搜索
大连交通大学信息工程学院2009届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告1调研报告1课题的来源及意义数字万用表亦称数字多用表（DMM），是广大电子技术人员和电子爱好者从事电子测量及维修工作的必备仪表。数字万用表有台式数字万用表和便携式数字万用表。便携式（亦称手持式）数字万用表以其功能完善、通用性强、价格低、耗电省、便于携带等显著优点，深受广大用户的青睐[1]。2数字万用表在国内外的发展状况2.1发展趋势除了不断改进电压、电流和电阻测量功能之外，最新款的数字万用表还有别的性能。例如Keithley公司的2701型数字万用表，具备了扩展插槽，用于接入多路信号的I/O卡。采用最适当的选件后，这种数字万用表既能测量又能控制多个测试设备里的被测件。以前占有大体积而功能不多的仪器，现在变成了测试系统中的集成块而且功能性有了很大改进。技术革新不限于数字万用表的传统功能。也许这项技术应能代替过分详细的数字万用表的说明资料。当信号接到数字万用表输入端上，数字万用表就能即刻宣告信号的值和频率、温度、波峰系数，所用的读数速步，精确的不确定度以及电压赫兹积V•Hz的限制。2.2数字万用表在国内的发展数字万用表是在20世纪60年代问世的。我国的数字万用表工业起步于70年代中期，先后经历了引进、发展、技术创新这3个阶段[2]。目前，我国数字万用表的产量已跃居世界首位，便携式数字万用表的年产量已超过1000万块（台），产品远销世界100多个国家或地区。2.3数字万用表在美国的发展随着计算机技术、微电子技术和通讯技术的迅速发展，仪器工业正在经历一场巨变。传统的测控仪器多是以硬件或固化的软件为主，这已经远远不能满足现代科技发展的需要，为此，美国国家仪器公司(NationalInstrumentCorporation)率先提出了“软件就是仪器”的口号，即利用目前计算机先进快速的处理能力，结合相应的硬件，大大突破了传统仪器的数据处理、显示、传送、存储等方面的限制，给仪器仪表领域注入了新的活力，带来了革命性的变化。这种以软件为基础的测试仪器具有传统仪器表面的风格，不同的是用户通过鼠标和键盘来操纵接口上的“旋钮”和“开关”，从而达到测控的目的。3研究目标及内容大连交通大学信息工程学院2009届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告23.1目标通过对数字万用表A/D转换与LCD驱动电路的深入研究，培养自己用所学专业和专业基础课程的知识设计、制作、焊接万用表电路，并用OrCAD软件对万用表电路进行计算机仿真，用PROTEL绘制印刷电路板。培养自己实际焊接、制作、调试电子电路的能力，并写出高质量的论，为毕业设计和今后工作打下良好的基础。3.2内容3.2.1数字万用表的结构及作用万用表种类很多，外形各异，但基本结构和使用方法是相同的。万用表面板上主要有表头和选择开关，还有欧姆档调零旋钮和表笔插孔[3]。下面介绍各部分的作用：（一）表头万用表的表头是灵敏电流计，表头上的表盘印有多种符号，刻度线和数值，符号A-V-Ω表示这只电表是可以测量电流、电压和电阻的多用表，表盘上印有多条刻度线，其中右端标有“Ω”的是电阻刻度线，其右端为零，左端为∞，刻度值分布是不均匀的，符号“－”或“DC”表示直流，“～”或“AC”表示交流，“～”表示交流和直流共用的刻度线，刻度线下的几行数字是与选择开关的不同档位相对应的刻度值。表头上还设有机械零位调整旋钮，用以校正指针在左端指零位。（二）选择开关万用表的选择开关是一个多档位的旋转开关，用来选择测量项目和量程。一般的万用表测量项目包括：“mA”：直流电流、“V”：直流电压、“V”：交流电压、“Ω”：电阻。每个测量项目又划分为几个不同的量程以供选择。（三）表笔和表笔插孔表笔分为红、黑二只。使用时应将红色表笔插入标有“＋”号的插孔，黑色表笔插入标有“－”号的插孔[4]。3.2.2数字万用表的使用方法万用表是比较精密的仪器，如果使用不当，不仅造成测量不准确且极易损坏。但是，只要我们掌握万用表的使用方法和注意事项，谨慎从事，那么万用表就能经久耐用。使用万用表是应注意如下事项：（一）万用表使用前，应做到：（1）万用表水平放置。（2）应检查表针是否停在表盘左端的零位。如有偏离，可用小螺丝刀轻轻转动表头上的机械零位调整旋钮，使表针指零。（3）将表笔按上面要求插入表笔插孔。（4）将选择开关旋到相应的项目和量程上。就可以使用了。（二）万用表使用后，应做到：（1）拔出表笔。大连交通大学信息工程学院2009届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告3（2）将选择开关旋至“OFF”档，若无此档，应旋至交流电压最大量程档，如“AC1000V”档。（3）若长期不用，应将表内电池取出，以防电池电解液渗漏而腐蚀内部电路。测量电流与电压不能旋错档位。如果误将电阻档或电流档去测电压，就极易烧坏电表。万用表不用时，最好将档位旋至交流电压最高档，避免因使用不当而损坏。测量直流电压和直流电流时，注意“+”“-”极性，不要接错。如发现指针开反转，既应立即调换表棒，以免损坏指针及表头[5]。如果不知道被测电压或电流的大小，应先用最高档，而后再选用合适的档位来测试，以免表针偏转过度而损坏表头。所选用的档位愈靠近被测值，测量的数值就愈准确。测量电阻时，不要用手触及元件的裸体的两端（或两支表棒的金属部分），以免人体电阻与被测电阻并联，使测量结果不准确。测量电阻时，如将两支表棒短接，调“零欧姆”旋钮至最大，指针仍然达不到0点，这种现象通常是由于表内电池电压不足造成的，应换上新电池方能准确测量。万用表不用时，不要旋在电阻档，因为内有电池，如不小心易使两根表棒相碰短路，不仅耗费电池，严重时甚至会损坏表头。3.2.3数字万用表的工作原理数字万用表原理框图由功能、量程选择，参数转换电路，ICL7106集成电路及液晶显示器4大部分组成[6]。（1）功能、量程选择功能、量程选择由手动转换开关实现。（2）测量参数转换电路通常被测量参数除了直流电压无需转换，其他被测量都须经过转换电路转换成相应的直流电压，然后送人ICL7106，最后得到显示结果。数字万用表的各类转换电路一般由一些无源的分压或分流电阻网络构成，而交直流转换电路由有元器件(二极管)等实现，数字表的功能和量程选择由转换开关实现。（3）ICL7106集成电路ICL7106是把双积分式A/D转换，七段译码，LCD显示驱动，基准源和时钟等电路都集成在同一块芯片上的CMOS集成电路，它有40个引脚，采用双列直插式封装，在袖珍式数字万用表DT830B中有用电路板一体化封装的芯片，特点是体积小，成本低廉。双积分式A/D转换器的工作原理：A/D转换器是数字万用表的关键电路，从根本上决定了数字万用表的整体性能。A/D转换器的基本工作原理是把一个数量上连续变换的模拟量转换为一个数量上离散变换的数字量。数字万用表中通常采用双积分式的A/D转换器，它把输入模拟电压与参考电压作比较，通过两次积分过程转换为两个时间间隔的比较，由此将模拟电压转换为与其平均值成正比的时间间隔，然后用时钟脉冲计数器测量这一时间间隔，所得的计数值为A/D转换结果[7]。大连交通大学信息工程学院2009届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告4A/D转换器工作原理图A/D转换器在一个测量周期内的工作过程可分为两个阶段来描述。第一阶段：测试开始，计数器清零，C放电，控制逻辑使S2、S3断开，S1接通，积分器对被测电压Ui进行反向积分(也叫采样)，采样期间积分输出U01向负线性增加，经过零比较器后通过控制逻辑打开G，计数器开始对时钟脉冲计数，当计数到最高位为l时，溢出脉冲通过控制逻辑使S1断开，S2接通，采样结束，计数器置零。第二阶段：S2导通后接通基准电压UREF后，积分器开始第二次积分，U01开始负线性减少，计数器也重新计数。当U01下降到零时，控制逻辑使S2断开、S3接通，积分停止，同时关闭门G，计数停止，一个测试周期结束。(4)液晶显示器（LCD）液晶显示器（LCD）是一种功耗极小的场效应器件，在数字仪表、计算器和数字式电子手表作为数字和符号的显示器件得到极为广泛的应用[8]。随着科学技术和制造工艺的发展，液晶显示器在大屏幕显示方面如电脑显示器、家用彩电等也得到了越来越多的使用。液晶显示器字符的显示方式，按电极的形状或排列可分为段显示和点阵显示两种。数字万用表液晶显示器采用段显示方式。液晶显示器电极通过导电橡胶与驱动电路相连。驱动电压分别加至液晶显示器的笔段电极a～g与公共背极BP之间，利用二者电位差，便可驱动LCD显示数据。大连交通大学信息工程学院2009届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告5A/D转换及LCD驱动电路3.2.4蜂鸣器目前，在现代电子技术、传感技术、电声技术及家用电器领域中普遍使用了压电陶瓷。压电陶瓷材料具有压电系数高、耐潮湿、耐高温、烧制方便、成本低廉等优点。由它构成的压电蜂鸣器是一种高效率电声器件，可制成数字仪器仪表用蜂鸣器、扬声器、耳机、传声器(即话筒)、电话中的送话器和受话器等。压电陶瓷蜂鸣器是由压电陶瓷和金属振动片构成的。鉴于人耳对频率为2～3kHZ的音响较敏感，因此普通压电蜂鸣器的谐振频率f就设计在该频段上。考虑到在音频下工作，仅用一片压电陶瓷难以满足频率要求，一般采用双膜片结构[9]。蜂鸣器电路可配合数字万用表的200Ω电阻挡，专用于检测多条通信线路通、断的。其优点是操作者不必观察显示值，只需注视被测线路和表笔，凭借声音的有无来判定线路的通断，不仅操作简便，而且能大大缩短检测时间。带声、光指示的蜂鸣器电路4研究方法和手段大连交通大学信息工程学院2009届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告64.1Pspice随着电子技术的飞速发展和计算机技术的普遍应用，电子电路CAD技术在电子电路的分析设计中显得越来越重要。电子电路CAD技术有非常明显的特点，它可以根据电路的结构和元器件参数对电路进行仿真，获得电路的技术指标，从而可以快速、方便、精确地评价电路设计的正确性，节省大量的时间和费用。同时，还可以对那些用传统方法进行或无法进行分析的温度特性、容差、灵敏度、最坏情况等进行分析，从而大大提高了电路设计质量。Pspice是一个模拟的“实验台”。在它上面，你可以做各种电路实验和测试，以便修改与优化设计。它为我们分析与设计电路提供了强大的计算机仿真工具，利用它对电路、信号与系统进行辅助分析和设计，对电子工程、信息工程和自动控制等领域工作的人员具有很高的实用价值。万用表是电专业学生制作调试电路的有力工具。通过万用表的制作，计算机仿真使学生更直观，深刻的理解学过的电路基本理论，将理论与实际结合，掌握用Pspice软件设计电路；指导调试电路的方法。同时万用表的计算机辅助设计，仿真与制作的方法，可用作指导电专业学生课外科技实践活动。为今后的各种实践教学和实习打下良好的基础。4.2PROTELPROTEL是PROTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件。早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到PROTEL99，是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100％布通率。PROTEL2004是业界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。PROTEL2004拓宽了板级设计的传统界限，集成了FPGA设计功能，从而允许工程师能将系统设计中的FPGA