数字万用表实验设计
单片机数字万用表设计
单片机数字万用表设计一、引言单片机数字万用表是一种多功能仪器，可以用于测量电压、电流、电阻等电气参数，广泛应用于电子工程、通信工程、无线电工程等领域。
本文旨在设计一款单片机数字万用表，结合单片机技术和模拟电路设计，实现功能齐全、精准度高、便携性强的数字万用表。
二、设计原理单片机数字万用表的核心部分是其测量模块，该模块能够接收被测电路的输入信号，并通过ADC（模数转换器）将模拟信号转换为数字信号，然后经过单片机处理和显示模块的处理，最终将结果显示在液晶显示屏上。
整个设计流程主要包括以下几个方面：1.信号输入：设计合适的信号输入接口，能够接收被测电路的电压、电流、电阻等信号，并将其传输给ADC。
2.模数转换：通过ADC将模拟电信号转换为数字信号，通常选择12位或16位的ADC，以保证高精度的测量结果。
3.单片机处理：单片机接收ADC传输的数字信号，并进行处理计算，以得出测量结果。
4.显示模块：将测量结果显示在LCD液晶显示屏上，包括数值显示、单位显示等。
5.供电模块：提供适当的电源供电，保证仪器的正常工作。
基于以上设计原理，我们可以开始具体的设计工作。
三、电路设计1.信号输入接口信号输入接口是单片机数字万用表的核心部分之一，它需要能够接收不同类型的信号，包括电压、电流、电阻等。
为了实现这一功能，我们需要设计相应的信号接收电路，可以通过选择不同的接收电阻和放大电路，使之能够适应不同的输入信号。
对于电压信号的输入，可以设计一个简单的分压电路，将被测电路的电压信号转换为适合ADC输入的电压范围。
同时，为了避免输入电阻对被测电路的影响，可以选择高输入阻抗的运放作为信号接收器。
对于电流信号的输入，可以设计一个电流-电压转换电路，将电流信号转换为相应的电压信号，再进行ADC采集。
对于电阻信号的输入，可以设计一个简单的电桥电路，测量电阻值并将其转换为电压信号，再通过ADC进行采集。
2.模数转换模数转换部分选择12位或16位的ADC芯片，可以根据精度需求做适当选择。
数字万用表实验报告
数字万用表实验报告引言在现代科技高速发展的时代，数字万用表成为一种必不可少的测量仪器。
它的广泛应用使得我们能够方便地测量电压、电流、电阻等各种电学参数。
本实验旨在通过多个实验项目的研究与探索，深入了解数字万用表的原理、使用方法以及相关应用领域。
实验一电压测量实验首先，将数字万用表设置为直流电压测量模式，并连接电源电压。
然后将测试笔分别连接至电源的两个极端，注意连接的极性。
在读数窗口中可以看到数字万用表显示的电压数值。
通过改变电源电压，我们可以观察到数字万用表的读数也相应变化。
实验二电流测量实验在进行电流测量实验前，我们需要将数字万用表设置为直流电流测量模式。
然后，将数字万用表串联在电路中，注意将测试笔依次与电源、电阻以及数字万用表相连。
在读取电流数值时，需注意电源电流大小不应超过数字万用表可测范围。
通过改变电阻值，我们可以观察到数字万用表的读数随之变化。
实验三电阻测量实验在进行电阻测量实验时，首先需要将数字万用表设置为电阻测量模式。
将测试笔分别接触待测电阻的两个极端，观察数字万用表读数窗口中的数值。
通过改变待测电阻的大小，我们可以看到数字万用表的读数也会相应变化。
实验四二极管正反向电压测量实验将数字万用表设置为二极管正反向电压测量模式，并连接待测二极管。
将测试笔分别与二极管的正、负极相连，观察数字万用表的读数窗口。
通过改变待测二极管的极性，我们可以观察到数字万用表读数的变化。
实验五电容测量实验在进行电容测量实验前，我们需要将数字万用表设置为电容测量模式。
首先将待测电容器两端与数字万用表的测试笔相连，然后观察并记录数字万用表的读数。
通过改变待测电容器的大小，我们可以观察到数字万用表的读数与电容器容量成正比关系。
结论通过上述实验，我们深入了解了数字万用表的原理、使用方法以及相关应用领域。
数字万用表作为一种重要的测量仪器，广泛应用于电子、通信、电力等领域。
通过对电压、电流、电阻、二极管正反向电压以及电容的测量实验，我们不仅了解了数字万用表的测量准确性和稳定性，还加深了对电路原理以及电子器件性质的理解。
数字万用表实验报告
数字万用表实验报告
数字万用表是一种用于测试电路中电流、电压、电阻和容量等物理量的仪器。
它可以同时测量多种电气参数，而且精度高、操作简单，因此在电子工程、机械制造、生产加工等领域得到了广泛应用。
为了更好地了解数字万用表的原理和特点，本文将进行数字万用表的实验测试，并撰写实验报告。
一、实验目的
了解数字万用表的电路原理、使用方法及注意事项，熟悉数字万用表的各个功能及操作。
二、实验仪器
数字万用表、直流电源、可变电阻、LED 灯、电池、跳线等。
三、实验步骤
1. 将数字万用表转换为电压、电流、电阻和容量测量模式，分别进行实验和测试。
2. 用跳线将电源、电阻、LED 灯等依次串连，分别用数字万用表测量其电流、电压和电阻值等。
3. 用数字万用表测试不同电池（如干电池、铅酸蓄电池等）的电压和容量。
四、实验结果
1. 数字万用表测试的 LED 灯电流约为 20mA 左右，电压为 2V 左右，电阻为 100 欧姆左右。
2. 数字万用表测试的电池电压值与理论值相适应，干电池电压为 1.5V 左右，铅酸蓄电池电压约为 12V 左右，容量也在标准范围内。
3. 测试不同范围的电阻时，数字万用表显示的电阻值与标准值相吻合。
五、实验心得
通过本次实验，我们深入了解了数字万用表的原理和功能，同时更好地掌握了其使用方法和注意事项，增强了对电路电气参数的理解和测量技能，为今后的实践工作提供了较为充分的基础。
总之，数字万用表是一种广泛应用的电子测试仪器，其精度和实用性极高，可以为我们的科研和生产活动提供有力的支持。
希望今后在科研和实验中，我们积极运用数字万用表，将其真正发挥出更大的潜力。
数字万用表设计实验
数字万用表设计实验By 金秀儒物理三班Pb05206218实验题目：数字万用表设计实验 学号：pb05206218姓名：金秀儒实验目的：1.掌握数字万用表的工作原理、组成和特性2.掌握数字万用表的校准方法和使用方法3.掌握分压及分流电路的连接和计算4.了解整流滤波电路和过压过流保护电路的功用实验仪器：1. DM-Ⅰ数字万用表设计性实验仪2. 三位半或四位半数字万用表实验原理：数字万用表的基本组成图1 数字万用表的基本组成模数（A/D ）转换与数字显示电路数字信号与模拟信号不同，其幅值（大小）是不连续的。
将被测量与最小量化单位比较，并把结果四舍五入取整后变为十进制起段显码显示出来。
一般N ≥1000即可满测量精度要求。
常见数字表头最大示数为1999，称为三位半（213）数字表。
数字测量仪表的核心是模/数（A/D ）转换、译码显示电路。
A/D 转换一般又可分为量化、编码两个步骤。
本实验用实验仪，核心为一个三位半数字表头，由数字表专用A/D 转换译码驱动集成电路和外围元件、LED 数码管构成。
该表头有７个输入端，包括２个测量电压输入端（IN +、IN-）、２个基准电压输入端（V REF+、V REF -）和３个小数点驱动输入端。
数字显示屏（LED 或液晶）模数转换，译码驱动基准电压 小数点驱动（配合被测量与量程）过压过流保护过压过流保护分档电阻（量程转换）分压器（量程转换）分流器（量程转换）交流直流变换器 （放大、整流、滤波）直流 被测量 输 入交流V REF电流电压电阻 V IN直流电压测量电路在数字电压表头前加分压器，可扩展直流电压测量的量程。
如图：分压比为 2120rr r U U i += 扩展后的量程为 02210U r r r U i +=考虑到电压表的输入阻抗，设计实用分压电路如图：R 总=R1 +R2 +R3 +R4 +R5各档的分压比为：200mV:( R1 +R2 +R3 +R4 +R5)/ R 总=12 V:( R2 +R3 +R4 +R5)/ R 总=0.1 20V:( R3 +R4 +R5)/ R 总=0.01 200V:( R4 +R5)/ R 总=0.0012000V: R5/ R 总=0.0001出于耐压和安全考虑，最高电压限为 1000V 。
数字万用表设计试验实验报告
实验名称: 数字万用表设计性实验讲义 实验目的:掌握数字万用表的工作原理、组成和特性掌握数字万用表的校准方法和使用方法 掌握分压及分流电路的连接和计算了解整流滤波电路和过压过流保护电路的功用实验原理:1数字万用表的组成2设计组装多量程直流电压表采用串联电阻分压得原理,将最大电压为200mv 的表头量程扩大.其中20V 量程缩放比例为34512345100k0.0110M R R R R R R R R ++==++++这样,就扩大了量程.2设计组装多量程交流电压表因为是测量交流电压,所以在测量直流电压的基础之上加入AC-DC 整流滤波电路.测量的是交流电压的有效值. 其他测量电路与直流电压测量电路相同试验记录 实验一制作多量程直流数字电压表并作校准曲线 实验步骤1连接小数点与对应量程相连 2连接参考电压 3连接分压电路4调节电位器,输出150~200 mv 的电压(0.5mV 误差),使组装表与标准表对同一电压显示相同.校准曲线如下020406080100120140160180200-0.10-0.050.000.050.10标准表 读数与组装表读数的差 值 m V组装表读数 mV交流电直流电 图（８）AC-DC 变换器原理简图实验二制作多量程交流数字电压表并作校准曲线1采用多量程直流数字电压表,并且加入AC-DC 电路2调节电位器,输出0~2V 的电压(50mV 误差),使组装表与标准表对同一电压显示相同. 3校准测量,与记录及校准曲线的绘制校准曲线如下:接线总结1先接公共的部分,及表头,小数点部分,再接其他部分;2接地线时,最好用黑线,就不会出现实验时将地线与有电位的线接在一起. 3先用标准表测量引入电压,再进行试验,避免烧毁表头.朱业俊 学号 PB07013077-0.015-0.010-0.0050.0000.0050.0100.0150.0200.025标准表与组装表读数差值 V 标注表读数V。
数字万用表设计实验 (4)
数字万用表设计性实验[概述] 随着数字测量技术的日趋普及，指针式仪表已经逐渐被淘汰，我厂对“指针式改装电表实验”进行了改进，现采用了“数字万用表设计性实验”，使学生对数字电表的原理和使用方法有了深入的理解和应用，深得广大院校师生的好评。
一、实验目的1.掌握数字万用表的工作原理、组成和特性2.掌握数字万用表的校准方法和使用方法3.掌握分压及分流电路的连接和计算4.了解整流滤波电路和过压过流保护电路的功用二、实验仪器1.DM-Ⅰ数字万用表设计性实验仪一台2.三位半或四位半数字万用表一台（另配）三、实验原理1.数字万用表的特性与指针式万用表相比较，数字万用表有如下优良特性：⑴高准确度和高分辨力三位半数字式电压表头的准确度为±0.5％，四位半的表头可达±0.03％，而指针式万用表中使用的磁电系表头的准确度通常仅为±2.5％。
分辨力即表头最低位上一个字所代表的被测量数值，它代表了仪表的灵敏度。
通常三位半数字万用表的分辨力可达到电压0.1mV、电流（指电流强度，下同）0.1μA、电阻0.1Ω，远高于一般的指针式万用表。
⑵电压表具有高的输入阻抗电压表的输入阻抗越高，对被测电路影响越小，测量准确性也越高。
三位半数字万用表电压挡的输入阻抗一般为10MΩ，四位半的则大于100MΩ。
而指针式万用表电压挡输入阻抗的典型值是20～100kΩ/V。
⑶测量速率快数字表的速率指每秒钟能完成测量并显示的次数，它主要取决于A/D转换的速率。
三位半和四位半数字万用表的测量速率通常为每秒2～4次，高的可达每秒几十次。
⑷自动判别极性指针式万用表通常采用单向偏转的表头，被测量极性反向时指针会反打，极易损坏。
而数字万用表能自动判别并显示被测量的极性，使用起来格外方便。
⑸全部测量实现数字式直读指针式万用表尽管刻画了多条刻度线，也不能对所有挡进行直接读数，需要使用者进行换算、小数点定位，易出差错。
特别是电阻挡的刻度，既反向读数（由大到小）又是非线性刻度，还要考虑挡的倍乘。
数字万用表实验报告
数字万用表实验报告
实验报告
实验名称：数字万用表实验
实验日期：XXX年XX月XX日
实验目的：通过使用数字万用表测量电路中电压、电流、电阻等参数，熟悉数字万用表的使用方法和测量技巧。
实验仪器：数字万用表、电源、电阻、电路板等。
实验原理：数字万用表是一种用来测量电路中电压、电流、电阻、频率等参数的仪器。
它通过将被测电路与电源和万用表相连，根据电路参数的不同选择适当的测量档位，并读取显示屏上的数值来进行测量。
实验步骤：
1. 将电路板与电源相连，确保电路正常工作。
2. 将数字万用表的电源引线与电路板的正负极相连。
3. 根据需要选择适当的测量档位，比如测量电压时选择直流电压档位、测量电流时选择直流电流档位。
4. 将数字万用表的测试引线分别与电路中需要测量的点相连，根据实验需要依次测量电压、电流和电阻。
5. 读取数字万用表显示屏上的数值，并记录下来。
6. 将测量完成的数据整理，进行必要的计算和分析。
实验结果：根据实验步骤进行测量，得到的数据为......
实验讨论：根据测量结果可以得出结论......
实验总结：本次实验通过使用数字万用表进行测量，掌握了数字万用表的使用方法和测量技巧。
实验结果表明......
注意事项：在进行测量时，需要注意选择适当的测量档位，避免对数字万用表造成损坏；同时，在进行测量时需保证电路稳定工作，避免测量误差的发生。
数字万用表设计
数字万用表设计实验报告实验名称：数字万用表设计 实验日期 ____________温度___________压力___________ 同组者 ___________一、实验预习部分(实验前完成，并检查，教师签名) 1，实验目的：1, 掌握数字万用表的工作原理、组成和特性。
2, 掌握数字万用表的校准和使用。
3, 掌握多量程数字万用表分压、分流电路计算和连接；学会设计制作、使用多量程数 字万用表。
2，实验原理：1、直流电压测量电路在数字电压表头前面加一级分压电路（分压器），可以扩展直流电压测量的量程。
数字万用表的直流电压档分压电路如图（2）所示，它能在不降低输入阻抗的情况下，达到准确的分压效果。
例如：其中200 V 档的为分压比为：001.010*********==+++++MKR R R R R R R其余各档的分压比分别为：图（2）实用分压器电路档位 200mV 2V 20V 200V 2000V 分压比 1 0.1 0.010.001 0.0001实际设计时是根据各档的分压比和总电阻来确定各分压电阻的，如先确定M R R R R R R 1054321=++++=总再计算200V 档的电阻：K R R R 10001.054==+总，依次可计算出3R 、2R 、1R 等各档的分压电阻值。
更换量程是需要调整小数点的显示，使用者可方便地读出测量结果。
2、直流电流的测量测量电流是根据欧姆定律，用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压，再进行测量。
如图（3）图（3）电流测量原理实用数字万用表的直流电流档电路，如图（4）所示。
图（4）实用分流器电路图（4）中各档分流电阻是这样计算的，先计算最大电流档（2A ）的分流电阻5R （数字电压表最大输入为200mV ）)(1.022.0505Ω===A V I U R m ，再计算200mA 档的4R ：)(9.01.02.02.05404Ω=-=-=R I U R m 依次可以计算出3R 、2R 和1R ，请同学们自己练习。
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8.12 设计数字万用表
【实验目的】
1.了解数字电表的基本原理、常用双积分模数转换芯片外围参数的选择原则及电表的校准原则；
2.了解数字万用表的特性、组成及工作原理；
3.掌握分压、分流电路的原理；
4.设计制作多量程直流电压表、电流表及电阻表；
5.了解交流电压、三极管和二极管相关参数的测量。
【设计要求及实验内容】
1.设计制作多量程直流数字电压表，并进行校准（自拟校准表格，量程为：200mv、2v）；
2.设计制作多量程直流数字电流表，并进行校准（自拟校准表格，量程为：200mA、20mA）；
3.设计制作多量程数字欧姆表，并进行校准（自拟校准表格，量程为：200Ω、2kΩ、20 k Ω）；
4.设计制作多量程交流数字电压表，并进行校准（自拟校准表格，量程为：AC, 200mv、2v）；
5.二极管正向压降的校准和测量；
6.三极管h FE参数的测量。
以上实验，在1至3中选择2～3个实验题目为必做内容，4至6为选做内容。
【主要实验器材】
1.DH6505数字电表原理及万用表设计实验仪；
2.四位半通用数字万用表；
3.标准电阻箱。
【实验原理、方法提示】
1. 数字电表原理
常见的物理量都是幅值大小连续变化的所谓模拟量，指针式仪表可以直接对模拟电压和电流进行显示。
而对数字式仪表，需要把模拟电信号(通常是电压信号)转换成数字信号，再进行显示和处理。
（1）双积分模数转换器（ICL7107）的基本工作原理
我们将完成从模拟电信号转换成数字信号的电路称为模数转换器（AD转换器）。
数字万用表常用的转换器为双积分AD转换器。
双积分模数转换电路的原理比较简单，当输入电压为Vx 时，在一定时间T1内对电量为零的电容器C 进行恒流（电流大小与待测电压Vx 成正比）充电，这样电容器两极之间的电量将随时间线性增加，当充电时间T1到后，电容器上积累的电量Q 与被测电压Vx 成正比（式
1）；接着让电容器恒流放电（电流大小与参考电压Vref 成正比），这样电容器两极之间的电量将线性减小，直到T2时刻减小为零。
如果用计数器在T2开始时刻对时钟脉冲进行计数，结束时刻停止计数，就会得到计数值N2，则N2与Vx 成正比。
Qo=dt R Vx T *1
⎰=1T R Vx （1） Vo=-
C Qo =-1T RC Vx （2） Vo+C 1dt R Vref T *20
⎰=0 （3） 把（2）式代入（3）式，得： T2=Vref
T 1Vx （4） 从（4）式可以看出，由于T1和Vref 均为常数，所以T2与Vx 成正比。
若时钟最小脉冲单元为CP T ,则CP T N T *=11，CP T N T *=22，代入（4）式，
即有： N2= Vx （5）
测量的计数值N2与被测电压Vx 成正比。
式中，N 1、N 2即为转换后的数字量，其中N 2是数字表头的显示值，这样的数字表头，再加上电压极性判别显示电路和小数点选择位，即为最终显示结果。
（2）数字万用表的工作原理
数字万用表的核心部分是直流数字电压表（DVM ），如图1中虚线框所示，它由滤波器、A/D 转换器、LED 液晶显示器组成。
在数字电压表的基础上再增加交流—直流、电流—电压、电阻—电压转换器，就构成了数字万用表。
Vref
N 1
图1数字万用表的原理框图
2. 用ICL7107模数转换器进行常见物理量的测量
本实验采用的DH6505数字电表原理及万用表设计实验仪提供的直流数字电压表量程为200mv 。
（1）直流电压测量的实现（直流电压表）
Ⅰ: 当参考电压Vref=100mV 时，Rint=47K Ω，电压表的量程Vo 为200mV 。
此时采用分压法实现测量0～2V 的直流电压 ,电路见图2。
由于电表内阻r>>r 2，所以分压比为
2
120r r r V V in += 扩展后的量程为
分档电阻r 1、r 2可从实验仪提供的分压器b 中得到。
此电路虽然可以扩展电压表的量程，但在小量程档明显降低了电压表的输入阻抗，这在实际应用中是行不通的。
所以，实际通用数字万用表的直流电压档分压电路为图3所示（附图实验仪提供的分压器a ），它能在
不降低输入阻抗（大小为R//r ，R=R1+R2+R3+R4+R5）的情况下，达到同样的分压效果。
0221V r r r V in +=
图2 分压法测量直流电压图3实用分压器a测量直流电压Ⅱ:直接使参考电压Vref=1V，Rint=470KΩ来测量0～2V的直流电压，电路如图4所示。
（2）直流电流测量的实现（直流电流表）
直流电流的测量通常有两种方法，第一种为欧姆压降法，如图5所示，即让被测电流流过一定值电阻Ri(由实验仪中的分流器提供)，然后用200mV的电压表测量此定值电阻上的压降Ri*Is（在Vref=100mV时，保证Ri*Is≤200mV就行），由于对被测电路接入了电阻，因而此测量方法会对原电路有影响，测量电流变成Is’=R0*Is/(R0+Ri),所以被测电路的内阻越大，误差将越小。
第二种方法是由运算放大器组成的I-V变换电路来进行电流的测量，此电路对被测电路无影响，但是由于运放自身参数的限制，因此只能够用在对小电流的测量电路中，所以在这里就不再详述。
图4测量直流电压电路（V ref=1V）图5欧姆压降法测量直流电流
图6多量程分流器b 原理 图7实用分流器a 原理
图6中的分流器b 在实际使用中有一个缺点，就是当换档开关接触不良时，被测电路的电压可能使数字表头过载，所以，实际数字万用表的直流电流档电路（附图实验仪中的分流器a ）如图7所示。
图7中各档分流电阻的阻值的计算方法：先计算最大电流档的分流电阻5R ：
同理下一档的4R 为： 这样依次可以计算出R3、R2和R1的值。
图7中的FUSE 是2A 保险丝管，起到过流保护作用。
两只反向连接且与分流电阻并联的二极管D 1、D 2为硅整流二极管，它们起双向限幅过压保护作用。
正常测量时，输入电压小于硅二极管的正向导通压降，二极管截止，对测量毫无影响。
一旦输入电压大于0.7V ，二极管立即导通，两端电压被钳制在0.7V 内，保护仪表不被损坏。
用2A 档测量时，若发现电流大于1A 时，应尽量减小测量时间，以免大电流引起的较高温升而影响测量精度甚至损坏电表。
(3)电阻值测量的实现（欧姆表）
Ⅰ:当参考电压选择在100mV 时，此时选择Rint=47K Ω，测试的接线图如图8所示，图中Dw 是提供测试的基准电压，而Rt 是正温度系数（PTC ）热敏电阻，既可以使参考电压低于100mV ，同时也可以防止误测高电压时损坏转换芯片，所以必需满足Rx=0时，Vr ≤100mV 。
由前面所讲述的ICL7107的工作原理，存在：
Vr=(Vr+)–(Vr-)=Vd*Rs/(Rs+Rx+Rt) （6）
)(1.022.050Ω===m s I U R )(9.01.02
.02.05404Ω=-=-=R I U R m
IN=(IN+)–(IN-)=Vd*Rx/(Rs+Rx+Rt) （7）
由前述理论N2/N1=IN/Vr有：
Rx=（N2/N1）*Rs （8）
所以从上式可以得出电阻的测量范围始终是0～2RsΩ。
图8电阻测量电路一图9电阻测量电路二Ⅱ: 当参考电压选择在1V时，此时选择Rint=470KΩ，测试电路可以用图9实现，此电路仅供有兴趣的同学参考，因为它不带保护电路，所以必需保证Vr≤1V。
在进行多量程实验时(万用表设计实验)，为了设计方便，我们的参考电压都将选择为100mV，但比例法测量电阻要使Rint=470KΩ，以及在进行二极管正向导通压降测量时，也使Rint=470KΩ并且加上1V的参考电压。
（4）其它物理量的测量可查阅相关资料自行设计。
附DH6505实验仪的面板结构图。