新型的模块框图；

图2：本实用新型的电阻测量电路图；

图3：本实用新型的电容测量电路图；

图4：本实用新型的电感测量电路图；

图5：本实用新型的直流电压测量电路图；

图6：本实用新型的交流电压测量电路图；

图7：微处理器与ADS1118与液晶显示屏电路图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示为本实用新型的模块框图，本实用新型具体实施方式的技术方案为一种多模式测量的数字万用表，其特征在于，包括：微处理器、液晶屏、电阻接口、恒流源模块、电阻电压采样模块、电容接口、555振荡模块、电感接口、电容三端式振荡模块、电感一阶高通滤波模块、比较器、直流电压接口、电阻分压模块、直流电压采样模块、交流电压接口、交流一阶高通滤波模块、射极跟随器、交流有效值转换模块、交流电压采样模块；

所述微处理器与所述液晶屏通过导线连接；所述的电阻接口、恒流源模块、电阻电压采样模块通过导线依次串联连接；所述电阻电压采样模块与所述微处理器通过导线连接；所述电容接口与所述555振荡模块通过导线连接；所述555 振荡模块与所述微处理器通过导线连接；所述的电感接口、电容三端式振荡模块、电感一阶高通滤波模块、比较器通过导线依次串联连接；所述比较器与所述微处理器通过导线连接；所述的直流电压接口、电阻分压模块、直流电压采样模块通过导线依次串联连接；所述直流电压采样模块与所述微处理器通过导线连接；所述的交流电压接口、交流一阶高通滤波模块、射极跟随模块、交流有效值转换模块、交流电压采样模块通过导线依次串联连接；所述交流电压采样模块与所述微处理器通过导线连接。

所述微处理器选型为STM32单片机；所述液晶屏选型为AN430显示屏；所述电阻接口选型为测试笔尖配合TL222测试线；所述恒流源模块选型为OPA228；所述电阻电压采样模块选型为ADS1118；所述电容接口选型为测试笔尖配合 TL222测试线；所述555振荡模块选型为555芯片；所述电感接口选型为测试笔尖配合TL222测试线；所述电容三端式振荡模块选型为S8050三极管；所述电感一阶高通滤波模块选型为RC一阶高通电路；所述比较器选型为TL3016；所述直流电压接口选型为测试笔尖配合TL222测试线；所述电阻分压模块选型为串联电阻分压电路；所述直流电压采样模块选型为ADS1118；所述交流电压接口选型为测试笔尖配合TL222测试线；所述交流一阶高通滤波模块选型为RC一阶高通电路；所述射极跟随器选型为OPA227；所述交流有效值转换模块选型为AD637；所述交流电压采样模块选型为ADS1118。

下面结合图1至图7介绍本实用新型的具体实施方式为：

所述的电阻接口、恒流源模块、电阻电压采样模块、微处理器用于完成电阻测量；所述电阻接口用于接入待测电阻；所述恒流源模块用于为待测电阻提供基准电压；所述电阻电压采样模块用于将电阻电压信号转换为数字电阻电压信号；所述微处理器用于控制所述液晶屏显示数字电阻电压信号，数字电阻电压信号表征待测电阻的阻值。

所述的电容接口、555振荡模块、微处理器用于完成电容测量；所述电容接口用于接入待测电容；所述555振荡模块用于根据待测电容产生电容方波振荡信号；所述微处理器用于测量电容方波振荡信号频率，用于控制所述液晶屏显示方波振荡信号频率，方波振荡信号频率表征待测电容的容值。

所述的电感接口、电容三端式振荡模块、电感一阶高通滤波模块、比较器、微处理器用于完成电感测量；所述电感接口用于接入待测电感；所述电容三端式振荡模块用于根据待测电感进行振荡，并通过射极跟随增强电路带负载能力，产生高频电感振荡信号；所述电感一阶高通滤波模块用于滤除高频电感振荡信号的直流成份和少量低频成份，得到电感正弦信号；所述比较器用于将电感正弦信号通过转换得到与电感正弦信号同频率的电感方波信号；所述微处理器用于测量同频率的电感方波信号频率，用于控制所述液晶屏显示电感方波信号频率，电感方波信号频率表征待测电感的感值。

所述的直流电压接口、电阻分压模块、直流电压采样模块、微处理器用于完成直流电压测量；所述直流电压接口用于接入待测直流电压；所述电阻分压模块用于对待测直流电压进行分压得到低压直流电压信号；所述直流电压采样模块用于将低压直流电压信号转换为数字直流电压信号；所述微处理器用于控制所述液晶屏显示数字直流电压信号，数字直流电压信号表征待测直流电压的幅度。

所述的交流电压接口、交流一阶高通滤波模块、射极跟随器、交流有效值转换模块、交流电压采样模块、微处理器用于完成交流电压测量；所述交流电压接口用于接入待测交流电压；所述交流一阶高通滤波模块用于滤除待测交流电压的直流成份，得到低频交流电压信号；所述射极跟随器用于对低频交流电压信号进行射极跟随以增强电路带负载能力，得到模拟交流电压信号；所述交流有效值转换模块将模拟交流电压信号转换为模拟交流电压有效值信号；所述交流电压采样模块用于将模拟交流电压有效值信号转换为数字交流电压有效值信号；所述微处理器用于控制所述液晶屏显示数字交流电压有效值信号，数字交流电压有效值信号表征待测交流电压的有效值。

所述微处理器以STM32单片机为控制核心，设计实现了简易、高精度的数字万用表。用运算放大器OPA228设计所述恒流源模块，改变待测电阻实现五个档位，分别是0～100Ω、100Ω～1kΩ、1kΩ～10kΩ、10kΩ～100kΩ、100kΩ～1MΩ的电阻测量，测量最大绝对值误差不超过3％，电路稳定性良好；

用串联电阻分压式电路，实现0V～15V直流电压测量,初步测试结果表明测量电压与直流稳压源输出电压存在极微小偏差。

用所述555振荡模块，再接入所述微处理器，通过测量振荡频率实现电容 100pF～10000pF测量,测试误差最大为3.75％；

用一个S8050三极管构成所述电容三端式振荡模块，级联一个S8050构成的射极跟随器，振荡输出通过所述电感一阶高通滤波器再经过所述比较器，比较输出同频率的方波信号送到所述微处理器频率计，通过测量频率实现100uH～10mH 电感测量，测量最大绝对值误差不超过5％；

所述交流一阶高通滤波器滤除输入交流电压中的直流成份。在AD637设计的所述交流有效值转换模块前端接入一个用宽带宽、高摆率、高速运放OPA227设计的所述射极跟随器，同时完成输入阻抗匹配要求，利用高精度16位AD芯片 ADS1118设计的所述交流电压采样模块采样直接读取有效交流电压有效值电压 0V～2V，频率范围为10Hz～1MHz，测量最大绝对值误差不超过0.5％；测量值送到显示屏实时显示。整个测量系统清晰明了，易于操作，用简单的器件实现了高精度的测量。

尽管本说明书较多地使用了微处理器、液晶屏、电阻接口、恒流源模块、电阻电压采样模块、电容接口、555振荡模块、电感接口、电容三端式振荡模块、电感一阶高通滤波模块、比较器、直流电压接口、电阻分压模块、直流电压采样模块、交流电压接口、交流一阶高通滤波模块、射极跟随器、交流有效值转换模块、交流电压采样模块等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本实用新型专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本实用新型的保护范围之内，本实用新型的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种多模式测量的数字万用表，其特征在于，包括：微处理器、液晶屏、电阻接口、恒流源模块、电阻电压采样模块、电容接口、555振荡模块、电感接口、电容三端式振荡模块、电感一阶高通滤波模块、比较器、直流电压接口、电阻分压模块、直流电压采样模块、交流电压接口、交流一阶高通滤波模块、射极跟随器、交流有效值转换模块、交流电压采样模块；

所述微处理器与所述液晶屏通过导线连接；所述的电阻接口、恒流源模块、电阻电压采样模块通过导线依次串联连接；所述电阻电压采样模块与所述微处理器通过导线连接；所述电容接口与所述555振荡模块通过导线连接；所述555振荡模块与所述微处理器通过导线连接；所述的电感接口、电容三端式振荡模块、电感一阶高通滤波模块、比较器通过导线依次串联连接；所述比较器与所述微处理器通过导线连接；所述的直流电压接口、电阻分压模块、直流电压采样模块通过导线依次串联连接；所述直流电压采样模块与所述微处理器通过导线连接；所述的交流电压接口、交流一阶高通滤波模块、射极跟随模块、交流有效值转换模块、交流电压采样模块通过导线依次串联连接；所述交流电压采样模块与所述微处理器通过导线连接。

2.根据权利要求1所述的多模式测量的数字万用表，其特征在于：

所述的电阻接口、恒流源模块、电阻电压采样模块、微处理器用于完成电阻测量；所述电阻接口用于接入待测电阻；所述恒流源模块用于为待测电阻提供基准电压；所述电阻电压采样模块用于将电阻电压信号转换为数字电阻电压信号；所述微处理器用于控制所述液晶屏显示数字电阻电压信号，数字电阻电压信号表征待测电阻的阻值。

3.根据权利要求1所述的多模式测量的数字万用表，其特征在于：

所述的电容接口、555振荡模块、微处理器用于完成电容测量；所述电容接口用于接入待测电容；所述555振荡模块用于根据待测电容产生电容方波振荡信号；所述微处理器用于测量电容方波振荡信号频率，用于控制所述液晶屏显示方波振荡信号频率，方波振荡信号频率表征待测电容的容值。

4.根据权利要求1所述的多模式测量的数字万用表，其特征在于：

所述的电感接口、电容三端式振荡模块、电感一阶高通滤波模块、比较器、微处理器用于完成电感测量；所述电感接口用于接入待测电感；所述电容三端式振荡模块用于根据待测电感进行振荡，并通过射极跟随增强电路带负载能力，产生高频电感振荡信号；所述电感一阶高通滤波模块用于滤除高频电感振荡信号的直流成份和少量低频成份，得到电感正弦信号；所述比较器用于将电感正弦信号通过转换得到与电感正弦信号同频率的电感方波信号；所述微处理器用于测量同频率的电感方波信号频率，用于控制所述液晶屏显示电感方波信号频率，电感方波信号频率表征待测电感的感值。

5.根据权利要求1所述的多模式测量的数字万用表，其特征在于：

所述的直流电压接口、电阻分压模块、直流电压采样模块、微处理器用于完成直流电压测量；所述直流电压接口用于接入待测直流电压；所述电阻分压模块用于对待测直流电压进行分压得到低压直流电压信号；所述直流电压采样模块用于将低压直流电压信号转换为数字直流电压信号；所述微处理器用于控制所述液晶屏显示数字直流电压信号，数字直流电压信号表征待测直流电压的幅度。

6.根据权利要求1所述的多模式测量的数字万用表，其特征在于：

所述的交流电压接口、交流一阶高通滤波模块、射极跟随器、交流有效值转换模块、交流电压采样模块、微处理器用于完成交流电压测量；所述交流电压接口用于接入待测交流电压；所述交流一阶高通滤波模块用于滤除待测交流电压的直流成份，得到交流电压信号；所述射极跟随器用于对交流电压信号进行射极跟随以增强电路带负载能力，得到模拟交流电压信号；所述交流有效值转换模块将模拟交流电压信号转换为模拟交流电压有效值信号；所述交流电压采样模块用于将模拟交流电压有效值信号转换为数字交流电压有效值信号；所述微处理器用于控制所述液晶屏显示数字交流电压有效值信号，数字交流电压有效值信号表征待测交流电压的有效值。