六位半数字电压表
基于AD7710的6位半电压表头的研制
收稿日期:2003-03-20 收修改稿日期:2003-10-15基于AD7710的6位半电压表头的研制周水斌1,陈小桥1,杨 敏2(1.武汉大学电子信息学院,湖北武汉 430079;2.许继电气集团电气保护及自动化事业部,河南许昌 461000)摘要:电压测量是电量和非电量检测的一个重要部分。
介绍了基于24位模/数器件AD7710的直流电压表头的硬件设计和软件设计。
阐述了AD7710的模拟电压输入、基准电压输入以及与微处理器的数字接口电路。
分析介绍了表头的采样滤波、快速平均、自动量程转换与校准技术。
对印制电路板和软件设计等要注意的问题进行了讨论。
关键词:电压测量;模数转换;AD7710;校准中图分类号:TP216.1;TP335.1 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2004)01-0032-03Design of DC Voltage Meter With 612Resolution Based on AD 7710ZHOU Shu -i bin 1,CHEN Xiao -qiao 1,YANG Min 2(1.College of Electronic Information,Wuhan University ,Wuhan 430079,Chi na;2.Division of Protection and Automation XJ Group,Xuchang 461000,China)Abstract:Voltage measuring is very i mportant and also generally.It is the final part of the non -electric quantity detecting in com -puterized measurement system.The hard ware and software of the DC voltage meter based on AD7710is proposed.The circuit of analog input,reference inpu t and the serial digi tal interface with microcomputer of AD7710is presented.The technology of digi tal filtering,cal-i brating,fast averaging and automatic range switching is detailed.And some problems in desi gni ng PCB for the hi gh resolution are dis -cussed.Key Words:Voltage M easuring;ADC;AD7710;Calibration1 引言电量和非电量测量一般都归结到测量电压的大小。
法规-制造计量器具许可证考核必备条件
衡器制造计量器具许可证考核必备条件（一）电子计价秤、电子计重秤一、适用范围本考核条件适用于对生产电子计价秤、电子计重秤（30kg及以下）企业的制造许可证考核、有效期满后的复查以及日常监督检查，是对《制造计量器具许可证考核规范》有关内容的补充。
二、生产规漠1、厂房面积：500m2以上；2、年生产能力：10000台以上。
三、生产设施l、多工位装配作业线；2、电路板清洗设备（采用免洗焊剂的除外）；3、焊接设备；4、整机老化设备（整机老化试验要求连续通电72小时以上）；5、整机测试区域要有空调。
四、检测设备1、通用电气仪表；（1）6位半以上数字电压表（准确度优于1μV）；（2）示波器；（3）调压器；（4）泄漏电流测试仪；（5）绝缘强度测试仪；（6）绝缘电阻测试仪；2、电子元器件（电阻、电容、电感等）老化与检测装置；3、电路板组件检验装置；4、标准法码：准确度等级M1级以上、量程覆盖最大称量的标准砝码和能测数字示值化整误差的0.1e的小片砝码多个；5、高低温性能试验箱（-20℃~50℃）；6、恒温恒湿箱；7、耐久性试验设备；8、外购称重传感器的，要有传感器检测装置；9、键盘耐久性检测设备。
（二）电子地上衡、地中衡、汽车衡一、适度范围本考核条件适用于对生产电子地上衡、地中衡、汽车衡企业的制造许可证考核、有效期满后的复查以及日常监督检查，是对《制造计量器具许可证考核规范》有关内容的补充。
二、生产规模l、厂房面积：1000m2以上；2、年生产能力：200台以上。
三、生产设施1、焊接设备；2、起吊设备；3、满足工艺需要的机械加工设备；4、整机检验平台（场地）；5、剪板机或自动、半自动切割设备；6、表面涂漆场地。
四、检测设备1、通用电气仪表；（l）调压器；（2）6位半以上数字电压表（准确度优于1μV）；（3）泄漏电流测试仪；（4）绝缘强度测试仪；（5）绝缘电阻测试仪；（6）标准信号源（准确度优于0.01％）；2、标准砝码：最大称量在100t以下的，应具有不少于最大称量的M1级标准法码和能测数字示值化整误差的0.1e的小珐码多个。
6位半表头
6位半数字表头方案说明：此方案系本人去年冬天即兴做的一个高精度表头，预期精度能够达到6位半表的水平，由于手上没有6位半到8位半的高精度万用表进行对比测试，所以实际精度暂时值得怀疑，有待进一步验证改进！整个电路板的设计制作均由本人独立完成，电路板采用手工单面板制作工艺，主控芯片ATmega16（本人比较擅长和喜欢使用AVR芯片）。
废话不多说了，直接上系统实际测试运行图片。
这张是系统整体照，还没有上电的情形，手机拍的效果一般。
系统总共设4个功能控制按键，分别是液晶显示/串口传输切换按键，该按键实现数据在液晶屏上显示和经过串口上传至PC上位机的切换；自校准按键，由于没有制作用于校准的电压源，所以该按键的功能暂时没有启用；液晶开关按键，顾名思义就是实现液晶屏显示的开与关；高速/低速切换按键，实现测量速度的切换，低速测量时，大约6次/s，高速测量时约2K次/s。
使用的ADC芯片是凌特公司生产的高精度ADC芯片LTC2440，该表被广泛用于5位半的万用表中，但是该芯片的手册中明确指出可以用于6位半的万用表设计中，基准源使用的是maxim公司的max6175芯片（maxim公司提供的免费样片，再此表示感谢！），精度和噪声性能都比较优异。
这张是新旧表头对比照，之前曾经做过一板简单的，性能也很优异，但是只能液晶屏显示，实用性很低于是就有了重新设计第2版的想法。
想到了就要做，说动手就动手，花了大约一星期把第二版做出来了，并用LabVIEW设计了一个上位机软件，可用性和可操作性大大提升。
图中测试使用一节三洋爱乐普镍氢充电电池，实测发现只有最后一位数字在跳动，说明本表头的稳定性特别好，同时也说明小日本的充电电池放电性能特别稳定。
这张是液晶屏背光打开的测量工作照，手机拍照效果一般，凑合着看吧！水就没有洗了，不影响性能。
至于为何有飞线后面会有说明的，稍安勿躁。
这张是将测量数据上传至计算机上的，软件界面一看就知道是LabVIEW开发的，不多解释。
数字电压表设计002
接口技术学生姓名:学号：学院:专业: 电子科学与技术题目: 数字电压表设计指导教师：数字电压表的设计一、设计概念资料1.数字电压表基本概念数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。
传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。
目前，由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统智能化测量领域，示出强大的生命力。
与此同时，由DVM 扩展而成各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。
2.数字电压表优缺点⑴显示清晰直观，读数准确，缩短读数和记录的时间。
新型数字电压表还增加了标志符显示功能，包括测量项目符号、单位符号和特殊符号。
⑵显示位数显示位数通常为3位～8位判定数字仪表的位数有两条原则：①能显示从0～9所有数字的位是整数值；②分数位的数值是以最大显示值中最高位数字为分子，用满量程时最高位数字做分母。
⑶准确度高。
准确度愈高，测量误差愈小。
数字电压表的准确度远优于模拟式电压表。
⑷分辨率高。
从设计DVM的角度看，分辨力应受准确度的制约，并与之相适应。
⑸测量范围宽。
多量程DVM一般可测0～1000V直流电压，配上高压探头还可测量上万伏的高压。
（6扩展能力强。
在数字电压表的基础上、还可扩展成各种通用及专用数字仪表、数字多用表（DMM）和智能仪器，以满足不同的需要。
⑺测量速率快。
数字电压表在每秒钟内对被测电压的测量次数叫测量速率，单位是“次／秒”。
它主要取决于A/D 转换器的转换速率，其倒数是测量周期。
⑻输入阻抗高。
数字电压表具有很高的输入阻抗，通常为10MΩ～10000MΩ，最高1TΩ。
在测量时从被测电路上吸取的电流极小，不会影响被测信号源的工作状态，减小由信号源内阻引起的测量误差。
吉时利 K2000 6位半数字万用表电路图
1C 16 2C 15 3C 14 4C 13 5C 12 6C 11 7C 10
UNAMED1
R146 1.1M
C137 33p
AGND
+5V
100K1% R186
2.5V
9 COM GND 8
B
C225 ULN2003L
AGND
104
100K1%
B
R183
AGND
AGND
TO CASEVR114 576V R283 470R
+ C148 1000uF 50V
AGND + C131 1000uF 50V
-20V
C147 104
CR115 BAV99L
3
AGND
AGND
U119
79M125 VIN
GND 1 2
AGND 104 C117
VOUT 3
-15V
J1016
U124
2 GND
C232 104
3
CR103
1 VIN VOUT 3
103 1000V C102
R101 1M
AGND
AGND AGND
COMPANY:
KEITHLEY2000@USER A
DRAWN:
Randy
DATED:
2013.1.1
TITLE:
FRONT/REAR
CHECKED:
DATED:
CODE:
SIZE:
<Checked By> <Checked Date>
+5V
5V
AGND
2-
+1
7805
R280 49.9R1%
六位半台式数字多用表常见问题
8845/8846A六位半台式数字多用表常见问题1.8845A/8846A在直流电压各量程可以承受多大电压？答：8845A/8846A在直流100 mV量程可以承受1000 V峰值电压。
2.8845A/8846A在交流电压各量程可以承受多大电压？答：8845A在交流100 mV量程可以承受750 V 交流电压。
8846A在交流100 mV量程可以承受1000 V交流电压。
3.8845A/8846A在mA输入端可承受的最大电流是多少？超过后会发生什么情况？答：8845A/8846A在mA输入端可承受的最大电流是440 mA.。
超过后会烧断仪器底部的440mA电流保险丝。
4.8845A/8846A在10A输入端可承受的最大电流是多少？超过后会发生什么情况？答：8845A/8846A在10 A输入端可承受的最大电流是11 A.。
超过后会烧断仪器底部的11 A电流保险丝。
5.如何使用数字多用表的通断性测试？答：数字多用表的通断性测试功能可以快速测试电路中的电阻。
如果测量的电阻小于设定的阀值标准，即为导通，蜂鸣器响；如果测量的电阻大于设定的阀值标准，即为不导通，蜂鸣器不响。
6.数字多用表的通断性测试判断标准是什么？标准可以改变吗？答：数字多用表的通断性测试判断标准是测量的电阻是否小于设定的阀值标准。
此标准在8845A/8846A中可以设定为1Ω, 10Ω, 100Ω, 1000 Ω。
7.8845A/8846A的二极管功能可以测试稳压管电压吗？答：8845A/8846A的二极管功能可以测试10 V以下的稳压管电压。
测量稳压管时，反向电流接入时，显示稳压值；正向电流接入时，显示二极管压降。
8.8845A/8846A的最大值/最小值功能可以测量信号的瞬时峰值吗?答：8845A/8846A的最大值/最小值功能可以保存测量值中的最大值和最小值，不是信号的瞬时峰值。
9.8845A/8846A的限值比较功能有何作用?答：用8845A/8846A的限值比较功能可以设置 LIMITS 指示的 HIGH/LOW 比较限值，测试时可避免生产错误。
数字电压表
4.3.1 数字电压表的主要技术指标
1、测量范围 （1）量程 表示电压表所能测量的最小电压到最大电压范围。 其中不经衰减器和输入放大器的量程称为基本量程，它是测量误差最 小的量程。 （2）显示位数 显示位数是指数字电压表能够完整显示０～９这十个数码的位数， 称完整显示位。 1 显示位。 把只能显示0和1两个数码的显示位称为 2 3 显示位。 只能显示0～5的显示位称为 4 这两种都是非完整显示位，位于最高位。
2、双斜积分式A/D转换器 是一种间接式A/D转换器。其转换原理是通过两次积分，将被 测电压变换成与其平均值成正比的时间间隔，然后在该时间间隔内 对时钟脉冲进行计数，以实现A/D转换。
（1）准备阶段（t0～t１ ） ： 计数器复零，电路处于休止状态。 （2）采样阶段（t1～t2）： 该阶段A/D转换器对被测电 压Ux定时积分。 （3）比较阶段（t2 ～t3）： 本阶段对基准电压进行定值 反向积分。
满度误差相当于±2个字
4.3.2 A/D转换器原理
1、逐次比较式A/D转换器 是一种反馈比较式A/D转换器。 工作原理类似于天平，在转换过程中，用被测电压与一已知的标 准电压（D/A转换器输出电压）进行比较，并用比较结果控制D/A转换 器的输入，使其输出电压大小向被测电压靠近，直到两者趋于相等为 止。此时D/A转换器的输入量（也就是比较寄存器的输出量）即为A/D 转换器的输出数字量。
读数误差和满度误差各是多少？满度误差相当于几个字？
解：因为DVM位数为5，且量程为5V，所以电压表末尾1个单位 为0.0001V。
读数误差为：±0.005%Ux=±0.005%×2V=±0.0001V
满度误差为：±0.004%Um=±0.004%×5V=±0.0002V 固有误差：±（0.0001V+0.0002V）=±0.0003V
如何设计200元成本的六位半电压电流表
如何设计200元成本的六位半电压电流表——设计思路分享一、前言200元硬件成本做六位半，好像是一种不可思议的事情。
但是随着24位ADC 的价格不断下降，实现六位半分辨率已经变得非常平民化了。
只要放弃长期稳定性的要求，200元完全可以做出一台完整的六位半电压、电流表。
在开始实施前，先解释一下六位半的概念。
六位半指的是分辨率达到100万以上，一般都是作为高档表出现的，与之相匹配的就是较高的绝对精度，主要就是长稳特性。
但要实现长稳，必须采用LM399以上的电压基准，金属箔电阻等昂贵且不易购买的器件，所以低成本必须放弃长稳。
放弃了绝对精度后，高分辨率还有没有意义呢？我觉得是有的。
比如有时候需要测试一个uV级或者uA级的小信号，比较两个信号的大小，或者观察一个信号短时间的变化情况等等，这些只要高分辨率就可以了,不需要太高的绝对精度。
经过几个月的试验调试，低成本六位半已经调试完成，并在淘宝上线，因此将设计过程分享给大家。
由于水平和精力有限，文章肯定会存在疏漏、不全面甚至错误，本人不对由此文章的内容引起的直接的、间接的损害承担责任，不提供任何技术指导。
二、设计目标1、设计一个六位半分辨率的台式电压电流表2、全部采用容易购买的全新器件，BOM成本控制在200元以内3、出色的短稳性能，噪声低于百万分之一，整体温漂5ppm/℃（典型值）4、希望年漂移控制在300ppm以下（是德34461A的基础档年漂移为30ppm）5、电压档可以测试24V分辨到10uV，测量3.3V电压分辨到1uV6、电流档可以测试300mA分辨到100nA，30mA分辨到10nA7、配备有通讯接口，可以连接上位机显示波形、采集并导出数据8、有外壳、面贴等可以作为一个完整的产品，外形类似下图三、关键器件选型1、ADC选型ADC准备选用24bit∑-∆型ADC，候选有TI的ADS1232、ADI的AD7192主要技术指标如下：型号峰峰值分辨率@10Hz采样速率（次/秒）积分非线性（典型值）信号输入电流增益漂移（典型值）价格@10片ADS123221.4bit10~802ppm3~6nA典型值 2.5ppm/℃约13元AD719221.5bit5~48002ppm2~3nA最大值1ppm/℃约29元一开始选择的是ADS1232，主要原因是价格比较低，看着性能也不差。
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六位半数字电压表
六位半数字电压表（6 1/2 Digital Multimeter）是一种高精度电子测量仪器，可以准确测量电压、电流、电阻等物理量。
它采用数字显示方式，可读性强，精度高，广泛应用于电子、通信、电力、仪器仪表等领域。
六位半数字电压表具有高精度测量能力。
它通常具有最大显示位数为6位半，即最高能显示到0.999999。
这种高精度的测量能力，使得它在科研、实验室等精密测量领域中得到广泛应用。
例如，在电子工程中，我们常常需要测量微小的电压信号，而六位半数字电压表能够以较高的精度进行测量，确保测量结果的准确性。
六位半数字电压表具有多种测量功能。
除了测量电压之外，它还可以测量电流、电阻、频率等物理量。
通过切换不同的测量档位和连接相应的测量探头，我们可以选择不同的测量范围和功能，以适应不同的测量需求。
例如，在电子维修中，我们可以利用六位半数字电压表测量电路中的电流大小，从而判断电路是否正常工作。
六位半数字电压表还具有自动量程和数据保存功能。
它能够根据测量信号的大小自动选择合适的量程，避免了手动调节量程的繁琐操作。
同时，它还可以保存测量数据，方便我们进行后续的数据分析和处理。
这对于需要频繁测量和记录数据的实验和工程应用来说，非常有用。
六位半数字电压表还具有极高的输入阻抗和稳定性。
它的输入阻抗通常在兆欧姆级别，可以减少测量电路对被测电路的影响，保证测量结果的准确性。
同时，它还具有较好的稳定性，能够在不同环境条件下稳定工作，不受温度、湿度等因素的影响。
六位半数字电压表还具有多种辅助功能，如相对测量、峰值保持、数据记录等。
这些辅助功能可以进一步提高测量的灵活性和便捷性。
例如，在测量变化较快的信号时，可以利用峰值保持功能，捕捉信号的峰值，以便进行进一步分析。
六位半数字电压表作为一种高精度、多功能的电子测量仪器，广泛应用于各个领域。
它的高精度测量能力、多种测量功能、自动量程和数据保存功能、高输入阻抗和稳定性，以及辅助功能等特点，使得它成为科研、实验室和工程领域中不可或缺的工具。
我们相信，随着科技的不断发展，六位半数字电压表将会越来越广泛地应用于更多的领域，为各行各业的发展和进步做出更大的贡献。