数字万用表自动计量系统的设计与实现
数字电表原理及万用表设计实验
数字电表原理及万用表设计实验在现代科技发展的背景下，数字电表和万用表成为了电子工程领域中不可或缺的工具。
本文将介绍数字电表的原理和万用表的设计实验，并探讨它们在电子工程中的应用。
一、数字电表原理数字电表是一种用来测量电流、电压和电阻等物理量的仪器。
它与传统的模拟式电表相比，采用了数字技术，具有精度高、显示直观等优点。
数字电表的原理主要包括信号采集、信号处理和数字显示三个部分。
信号采集是指通过电路将被测量的电流、电压等物理量转换成电压信号。
这一步骤通常使用电流互感器、电压分压器等元件来实现。
信号处理是将采集到的电压信号进行放大、滤波、线性化等处理，以提高测量精度和稳定性。
在这一过程中，运算放大器、滤波电路等被广泛应用。
数字显示是将处理后的模拟信号转换成数字信号，并通过LED数码管或液晶显示屏等方式进行显示。
这一步骤中，模数转换器和数码显示芯片是关键元件。
二、万用表设计实验万用表是一种集电压、电流、电阻等测量功能于一体的便携式测量仪器。
它的设计实验主要包括测量范围选择、测量电路设计和显示方式设计三个方面。
测量范围选择是指根据被测量物理量的大小，选择合适的量程进行测量。
万用表通常具有多档量程，可以通过旋钮或按键来进行切换。
测量电路设计是保证测量精度和稳定性的关键。
在设计中，需要考虑到电路的输入阻抗、输入电压、测量误差等因素，并采用合适的电路方案来实现。
显示方式设计是指选择合适的显示元件和显示方式来显示测量结果。
万用表通常采用数码管或液晶显示屏来显示测量值，并根据测量范围的不同，选择合适的显示位数和小数点位数。
三、应用领域数字电表和万用表在电子工程领域中有广泛的应用。
它们可以用于实验室中的电路测试、电子设备的维修和故障排除，以及工业生产中的电气检测等。
在实验室中，数字电表和万用表可以用来测量电路中的电流、电压和电阻等参数，帮助工程师分析电路性能和故障原因。
在电子设备的维修和故障排除中，数字电表和万用表可以用来测量电路中的各种信号，判断电路是否正常工作，并找出故障点。
简易数字万用表的方案设计书11
目录摘要1一．设计任务2二．系统方案3三．理论分析与计算43.1器件的选择与比较43.2 测量电路的设计和分析43.2.1 模数(A/D)转换与数字显示电路43.2.2 多量程数字电压表原理43.2.3 多量程数字电流表原理53.2.4 电阻的测量原理63.2.5 电容测量原理7四．电路设计与程序设计84.1 直流电压测量电路84.2 直流电流测量电路84.3 电阻测量电路94.4 测电容电路94.5 测试切换指示电路104.6 最小系统电路10五．测试方案及结果115.1 硬件调试111.测试仪器112.测试方法115.2 软件调试115.3 硬件软件联合调试11模块程序设计法的主要优点是：115.4测试流程125.4.1 整体测试流程125.4.2电压测试流程125.4.3 电阻测量流程135.4.4 电流测试流程13 5.5 测试结果135.5.1 电流测试结果135.5.2 电阻测试结果145.5.3 电压测试结果14参考文献14附录一：15摘要本次设计用单片机芯片STC12C5A60S2设计一个数字万用表，能够测量直流电压值、直流电流、直流电阻以及电容和电感，四位数码显示。
此系统由分流电阻、分压电阻、基准电阻、555振荡电路、51单片机最小系统、显示部分、AD转换和控制部分组成。
为使系统更加稳定，使系统整体硬件更简单，本电路使用了STC12C5A60S2自带的AD，它单片机系统设计采用STC12C5A60S2单片机作为主控芯片，配以RC上电复位电路和11.0592MHZ震荡电路，显示用四位数码管。
程序每执行周期耗时缩到最短，这样保证了系统的实时性。
关键字：数字万用表；单片机；AD转换一．设计任务1.设计并制作一台支持直流电压、直流电流、电阻测量的数字万用表。
2.测量范围：直流电压0.1V-100V；直流电流10mA-500mA；电阻100Ω-1MΩ。
3．使用按键或者拨码开关进行测量类型选择，并用数码管显示器显示测量数值，发光二极管指示测量类型与单位。
NSAT-3030数字万用表自动计量系统产品手册说明书
NSAT-3030数字万用表自动计量系统版本号：v 2.0产品手册西安天宇微纳软件有限公司I地址：陕西省西安市高新四路志诚商务2层邮箱：目录系统介绍 (1)使用说明 (20)软件安装 (23)常见问题 (31)联系我们 (32)II地址：陕西省西安市高新四路志诚商务2层邮箱：*******************.cn系统介绍1.1系统简介1.1.1系统介绍数字万用表是一种多用途的电子测量仪器被广泛运用于电磁学测量领域。
大量的仪器测量需求使得万用表使用频率越来越高，仪器的计量检定工作量也大大增加。
由于万用表测量领域广泛，需要计量的项目众多，涉及计量规程繁琐，计量效率较低，传统手动计量人为干扰因素较大，计量结果可靠性较低。
NSAT-3030数字万用表自动计量系统自动封装国家计量检定标准，计量项目齐全、操作流程清晰、计量结果精确，相较于传统手动计量方法有着明显优势，能针对性的解决人工手动计量所遇到的多种难题，提高计量功效50-100倍，本系统不仅可以计量还可以进行自校准。
图1.1NSAT-3030数字万用表自动计量系统1.1.2基于硬件数字万用表自动计量系统所使用硬件设备如下：●Fluke5502A多功能校准源：图1.2Fluke5502A●Fluke5522A多功能校准源：图1.3Fluke5522A●Fluke5720A多功能校准源：图1.4Fluke5720A●Fluke5730A多功能校准源：图1.5Fluke5730A●手持表半自动化计量装置，实现对手持表测量结果的自动化采集功能；●系统兼容Fluke、Keysight、Keythley、Rigol等品牌数字万用表；●系统通过USB-GPIB转接线、GPIB双头转接线、USB打印机数据线和网线等连接线缆实现控制PC与设备的通信功能。
1.1.3基于规程数字万用表计量规程：●《JJF1587-2016数字多用表校准规范》。
1.1.4软件图示数字万用表自动计量系统针对不同的校准源和被校仪器，所使用的硬件设备不同，当使用5700A或5720A校准台式万用表时，校准源的精度满足校准需求，校准系统只需要校准源和被校仪器组成，系统框图如下：图1.6数字万用表自动计量系统框图1当使用5502A或5520A校准台式万用表时，校准源精度不足以校准台式万用表，这时需要使用高精度的台式万用表，如Fluke8508A作为比对仪器，将高精度的台式万用表的读数作为标准值，这时的系统框图如下：图1.7数字万用表自动计量系统框图2当被校仪器为手持式数字万用表时，校准源的精度均满足要求，同时使用手持式数表半自动计量方案，通过人工介入，实现程序的半自动化，此时系统框图如下：图1.8数字万用表自动计量系统框图3同时由于不同的校准源标准输出口不一样，因此在实际的自动计量过程中，需要针对不同的校准源和计量项目，使用不同的接线方法。
智能数字万用表的设计
经济学院电子设计大赛设计报告课题名称：数字智能万用表指导教师：汪成义王金庭光然学生：汪凡夏晶晶薇学生院系：电子工程系时间： 2011年7月智能数字万用表一 设计目的1、培养综合性电子线路的设计能力。
2、掌握综合性电子线路的安装和调试方法。
3、学会基于M3进行软件设计。
二 任务及要求 1、任务设计并制作一台具有直流电压、交流电压和电阻测量功能的智能数字万用表。
示意图如图1所示。
图1 智能数字万用表示意图2、要求1、基本要求（1）213数码显示，最大读数1999。
（2）直流电压量程：0.2V 、2V 、20V ，精度为0.2%1个字；输入阻抗≥10MΩ。
（3）交流电压量程：0.2V 、2V 、20V ，精度为0.5%2个字（以50 Hz 为 基准）；输入阻抗≥10MΩ；频率响应围为40~1000Hz 。
（4）电阻量程： 2Ω、200Ω、2M Ω，精度0.2%2个字。
2、发挥部分（1）直流电压测量具有自动量程转换功能。
（2）具有“自动关机”功能，即在测量过程中，若1分钟无任何键按下，仪器会自动关闭显示并处于低功耗状态；再按任意键，仪器能返回“自动关机”前的工作状态。
（3）具有相对误差（△%）测量功能，即在进行某项测量时，首先通过示屏提示用户从键盘输入标称值，一旦输入确认后，仪器能显示相对误差中的△值。
（4）其它。
三 总体设计方案1、系统模块图根据题目要求和本系统的设计思想，系统主要包括图2所示的模块：图2系统模块框被 测 量 输 入电测阻测直流 测交流 交测直流转换电路电阻测量电路量 程 自 动 转换电路A /D 转换电路 单片 机 系 统键盘与显示2、总体方案分析若被测量为电阻，则须经过电阻测量电路将电阻量转化为直流电压量后才可以进入量程自动转换电路；若被测量为直流电压，则可以直接进入量程自动转换电路；若被测量为交流电压，则需要先经过交直流转换电路将交流电压转换为直流电压后再进入量程自动转换电路。
智能电表的设计与实现
智能电表的设计与实现随着科技的不断进步，智能电表在现代生活中扮演着越来越重要的角色。
它不仅为用户提供了方便的用电管理方式，同时也为电力公司提供了更精确的计费手段。
本文将探讨智能电表的设计和实现，旨在揭示其背后的技术原理和应用前景。
1. 智能电表的工作原理智能电表是一种通过现代计算机技术与电力系统结合的新型电能计量装置。
它通过电流传感器和电压传感器采集用户用电信息，并将这些数据传输到数据中心进行处理。
智能电表内部集成了微处理器和通信模块，使得它能够实现精确计量和远程通信功能。
在使用智能电表的过程中，首先需要将电表与电力系统连接，并确保其正常供电。
智能电表采用数字化技术对电能进行采样和计量，通过对电流和电压信号的采样，可以实时测量出用户的用电量，并将这些数据存储在内部的储存器中。
同时，智能电表还可以通过通信模块将数据发送到数据中心，实现远程抄表和计费功能。
2.智能电表的设计要点在设计智能电表时，需要考虑以下几个要点：2.1 高精度的电流和电压采样为了保证计量的准确性，智能电表需要具备高精度的电流和电压采样能力。
采用高性能的传感器和模数转换器可以提高采样的精度。
此外，还需要考虑电源的稳定性和噪声对采样结果的影响。
2.2 数据安全和隐私保护智能电表存储了用户的用电信息，因此数据的安全和隐私保护是非常重要的。
采用加密算法和安全通信协议可以保护用户数据的机密性和完整性。
此外，还可以通过访问控制和身份验证等手段防止非法操作和数据泄露。
2.3 通信技术的选择智能电表的通信模块可以选择有线或无线通信技术，如RS485、GPRS、NB-IoT等。
选择合适的通信技术可以提高通信的稳定性和可靠性。
同时还需要考虑通信模块的功耗和成本等因素。
2.4 远程控制和管理功能智能电表不仅可以实现远程抄表和计费，还可以具备远程控制和管理功能。
例如，用户可以通过手机App或网页端实时监测自己的用电情况，并对电器进行远程控制。
电力公司可以通过远程管理平台对电网进行实时监测和维护，提高供电质量和运行效率。
量程自动转换数字万用表设计
学位论文量程自动转换数字万用表设计作者姓名：秦小康学科专业：测控技术与仪器学号： 6指导教师：刘继军（讲师）完成日期：2014-06-09太原工业学院Taiyuan Institute of Technology诚信申明本人申明：本人所提交的毕业论文《量程自动转换数字万用表设计》的所有材料是本人在指导教师指导下独立研究、写作、完成的成果，论文中所引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中加以说明；有关老师、同学和其他人员对我的论文的写作、修订提出过并为我在论文中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢辞中加以说明并深致谢意。
本设计和资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。
特此申明。
本人签名：2014年月日毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：量程自动转换数字万用表设计系部：电子工程系专业：测控技术与仪器学号： 6学生：秦小康指导教师（含职称）：刘继军（讲师）1．课题意义及目标本设计使数字万用表成为了智能化检测仪器，与传统数字万用表相比,提高了测试效率和测试结果的准确性,使用方便。
其中，量程自动转换模块采用程控增益放大器实现。
本设计能够实现以下功能：第一，量程自动转换；第二，避免万用表被损坏；第三，避免量程选择开关的机械损耗引起的准确度下降。
2．主要任务（1）明确设计的主要内容：显示模块、A/D 转换模块、量程自动转换模块等的设计（2）查阅并学习相关文献资料（3）掌握数字万用表的基本工作原理（4）掌握自动转换量程的原理（5）实现设计并仿真（6）严格按照格式要求撰写论文3．主要参考资料[1]张剑平.智能化检测系统及仪器[M].第二版.北京:国防工业出版社,.[2]郭志友.自动换量限的数字万用表[J].仪器仪表学报,,第 25 卷(第1期).[3]沙占友等.万用表速学巧用一本通[M].第一版.北京:中国电力出版社,.[4]秦辉.全自动数字万用表:中国,[P].[5]张华林. MCP41/42 系列数字电位器的原理及其应用[J]. 漳州师范学院学报(自然科学版, 2007(第3期).4．进度安排量程自动转换数字万用表设计摘要本文主要介绍量程自动转换数字万用表的设计方法。
数字多用表自动校准系统的分析与设计
数字多用表自动校准系统的分析与设计张倓【摘要】由于数字多用表型号众多、量程宽、每一个量程及校准点的技术指标各不相同,造成校准过程耗时长,数据处理繁琐等问题.为了减少数字多用表校准过程中出现的失误几率,有效提高校准数字多用表的工作效率及质量.本文分别从数字多用表自动校准系统的主体结构、硬件架构和软件设计等多方面进行论述,设计开发出性能稳定、实用性强的数字多用表自动校准系统.%due to the many models of digital multimeter, wide range, each measuring range and calibration point of the technical indicators are different, resulting in the calibration process takes a long time, cumbersome data processing and other issues. In order to reduce the probability of error in the calibration process of digital multimeter, the work efficiency and quality of calibration digital multimeter are improved effectively. This paper from the digital multiple subject structure, hardware chart of automatic calibration system and the software design are discussed, designed and developed stable and practical digital multimeter auto calibration system.【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】2页(P96-97)【关键词】数字多用表;自动校准系统;测量【作者】张倓【作者单位】沈阳飞机工业(集团)有限公司计量处,辽宁沈阳,110013【正文语种】中文数字多用表具有准确度高、运行稳定、体积小便于携带等优势，使其在许多领域得到了广泛使用。
数字万用表的课程设计
课程名称 : 数字万用表的设计专业：电子信息工程班级： 0学号：姓名：指导教师：目录1、设计任务 (3)1.1设计目的 (3)1.2设计指标及要求 (3)2、设计思路与总体框图 (3)3、系统硬件电路的设计 (4)3.1主控芯片............................................... 4 3.2模数转换部分•3.3电阻测量输入电路.. (6)3.4电压测量输入电路 (7)3、 ........................................................................ 5电流输入测量电路 .. (9)3.6 自锁开关 (10)4、软件设计 (10)4.1主程序设计 (10)4.2A/D转换子模块 (11)5、系统调试 (11)5.1硬件调试 (11)5.2硬件故障 (11)5.3硬件调试方法 (12)5.4软件调试 (12)5.5软件故障 (12)5.6软件调试方法 (12)6实验数据处理 (12)6.1实验数据 (12)6.2实验数据分析 (13)7总结与体会 (13)7.1 总结 (14)7.2体会 (14)8参考文献14 9附录——程序141 、设计任务1 ． 1 设计目的采用A/D 转换器ADC0804 和STC89C51 单片机，设计一台数字多用表，能进行电压、电流和电阻的测量，测量结果通过LCD 液晶显示器显示，通过按键进行测量功能转换。
1．2设计指标及要求电压测量范围0~20V，测量误差约为0.05V，电流测量范围1~200mA，测量误差约为2、设计思路与总体框图1.方案选择用单片机STC89C51与ADC0804设计一个数字万用表，配合分流电阻、分压电阻、基准电阻可以测量直流电压值，直流电流、直流电阻，四位数码显示。
实现各级量程的直流电压测量，其量程范围为0—20(V)。
实现不同量程的直流电流测量，其量程范围为0—200 ( mA)。
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数字万用表自动计量系统的设计与实现
摘要：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—起，具有使用方便、灵敏度高、测量速度
快、量程宽、过载能力强、输入阻抗高、指示值具有客观性(不存在视觉误差)、
扩展能力强等优点。
关键词：数字万用表；自动计量；设计；实现
数字万用表是一种常用的测量仪器，用于对电流、电压和电阻的测量。本文
针对数字万用表计量中易发生人为差错、耗时长问题，设计了基于适配器的数字
万用表自动计量系统，能准确高效的对数字万用表进行自动计量。实践表明，自
动计量系统极大的提高了工作效率，可靠性好，能满足自动计量需求，具有较好
的推广价值。
一、数字万用表当前应用现状
数字万用表是一种多用途电子测量仪器，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。革除这些弊端一
直是设计者苦苦探索但始终未能很好解决的难题。
二、设计方案
1、系统设计要求。1)应采取相应的技术措施，保证适配器的稳定性和可靠
性，并采用计算机的USB接口供电；2)数字万用表的改造应简洁可靠，不应改变
其原有功能及外观；3)测试装置应简洁可靠，操作便捷，故障率低，通用性高，
可扩展性好；4)可同时对两台相同的数字万用表进行计量；5)按模块化、通用化、
系列化的设计思想进行设计、开发。
2、系统组成。本系统主要由多功能标准源(FLUKE5500A)、计算机、自动计
量适配器、USB电缆、RS232电缆、专用数据电缆、自动计量软件等组成。
3、数表的改装。采用数字示波器和数据采集卡对数表内部处理器进行测量
分析，可知其输入到屏幕的信号为串行的数字信号，信号长度为128位，分别对
应其LED屏幕上相应液晶管的通断，达到将采样信号翻译为读数的功能。
将数字万用表进行改装，添加转换接口将液晶屏信号转换为RS232信号，添
加防休眠开关，通过修改芯片休眠规则方法使其在自动测试期间不能休眠。两处
的改装集成于万用表内部，不增加数字万用表体积，不影响数字万用表的正常使
用。转换接口和拨动开关为附加装置，需在数字万用表上打孔安装。数字万用表
的改装简洁可靠，未改变其原有外观及功能。
三、适配器的设计
1、基本作用。由于数字万用表输出到期屏幕的数字信号为专用的128位TTL
电平数字信号，仅其屏显LED可识别，其它设备读取结果均为乱码，导致该数字
信号无法正常使用，为了使计算机能顺利读取数字万用表的屏幕信号，需设计一
个自动计量适配器，将屏显信号翻译成计算机可识别的信号。
2、设计原理。首先内部设计隔离电源和数字光耦，用来读取并隔离屏显信
号，以防止多台数字万用表同时测量时的互相干扰；然后通过微处理器对屏显信
号翻译成计算机可识别的USB信号。通过USB扩展功能的加入，实现对两台数字
万用表进行数字信号读取。对于共地干扰情况，通过在自动计量适配器内部引入
数字光耦的方法，实现两台数字万用表和计算机三者间的物理隔离，避免了相互
干扰；加入隔离电源模块，保证其数字光耦正常工作和数据的稳定传输；加入
USB集线控制器，实现了对两台数字万用表的数字信号进行读取。适配器原理是
将两路被测信号同时连接到适配器的输入端口，通过光耦隔离器进行隔离，避免
相互干扰，信号转换器将被测信号转换为USB信号，便于计算机读取，通过信号
调理电路将两路信号同时输出到适配器的数据输出端口。数据输入接口通过专用
同轴电缆与两台数字万用表连接，数据输出接口通过USB电缆与计算机连接，功
能模块的供电通过两块模块电源提供。
当适配器首次与计算机相连接时，需安装相应的驱动，其中USB集线控制器
会自动安装驱动，而USB Serial Port口驱动需手动安装。
四、自动计量系统的实现
1、系统设置。待多功能信号源开机正常、自动计量适配器连接正常后，首
先打开附带光盘上的“控件注册”目录，双击“Reg.bat”，待控件注册完成后，
打开附带光盘上的测试软件“P17.xls”。工作前应进行“串口设置”和“波特
率设置”，通常5500A(即多功能标准源)若直接连接计算机的“RS232”接口，则
串口号设置为“1”即可，其波特率设置应与仪器上设置相同，仪器上通过
“INSTMT SETUP”一>“REMOTE SET—UP”一>“HOST SETUP”一>“9600 BAUD”
即可看到；“表1”和“表2”的串口号则可按图1所示“COM”号填写，其波特
率设置为“2400”；下面“校验位”、“数据位”和“停止位”若无特殊改动则
保持不变。
设置完成后，通过SMB电缆将自动计量适配器与数字万用表两台连接，数字
万用表置于交流电压测试档位并打开防休眠开关，点击“初始化按钮”，则“屏
显l”和“屏显2”显示与数字万用表显示相同数字，其中“屏显1”对应左边的
测试表格，“屏显2”对应右边的测试表格，按对应表格将数字万用表的型号和
编号填写如表格内，即可开始自动计量。
2、基本参数测试。计量首先将初始化各项硬件设施，使其处于合理的工作
状态，然后测试其对多功能标准源控制功能和数字万用表数据读取功能是否正常，
完成后就可按软件的提示进行自动计量，并将通过EX-CEl表格方式得到原始记
录，完成对数字万用表的自动测试。
连接完成后，先点击“ACV 400mV”按钮弹出窗口，然后按窗口提示，将数
字万用表置于“400mV”档位，并连线至5500A的电压测试端口，将5500A置于
输出状态，再点击确定，软件将逐步对该档位所需测试参数依次进行测试，每个
参数测量4次，测量结束后按操作提示执行即可，然后对后续档位依次测试即可。
自动计量过程中，由于多功能标准源和数字万用表的限制，部分地方需手动
操作，每一项对仪器操作在计算机上均有相关提示进行，包括手动切换数字万用
表档位，调整多功能标准源与万用表连接线序和手动开启多功能标准源输出等。
进行“电阻”档计量时，由于受仪器限制，应注意要对两块数字万用表分别
进行，注意切换电缆连接。进行“电流”档计量时，需注意数字万用表应改为串
联状态连接至5500A电流输出端口，连接中断时5500A不应开启输出状态，中途
应注意数字万用表上的“ A”、“mA”和“A”各档位间的切换。在最后一项
“DCI IOA”档位测试完成后，需注意断开5500A的输出，将各连接电缆依次断
开，关闭数字万用表的防休眠开关。点击“宏”里面的“生成原始记录”，软件
将自动生成两份原始记录至桌面，并以数字万用表的编号命名；点击“宏”里面
的“记录归零”将测试结果全部清零，并准备下一次测试。
综上所述，自动计量系统采用了显示符号的数字信号转换算法，数字信号隔
离技术，自制了自动计量适配器，并对数字万用表的内部进行了改装，最后通过
编写自动计量软件，实现了对无数字接口的数字万用表进行自动计量，解决手动
计量数字式万用表速度慢、效率低、差错率较高等问题。实践表明，此系统操作
简单，可靠性高，将单台数字万用表计量的时间缩短至15min，大幅提高了工作
效率和准确性，具有较好的推广价值。
参考文献：
[1]高运征.自动测试系统完全计量的研究与实现[J].测试技术学报，
2015(05).
[2]关宇东.数字万用表白动计量系统的设计[J].电子计量技术，2015(04).
[3]尤海鹏.数字万用表白动计量系统的设计与实现[J].计量技术，2018(09).