一种数字万用表的制作方法

1.本技术涉及电子仪器、仪表技术领域，具体涉及一种数字万用表。


背景技术：

2.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。数字万用表是电测技术中的一种常用仪表，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。一般数字万用表使用分压法测量电阻，电阻的读数值实际是电流读数值，由于电测测量精度与测量环境的多个因素相关，使得电阻的测量值与真实值之间的误差较大。


技术实现要素：

3.本技术主要解决的技术问题是如何提高电阻测量的精度。
4.根据第一方面，提供了一种数字万用表，包括壳体、电阻测量电路、两个测试连接接口和显示模块；所述显示模块和两个所述测试连接接口设置在所述壳体上，所述电阻测量电路设置在所述壳体内；
5.两个所述测试连接接口用于分别与待测电阻的两端电连接；
6.所述电阻测量电路与两个所述测试连接接口电连接，用于测量所述待测电阻的电阻值；
7.所述显示模块用于显示所述待测电阻的电阻值；
8.所述电阻测量电路包括测量正连接端、测量负连接端、恒压电源电路、电阻排电路、电流保护电路和模数转换电路；所述测量正连接端和所述测量负连接端用于与两个所述测试连接接口分别电连接；所述电流保护电路分别与所述测量正连接端和所述电阻排电路连接；所述电流保护电路用于对所述电阻测量电路提供过电流保护；所述电流保护电路包括第一连接端和第二连接端，所述电流保护电路的第一连接端与所述测量正连接端连接，所述电流保护电路的第二连接端与所述电阻排电路连接；所述恒压电源电路与所述电阻排电路连接；所述恒压电源电路用于向所述电阻排电路输出恒压电源；所述恒压电源电路包括电源输入端和电源输出端，所述电源输入端用于一预设电压源的输入，所述电源输出端与所述电阻排电路连接；所述电阻排电路包括第一连接端、第二连接端和至少一个参考电阻，所述电阻排电路的第一连接端与所述恒压电源电路的电源输出端连接，所述电阻排电路的第二连接端与所述电流保护电路的第二连接端连接；所述电阻排电路用于将一个
所述参考电阻连接在所述恒压电源电路的电源输出端和所述电流保护电路的第二连接端之间；其中，所述电阻排电路中任意两个所述参考电阻的阻值都不相同；所述模数转换电路分别与所述测量正连接端、所述测量负连接端、所述恒压电源电路、所述电阻排电路和所述电流保护电路连接；所述模数转换电路用于获取所述测量正连接端的电压信号vinn、所述测量负连接端的电压信号vinp、所述电源输出端的电压信号vrefp和所述电阻排电路的第二连接端的电压信号vrefn，并依据电压信号vinn、电压信号vinp、电压信号vrefp、电压信号vrefn和连接在所述恒压电源电路的电源输出端和所述电流保护电路的第二连接端之间的参考电阻的阻值获取所述待测电阻的电阻值；所述模数转换电路包括第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端，所述模数转换电路的第一连接端与所述恒压电源电路的电源输出端连接，所述模数转换电路的第二连接端与所述电阻排电路的第二连接端连接，所述模数转换电路的第三连接端与所述测量正连接端连接，所述模数转换电路的第四连接端与所述测量负连接端连接。
9.一实施例中，所述恒压电源电路包括放大器u1，所述放大器u1的正输入端与所述恒压电源电路的电源输入端连接，所述放大器u1的负输入端和所述放大器u1的输出端与所述恒压电源电路的电源输出端连接。
10.一实施例中，所述电流保护电路包括二极管、电阻rptc和/或熔断器；
11.所述二极管的正连接端与所述电阻排电路的第二连接端连接，所述二极管的负连接端与所述测量正连接端连接；
12.所述熔断器的一端与所述电阻排电路的第二连接端连接，另一端与所述测量正连接端连接；
13.电阻rptc的一端与所述电阻排电路的第二连接端连接，另一端与所述测量正连接端连接。
14.一实施例中，电阻rptc的阻值为1.5kω。
15.一实施例中，所述电阻排电路包括单刀多掷开关s1和至少一个参考电阻，单刀多掷开关s1包括一个定端和与参考电阻数量相同的动端；每个所述参考电阻的一端与所述电阻排电路的第一连接端连接，另一端与一个单刀多掷开关s1的动端连接。单刀多掷开关s1的定端与所述电阻排电路的第二连接端连接；单刀多掷开关s1用于将一个所述参考电阻连接在所述恒压电源电路的电源输出端和所述电流保护电路的第二连接端之间。
16.一实施例中，所述电阻排电路的参考电阻包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5和/或电阻r6；其中，电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5和电阻r6的阻值分别为100ω、1kω、10kω、100kω、1mω和10mω。
17.一实施例中，所述模数转换电路包括模数转换器，所述模数转换器用于将电压信号vinn、电压信号vinp、电压信号vrefp和电压信号vrefn转换为adc码字信号，并依据转换为adc码字信号的电压信号vinn、电压信号vinp、电压信号vrefp、电压信号vrefn和连接在所述恒压电源电路的电源输出端和所述电流保护电路的第二连接端之间的所述参考电阻的阻值获取所述待测电阻的电阻值。
18.一实施例中，所述模数转换电路还包括电阻r11和电阻r12；电阻r11连接在所述测量正连接端和所述模数转换器之间；电阻r12连接在所述测量负连接端和所述模数转换器之间。
19.一实施例中，电阻r11和电阻r12的阻值为500kω。
20.一实施例中，所述模数转换电路还包括缓冲器a1、缓冲器a2、缓冲器a3和缓冲器a4；所述缓冲器a1连接在所述模数转换电路的第一连接端和所述模数转换器之间；所述缓冲器a2连接在所述模数转换电路的第二连接端和所述模数转换器之间；所述缓冲器a3与电阻r11串联，串联后连接在所述模数转换电路的第三连接端和所述模数转换器之间；所述缓冲器a4与电阻r12串联，串联后连接在所述模数转换电路的第四连接端和所述模数转换器之间。
21.上述实施例中提供的数字万用表包括电阻测量电路，电阻测量电路通过将参考电阻两端的电压作为模数转换器的参考电压，使得待测电阻的测量精度只与模数转换器的位数和参考电阻的阻值精度相关，由于大大减少了影响测量精度的因素，进而提高了阻值的测量精度。
附图说明
22.图1为一种实施例中数字万用表的电阻测量电路的电路连接示意图；
23.图2为一种实施例中数字万用表的结构示意图；
24.图3为另一种实施例中电阻测量电路的电路连接示意图为。
具体实施方式
25.下面通过具体实施方式结合附图对本技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本技术能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本技术相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本技术的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
26.另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
27.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
28.请参考图1，为一种实施例中数字万用表的电阻测量电路的电路连接示意图，包括电压源vcc（一般由万用表电池提供）、包括多个不同阻值的参考电阻的电阻排（电阻r1至电阻r6）、待测电阻r_dut、模数转换器和模数转换器参考电压源vref。如图1所示，待测电阻r_dut的阻值计算公式为：
[0029]vr_dut
/(vcc
‑ꢀvr_dut
)= r_dut/r3；
[0030]vr_dut
是电阻r_dut两端的电压，可通过模数转换器采样获得，其值的计算公式为：
[0031]vr_dut
=adc_code/adc_fullcode*vref；
[0032]
其中，adc_code为模数转换器获取到模数转换器的码字，adc_fullcode是模数转换器是满量程对应的码字，vref是模数转换器的参考电压，也称为满量程电压。
[0033]
依据上述两个计算公式可将待测电阻r_dut的阻值计算公式转换为：
[0034]
r_dut=1/（vcc/(adc_code/adc_fullcode*vref)-1）*r3；
[0035]
其中，adc_code是变量，电压源vcc、满量程电压vref、模数转换器的码字adc_fullcode和电阻r3是已知量，但已知量中，除了模数转换器的码字adc_fullcode是数字值，其它都是模拟值，存在误差和受环境影响。所以待测电阻r_dut精度至少由模数转换器位数、电压源vcc、满量程电压vref和电阻r3决定，由于影响的因素过多，使得电阻测量的精度不高。
[0036]
本技术实施例中的电阻测量电路，通过将参考电阻两端的电压作为模数转换器的参考电压，使得待测电阻的测量精度只与模数转换器的位数和参考电阻的阻值精度相关，由于减少影响测量精度的因素，进而大大提高了阻值的测量精度。
[0037]
下面将结合实施例对本技术的技术方案做具体说明。
[0038]
实施例一
[0039]
请参考图2，为一种实施例中数字万用表的结构示意图，数字万用表包括壳体101、电阻测量电路、两个测试连接接口102和显示模块103，显示模块103和两个测试连接接口102设置在壳体101上，电阻测量电路设置在壳体101内。两个测试连接接口102用于分别与待测电阻r_dut的两端电连接。
[0040]
请参考图3，为另一种实施例中电阻测量电路的电路连接示意图，电阻测量电路100用于测量待测电阻r_dut的电阻值。电阻测量电路100包括测量正连接端、测量负连接端、恒压电源电路20、电阻排电路40、电流保护电路30和模数转换电路10。测量正连接端和测量负连接端用于与两个测试连接接口102分别电连接。电流保护电路30分别与测量正连接端和电阻排电路40连接，电流保护电路30用于对电阻测量电路100提供过电流保护，电流保护电路30包括第一连接端和第二连接端，电流保护电路30的第一连接端与测量正连接端连接，电流保护电路30的第二连接端与电阻排电路40连接。恒压电源电路20与电阻排电路40连接，恒压电源电路20用于向电阻排电路40输出恒压电源vrefp。恒压电源电路20包括电源输入端和电源输出端，电源输入端用于一预设电压源vrefo的输入，电源输出端与电阻排电路40连接。电阻排电路40包括第一连接端、第二连接端和至少一个参考电阻，电阻排电路40的第一连接端与恒压电源电路20的电源输出端连接，电阻排电路40的第二连接端与电流保护电路30的第二连接端连接，电阻排电路40用于将一个参考电阻连接在恒压电源电路20的电源输出端和电流保护电路30的第二连接端之间。其中，电阻排电路40中任意两个参考电阻的阻值都不相同。模数转换电路10分别与测量正连接端、测量负连接端、恒压电源电路20、电阻排电路40和电流保护电路30连接，模数转换电路10用于获取测量正连接端的电压信号vinn、测量负连接端的电压信号vinp、电源输出端的电压信号vrefp和电阻排电路的第二连接端的电压信号vrefn，并依据电压信号vinn、电压信号vinp、电压信号vrefp、电压信号vrefn和连接在恒压电源电路20的电源输出端和电流保护电路30的第二连接端之间的参考电阻的阻值获取待测电阻r_dut的电阻值。模数转换电路10包括第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端，模数转换电路10的第一连接端与恒压电源电路20的电源输出端连接，模数转换电路10的第二连接端与电阻排电路40的第二连接端连接，模数转换电
路10的第三连接端与测量正连接端连接，模数转换电路10的第四连接端与测量负连接端连接。
[0041]
一实施例中，恒压电源电路20包括放大器u1，放大器u1的正输入端与恒压电源电路20的电源输入端连接，放大器u1的负输入端和放大器u1的输出端与恒压电源电路20的电源输出端连接。一实施例中，放大器u1的型号为ca082。一实施例中，预设电压源vrefo由数字万用表的电池提供。
[0042]
一实施例中，电流保护电路30包括二极管,二极管的正连接端与电阻排电路30的第二连接端连接，二极管的负连接端与测量正连接端连接。一实施例中，电流保护电路30包括熔断器,熔断器的一端与电阻排电路30的第二连接端连接，另一端与测量正连接端连接。一实施例中，电流保护电路30包括电阻r
ptc
，电阻r
ptc
的一端与电阻排电路40的第二连接端连接，另一端与测量正连接端连接。一实施例中，电阻r
ptc
的阻值为1.5kω。
[0043]
一实施例中，电阻排电路40包括单刀多掷开关s1和至少一个参考电阻，单刀多掷开关s1包括一个定端和与参考电阻数量相同的动端，每个参考电阻的一端与电阻排电路40的第一连接端连接，另一端与单刀多掷开关s1的一个动端连接。单刀多掷开关s1的定端与电阻排电路40的第二连接端连接，单刀多掷开关s1用于将一个参考电阻连接在恒压电源电路20的电源输出端和电流保护电路30的第二连接端之间。一实施例中，参考电阻包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5和/或电阻r6；其中，电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5和电阻r6的阻值分别为100ω、1kω、10kω、100kω、1mω和10mω。
[0044]
一实施例中，模数转换电路10包括模数转换器，模数转换器用于将电压信号vinn、电压信号vinp、电压信号vrefp和电压信号vrefn转换为adc码字信号，并依据转换为adc码字信号的电压信号vinn、电压信号vinp、电压信号vrefp、电压信号vrefn和连接在恒压电源电路20的电源输出端和电流保护电路30的第二连接端之间的参考电阻的阻值获取待测电阻r_dut的电阻值。
[0045]
一实施例中，模数转换电路10还包括电阻r11和电阻r12，电阻r11连接在测量正连接端和模数转换器之间，电阻r12连接在测量负连接端和模数转换器之间。一实施例中，电阻r11和电阻r12的阻值为500kω。
[0046]
一实施例中，模数转换电路还包括缓冲器a1、缓冲器a2、缓冲器a3和缓冲器a4，缓冲器a1连接在模数转换电路的第一连接端和模数转换器之间，缓冲器a2连接在模数转换电路的第二连接端和模数转换器之间，缓冲器a3与电阻r11串联，串联后连接在模数转换电路的第三连接端和模数转换器之间，缓冲器a4与电阻r12串联，串联后连接在模数转换电路的第四连接端和模数转换器之间。
[0047]
一实施例中，本技术还公开了一种数字万用表，包括如上所述的电阻测量电路，如图3所示，在本实施例中，模数转换器获取的电压信号vinn和电压信号vinp为第一差分电压的输入，其差分值为：
[0048]
vin=vinp-vinn；
[0049]
模数转换器获取的电压信号vrefp和电压信号vrefn为第二差分电压的输入，其差分值为：
[0050]
vref=vrefp-vrefn；
[0051]
根据模数的测量原理则有：
[0052]
vin=adc_code
÷
adc_fullcode*vref；
ꢀꢀꢀꢀ
（1）
[0053]
其中，adc_code为模数转换器获取到adc码字，adc_fullcode是模数转换器满量程对应的码字（例如8位adc，adc_fullcode=2^8-1=255）。因为，模数转换器的输入阻抗不是很高。一般少于1mω，当外围是大电阻时，会影响测量结果，所以在模数转换器的所有输入端增加缓冲器，增大输入阻抗。放大器u1的作用是恒压源，根据运算放大器的虚短原理，放大器u1三个引脚的电压相等，所以只要保持预设电压源vref0恒定，放大器u1其它两个引脚的电压也保持恒定。电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5和/或电阻r6是高精度的参考电阻，与单刀多掷开关s1的其中一个选择引脚连接。单刀多掷开关s1的公共端（顶端）连接电阻r
ptc
，主要起保护万用表作用，防止被大电压损坏，电阻r
ptc
在低电流的情况下，阻值恒定，一般是1.5kω左右，在强电流下阻值变大。电阻r
ptc
连接数字万用表的正向输入端，电阻r_dut是待测电阻，电阻r_dut连接到测量正连接端和测量负连接端之间。
[0054]
例如：电阻r_dut约500ω左右，单刀多掷开关s1将电阻r3连通，根据欧姆定律有：
[0055]ir_dut
=i
r3
；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0056]vr_dut
= i
r_dut
*r_dut = v
r3
÷
r3*r_dut；
ꢀꢀꢀ
(3)
[0057]
对公式（3）变换后得如下公式：
[0058]
r_dut =v
r_dut
÷vr3
*r3；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0059]
其中，r3两端的电压v
r3
等于第二差分电压vref，r_dut两端的电压vr_dut等于第一差分电压vin，即：
[0060]vr3
=vrefp-vrefn=vref；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0061]
vr_dut=vinp-vinn=vin；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0062]
把公式（5）（6）代入公式公式（4）中得以下公式：
[0063]
r_dut=v
r_dut
÷vr3
*r3= vin
÷
vref*r3；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0064]
由公式（1）和公式（7）获得以下公式：
[0065]
r_dut= vin
÷
vref*r3= adc_code
÷
adc_fullcode*r3；
ꢀꢀ
(8)
[0066]
其中，adc_code是变量，adc_fullcode是已知数字量，r3是已知参考电阻的阻值，所以只要控制电阻r3的精度，就可以保证测量1kω以下电阻的测量精度。对公式（8）进行扩展可得：
[0067]
r_dut= adc_code
÷
adc_fullcode*rn；
[0068]
其中，rn为参考电阻，由使用者依据不同的测量量程通过控制单刀多掷开关s1选择。
[0069]
本实施例中公开的数字万用表的电阻测量电路，包括恒压电源电路、电阻排电路、电流保护电路和模数转换电路，电流保护电路用于过电流保护，恒压电源电路用于提供恒压电源，电阻排电路用于选择连接一个已知阻值的参考电阻，模数转换电路用于获取待测电阻两端的电压值和已知阻值的参考电阻两端的电压值，并依据待测电阻两端的电压值、参考电阻的电阻值和该参考电阻两端的电压值获取待测电阻的电阻值。通过将参考电阻两端的电压作为模数转换器的参考电压，使得待测电阻的测量精度只与模数转换器的位数和参考电阻的阻值精度相关，由于减少影响测量精度的因素，进而大大提高了阻值的测量精度。
[0070]
以上应用了具体个例对本技术进行阐述，只是用于帮助理解本技术，并不用以限
制本技术。对于本技术所属技术领域的技术人员，依据本技术的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。