一种数字万用表的制作方法

本实用新型属于测量技术领域，尤其涉及一种数字万用表。

背景技术：

数字万用表亦称数字多用表,简称DMM(Digtial Multimeter)。它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续的、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式万用表功能单精度低，不能满足数字化时代的需求，采用FPGA的数字万用表，精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，目前，由各种FPGA芯片构成的数字电万用表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，显示出强大的生命力。

自从1977年世界上首台手持式数字万用表问世以来，研究者在万用表的功能和设计上不断创新，新品迭出。数字万用表是电测技术中的一种常用仪表，它把电子技术、计算技术、自动化技术的成果和电测技术结合在一起，以其操作方便、读数准确、体积小巧、携带方便等优点成为现代测量中不可缺少的仪器，它可以测量直流电流、交流电流、直流电压、交流电压、电阻、电容、二极管的正向压降等，正在许多领域取代模拟式(即指针式)万用表。具有使用方便、灵敏度高、测量速度快、量程宽、过载能力强、输人阻抗高、指示值具有客观性(不存在视觉误差)、扩展能力强等优点。

数字万用表是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领域大量使用的一种基本测量，已被广泛应用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力。随着时代科技的进步，数字万用表的功能越来越强大，把电量及非电量的测量技术提高到崭新水平。

但是目前市面上的一些数字万用表虽然可以测量电阻，电压，但是存在对特殊交流电压的测量不准确，且缺少对电容，电感的测量挡位等缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种电阻测量范围是0Ω～1MΩ，精度为±0.5％；直流电压测量范围0～15V，精度为±0.05％；电容测量范围100pF～10000pF，精度为±5％；电感测量范围100μH～10mH，精度为±5％；交流电压测量范围0-3V频率范围5MHz任意最高次谐波不高于100kHz，直流偏置不大于±500mV波形的交流信号的数字万用表。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种数字万用表，包括系统供电输入端、电阻测量电路、电容测量电路、电感测量电路、直流电压测量电路、交流电压测量电路、FPGA、OLED、矩阵键盘、辅助电源和测试端口；电阻测量电路、电容测量电路、电感测量电路、直流电压测量电路、交流电压测量电路输入端均连接于测试端口，输出端均与FPGA的连接；OLED、矩阵键盘与FPGA连接；辅助电源与系统供电输入端连接，并为电阻测量电路、电容测量电路、电感测量电路、直流电压测量电路和交流电压测量电路提供电源。

在上述的数字万用表中，辅助电源电路包括降压转换器TPS5430、低压降线性稳压器LM1117和开关电容器LM2662、电压转换器LM2663，系统供电输入端输入的5.5-36V直流电压经降压转换器TPS5430后得5V直流电压，5V直流电压分别经过电压转换器LM2663和低压降线性稳压器LM1117后得到-5V、3.3V直流电压。

在上述的数字万用表中，电阻测量电路包括MOS管驱动电路，第一分压电路、第一射极跟随器、第一开关管和第二开关管；MOS管驱动电路分别与第一开关管、第二开关管和分压电路连接，射极跟随器分别与第一、第二开关管和分压电路连接；MOS管驱动电路采用第一、第二运算放大器OPA2227，第一射极跟随器采用第一轨对轨运放OPA 188，5V直流电压为第一轨对轨运放OPA 188、第一、第二运算放大器OPA2227供电。

在上述的数字万用表中，电容测量电路为一个555定时器构成的单稳态触发器；TRIG脚与FPGA连接；5V直流电压为555定时器供电。

在上述的数字万用表中，电感测量电路包括克拉波震荡器和差分比较器LM311，克拉波振荡器连接差分比较器LM311，差分比较器LM311连接FPGA；5V直流电压为克拉波振荡器供电，±5V直流电压为差分比较器LM311供电。

在上述的数字万用表中，直流电压测量电路包括第二分压电路、第二射极跟随器、第三开关管和AD转换器ADS1118；第二分压电路与第二射极跟随器连接，第三开关管分别与第二分压电路和第二射极跟随器连接，第二射极跟随器与AD转换器ADS1118连接；第二射极跟随器采用第二轨对轨运放OPA 188，5V直流电压为第二轨对轨运放OPA 188供电，3.3V直流电压为AD转换器ADS1118供电。

在上述的数字万用表中，交流电压测量电路包括有效值检测芯片AD637和第三射极跟随器；第三射极跟随器与有效值检测芯片AD637连接；有效值检测芯片AD637与FPGA连接；±5V直流电压为有效值检测芯片AD637供电。

本实用新型的工作原理为：以FPGA作为数据处理和电路控制核心，通过分压电路实现了电阻测量范围0Ω～1MΩ精度为±0.5％，直流电压测量范围0～15V精度为±0.05％；通过555单稳态电路实现了电容测量范围100pF～10000pF精度为±5％；通过克拉波震荡器实现了电感测量范围100μH～10mH精度为±5％；通过有效值检测芯片AD637实现了0-3V频率范围5MHz任意最高次谐波不高于100kHz，直流偏置不大于±500mV的交流信号测量。OLED实时显示测量参数，人机交互良好。

本实用新型的有益效果：系统的测量电路共用一个测试端口，由两条夹子引出；通过矩阵键盘设定测量的类型(电阻，电感等)后，将待测元件或电压加到公共测试端口，使用跳线帽把相应的测量电路连通，测量数据实时显示于OLED屏上，刷新速度0.5s/次，人机交互良好。提高了特殊交流电压测量的精度，增加了电容、电感测量档，使万用表的应用更加广泛。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例的电阻测量电路图；

图3为本实用新型一个实施例的电容测量电路图；

图4为本实用新型一个实施例的电感测量电路图；

图5为本实用新型一个实施例的直流电压测量电路图；

图6为本实用新型一个实施例的交流电压测量电路图；

图7为本实用新型一个实施例的辅助电源电路图；

其中，1-系统供电输入端、2-电阻测量电路、3-电容测量电路、4-电感测量电路、5-直流电压测量电路、6-交流电压测量电路、7-OLED、8-FPGA、9-矩阵键盘、10-辅助电源、11-测试端口；

21-MOS管驱动电路、22-第一分压电路、23-第一射极跟随器、24-第一开关管、25-第二开关管；

31-555定时器、32-电阻；

41-克拉波震荡器、2-差分比较器LM311；

51-第二分压电路、52-第二射极跟随器、53-第三开关管、54-AD转换器ADS1118；

61-有效值检测芯片AD637、62-第三射极跟随器；

71-降压转换器TPS5430、72-电压转换器LM2663、73-低压降线性稳压器LM1117。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述。

本实施例提出了一种可以测量电阻范围0Ω～1MΩ精度为±0.5％，直流电压范围0～15V精度为±0.05％，电容范围100pF～10000pF精度为±5％，电感范围100μH～10mH精度为±5％，0-3V频率范围5MHz任意最高次谐波不高于100kHz,直流偏置不大于±500mV波形的交流信号的数字万用表。系统的测量电路共用一个测试端口，由两条夹子引出；通过矩阵键盘设定测量的类型(电阻，电感等)后，将待测元件或电压加到公共测试端口，使用跳线帽把相应的测量电路连通，测量数据实时显示于OLED屏上，刷新速度0.5s/次，人机交互良好。

本实施例通过以下技术方案来实现，如图1所示，一种数字万用表，包括系统供电输入端1、电阻测量电路2、电容测量电路3、电感测量电路4、直流电压测量电路5、交流电压测量电路6、OLED 7、FPGA 8、矩阵键盘9、辅助电源10。其中，所有测量电路共用一个测试端口11，输出端均与FPGA 8连接；OLED 7、矩阵键盘9与FPGA 8连接；辅助电源电路10为各个芯片提供工作电源。

如图2所示，电阻测量电路2，由MOS管驱动电路21，分压电路22和第一射极跟随器23三部分组成，FPGA 8输出的控制信号经过双运放第一、第二运算放大器OPA2227放大后控制第一、第二开关管Q1 24，Q2 25的关断来切换挡位；第一射极跟随器23选择第一轨对轨运放OPA 188减小零漂以保证对小阻值测量的精度；第一、第二开关管Q1 24、Q2 25，选用开关速度快，导通电阻小的CSD19536。

如图3所示，电容测量电路3是一个555定时器31构成的单稳态触发器。取R32＝100KΩ，由Cx：100pF～10000pF，Tp＝RCXln3≈1.1RCX≈11us～1.1ms，保证555定时器31构成的单稳态触发器稳定和精确的工作，FPGA 8通过控制TRIG脚来使单稳态触发器工作。

如图4所示，电感测量电路4由克拉波振荡器41和差分比较器LM311 42组成。由Lx：100μH～10mH，设置正弦波频率：20.54KHz～205.4KHz。克拉波震荡器41产生的正弦波经过差分比较器LM311 42后将产生的比较信号传给FPGA 8。

如图5所示，直流电压测量电路5包括第二分压电路51、第二射极跟随器52、第三开关管53、AD转换器ADS1118 54。FPGA 8控制第三开关管53的关断来切换挡位；第二射极跟随器52选择第二轨对轨运放OPA 188减小零漂以保证对小电压值测量的精度；第三开关管53选用开关速度快导通电阻小的CSD19536；对于AD转换器选择16位低功耗高精度的AD转换器ADS1118 54。

如图6所示，交流流电压测量电路6包括有效值检测芯片AD637 61和第三射极跟随器62。第三射极跟随器62保证输入阻抗大于10MΩ；输入的交流电压经过第三射极跟随器62后输入有效值检测芯片AD637 61，最后将有效值检测芯片AD637 61产生的信号传给FPGA 8。

如图7所示，辅助电源10包括降压转换器TPS5430 71、低压降线性稳压器LM1117 73和开关电容器电压转换器LM2663 72，输入的5.5-36V直流电压经降压转换器TPS5430 71后得5V直流电压，5V直流电压分别经过开关电容器电压转换器LM2663 72和低压降线性稳压器LM1117 73后得到-5V直流电压，3.3V直流电压。5V直流电压给第一轨对轨运放OPA 188、第二轨对轨运放OPA 188、第一、第二运算放大器OPA2227、555定时器31、克拉波振荡器41供电；±5V给差分比较器LM311 42和有效值检测芯片AD63761供电；3.3V给AD转换器ADS1118 54供电。

本实施例OLED 7、矩阵按键9和FPGA 8构成人机交互系统，可以通过矩阵键盘9设定测量的类型，FPGA 8将采集处理后的数据实时显示于OLED 7屏上，刷新速度0.5s/次，人机交互良好。

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。

虽然以上结合附图描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本实用新型的原理和实质。本实用新型的范围仅由所附权利要求书限定。