专利名称：数字式万能测量仪的自动量程选择器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测量电阻、电流和电压值的数字式万能测量仪，特别涉及数字式万能测量仪的量程的自动选择器，测量某一对象时，该种万能测量仪在自动选择了某一测量中的量程以后，通过模数(A/D)转换，换算成被测值的读数。
诸如万能测量仪之类的传统测量仪，均是在选好量程后才获得测值的。这样也就存在着对每次测量必须手动地选择量程的麻烦。
因此，数字式万能测量仪经改进后，只需随着量程的自动选择就可进行这种测量，从而避免了这类麻烦。就这种自动选择量程的方法而言，一种是量程用一换算的数字值来选择，另一种是量程由高速计数器和低速计数器的独立计数来选择的。
在前一种情况下，被测模拟值是在A/D转换之后计得，若计数值超出现量程的全刻度数值时再转换到下一量程，从而使得从最低量程到最高量程的转换要耗费大量时间。
在后一种情况下，对被测值的显示需要高精度，故采用低速计数器，而其它精度要求不高的象量程这样的功能，则用高速计数器，从而使其能迅速选择量程。然而，量程至少应转换一次，而其转换时间是受A/D转换器的时间常数所限制的。
本发明的目的是为给数字式万能测量仪提供一种自动量程选择器，该选择器，使测量某研究对象时可更快地获得要求一次以上的自动量程选择。
本发明的这一目的可通过以数字信号形式选择量程来实现，该数字信号是在一衰减器的被测值与利用一并行A/D转换器的内部基准电平相比较后通过一编码器产生的。
根据本发明所提供的数字式万能测量仪的自动量程选择器包括一用于衰减研究对象的被测电压值的衰减器;一用于将所述衰减器的模拟输出信号转换成数字信号的A/D转换器;对所述A/D转换器的数字输出信号进行计数的计数器;一并行A/D转换器，用以通过将衰减器的输出信号同内部基准电压相比较而提供并行数字输出信号;和一控制逻辑和测量量程选择器，用以根据所述并行A/D转换器的数字输出信号控制衰减器的输出电压。
本发明的上述和其它目的，特征和优点将从参照附图对其最佳实施例的下列说明中了解得更清楚，附图中
图1是传统数字式万能测量仪电路图;
图2是说明传统数字式万能测量仪的操作流程图;
图3是图2所示传统数字式万能测量仪的另一实施例;
图4是根据本发明的数字式万能测量仪的方框图;和图5是根据本发明用于自动选择量程的一并行A/D转换器的电路图。
现参考诸附图，更详细地描述本发明。
图1示出一传统型数字式万能测量仪的电路图，该万能测量仪由一经换算的数字值来选择量程。该传统型数字万能测量仪包括一衰减器1，用以衰减被测电压值Vin，一A/D转换器2，用以将衰减器1的输出转换成数字信号，一计数器3，用于对A/D转换器2的数字信号进行计数，和一控制逻辑与测量量程选择器4，以将控制信号加到A/D转换器2和计数器3从而用A/D转换器2和计数器3的输出信号去控制衰减器1的衰减比。
当研究对象的被测输入电压Vin通过衰减器1加到A/D转换器2时，A/D转换器2将该模拟信号转换为数字信号、再由计数器3对转换后的数字信号进行计数。
当被计数超出现量程的全刻度值时，控制逻辑和量程选择器4便控制衰减器1将量程转换到下一个。此时，衰减器1的输出便减小到被测电压的1/10。因此，若所加被测电压甚大时，则由于要将量程从最低转换至最高，这一选择过程就需耗费相当多的时间。例如，对输入电压Vin为30V的情况来说，选择操作从最低的200.0mv量程经2V和20V转换至200V的量程，才显示被测值为“30.0V”。当转换一次量程的时间需400ms时，这一选择操作时间就得化1.6秒。
图2示出为说明图1所示传统型数字式万能测量仪的操作顺序的流程图。
操作中，对N＝0，在步骤S3根据被测输入电压Vin而计算要加到A/D转换器2的衰减器1的输出电压Vx。在步骤S4和S5，判定电压Vx是否在给定值范围内，若电压Vx是在该给定值范围内则说明该值在现量程内，于是在步骤S8显示该电压Vx。但，若电压Vx值超出现量程，则在步骤S11增大量程并重复同一操作。当被测值大到超出允许的最大量程时，则由步骤S10显示待测量值过载。
图3是该传统型数字式万能测量仪的另一实施例。在图3中，量程是由高速和低速计数器独立计数而选择的，该万能测量仪包括一衰减器，用于衰减研究对象的被测电压Vin，各低速和高速A/D转换器5和6用以将衰减器1的输出电压Vx转换为数字信号，各低速和高速计数器7和8分别接到低速和高速A/D转换器5和6，用以对各数字输出进行计数，和一控制逻辑和量程选择器4用以给低速和高速A/D转器器5，6和计数器7，8提供控制信号并借助A/D转换器5和6的输出控制衰减器1的衰减比。
研究对象的被测输入电压Vin通过衰减器1加到低速和高速A/D转换器5和6，于是加到A/D转换器5和6的各个模拟信号各被转换成数字信号。低速A/D转换器5的数字输出由低速计数器7计数，而高速A/D转换器6的数字输出则由高速计数器8计数，在此情况下，低速计数器7依次计1，2，3……而高速计数器8依次计10，20，30……，这样，高速计数器8比低速计数器7的计数快5至10倍，高速计数器8的计数值被加到控制逻辑和测量量程选择器4以通过控制衰减器1去选择所需的量程。
然而，即使使用此法，花费在测量量程上的计数时间仍以毫秒计，并受高速A/D转换器6的时间常数所限制。若A/D转换器6还包括电阻和电容器则许多芯片和附加外部元件所需的面积就很大。
图4为说明本发明的一个实施例的数字式万能测量仪的方块图。图4中，该数字式万能测量仪包括衰减器1，用于以一预定单位衰减来自研究对象的被测输入电压Vin;一个A/D转换器2，用于转换衰减器1的输出电压Vx;一计数器3，用于对A/D转换器2的一个输出进行计数并给锁存器和显示器提供一计数输出;一个三位并行A/D转换器10，用于通过接收衰减器1的输出Vx而提供并行数字输出;和一个控制逻辑和量程选择器4，用以借助3位并行A/D转换器10选择量程。控制逻辑和量程选择器4控制衰减器1以预定的单位衰减被测电压。其控制逻辑产生逻辑信号以控制A/D转换器2和计数器3，与此同时控制3位并行A/D转换器10的驱动。虽然本发明的这一实施例已具体地描述为3位并行A/D转换器，但本发明并不局限于此。
图5为用以选择量程的3位并行A/D转换器10的电路图，以说明本发明的一实施例。图5中，比较部件12用于将衰减器1的输出电压Vx同基准电压进行比较，该部件12包括用于分配电压的分压电阻R1～R6，和比较器CP1～CP5。由电阻R1～R6建立的基准电压+a，+b，0，-b和-a分别加到比较器CP1～CP5的同相输入端(+)。衰减器1的输出电压Vx共同加到待比较的比较器CP1～CP5的反相输入端(-)，而比较器CP1～CP5的输出加到一编码器EN，以提供3位数字信号。
在本发明中，将研究对象的被测输入电压Vin加到衰减器1从而产生衰减后的电压Vx。衰减器1产生的输出电压Vx为根据开关(转换)控制的电阻R1～R6所分配。
被测输出电压Vx既加到3位并行A/D转换器10也加到A/D转换器2。3位并行A/D转换器10将电压Vx同内部基准电压相比较，从而给控制逻辑和量程选择器4提供3位数字信号以控制衰减器1。这样，就提供了与量程相对应的衰减器1的输出电压Vx。在此情况下，3位并行A/D转换器10借助比较器CP1～CP5将电压Vx同基准电压±aV，±bV和OV进行比较，并产生3位并行数字信号。
下一步，若证实被测输入电压Vin确是大于控制逻辑部件中现量程的允许电压，则量程选择部件控制衰减器1以使输入电压Vin减小到1/10并使输出电压Vx为输入电压Vin的1/10。
重复这些步骤便可选定一个正确的量程。例如，即使从最低量程至最高量程，这些步骤要重复4或5次，但由于并行转换时间很短，故可避免由“过载”引起的过多的时间耗费。同时量程选择是在A/D转换器2的自动调零状态下完成。
在参考图5的3位并行A/D转换器的操作中，衰减器1的输出电压Vx被加到比较器CP1～CP5的反相输入端(-)，而为电阻器R1～R6所分压的基准电压+a，+b，0，-b和-a则被加到其同相输入端(+)。
这样，衰减器1的输出电压Vx便同基准电压相比较，而比较器CP1～CP5的输出被加到编码器EN，从而产生3位并行数字输出。在此情况下，若电压Vx超过基准电压+a，即与超量程相对应，而若电压Vx未到基准电压-b，则对应于“欠量程”(under-range)。
编码器EN可借助5个比较器CP1～CP5完成6种情况的编码，并给控制逻辑和量程选择器4提供3位并行数字输出，以使衰减器1受待转换的控制，从而选定合适的量程。输出电压Vx的最终量程是在一个极短的时间内选定的，而且，量程一旦选定，待转换的输出电压Vx的值则处在A/D转换器2的自动调零周期状态下。A/D转换器2将在最终选定量程中的电压Vx转换为数字信号，然后计数器3对A/D转换器2的数字输出信号进行计数。这样，使用很短的时间便可能测量某种目标值，因为来自A/D转换器2的这类测值只转换了一次即被直接产生。
正如上面已提及的，在根据本发明的自动量程选择过程中，某一测量量程是由某一并行A/D转换器所识别并通过一编码器提供并行数字信号去控制衰减器的开关转换并将相应于最后量程的测量值转换为待显示的数字信号。因此，本发明能在不耽误量程自动选定过程中的若干次转换情况下，缩短测量时间。
本发明决不局限于上述实施例情况。对于本领域的技术人员来说，本发明所公开的实施例的各种改型及其它实施例在参考本发明说明书情况下，将可能是显而易见的。因此，所附权利要求书将企图包罗落入本发明实质范围内的所有改型或别的实施例。
权利要求
1.数字式万能测量仪的一种自动量程选择装置，包括衰减器，用于衰减研究对象的被测电压值；A/D转换器，用于将所述衰减器的模拟输出信号转换为数字信号；计数器，用于对所述A/D转换器的数字输出信号进行计数；并行A/D转换器，用于通过将所述衰减器的输出信号同内部基准电压进行快速比较，以提供并行数字输出信号；和控制逻辑和量程选择器，用于根据并行A/D转换器的数字输出信号控制衰减器的输出电压。
2.根据权利要求1的数字式万能测量仪的自动量程选择装置，其中所述并行A/D转换器包括电阻器，通过对电源电压进行分压而提供基准电压;比较器，将所述衰减器的输出电压同基准电压进行比较;和编码器，连到所述比较器，用于提供并行数字输出信号。
全文摘要
数字式万能测量仪的量程自动选择器，包括衰减被测电压的衷减器；将衰减器的输出信号转换为数字信号的A/D转换器；对A/D转换器的输出信号进行计数的计数器；产生并行数字输出的并行A/D转换器，它包括产生基准电压的电阻，将衰减器输出电压同基准电压进行比较的比较器和连到比较器的编码器，以及根据并行A/D转换器的输出信号控制衰减器的输出电压的控制逻辑和量程选择器。本发明所需测量值由A/D转换器转换一次便可直接产生，故测量时间极短。
文档编号G01R15/12GK1052951SQ90108459
公开日1991年7月10日 申请日期1990年10月13日 优先权日1989年12月29日
发明者白承凡, 李成浩 申请人:三星电子株式会社