专利名称：手持图示数字万用表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及通用电器测试装置，具体是一种测试电量、电路参数、逻辑状态和序列的手持图示数字万用表。
背景技术：
目前，人们最常用的手持式电器测试装置是数字式万用表，常见的数字式万用表由功能/量程选择开关、量程变换网络、输入放大器、A/D变换器、显示器组成，主要用来测量电压、电流和电阻，有的附加了晶体管放大倍数、电容、频率、温度等测试功能，其不足之处是1.不能显示波形和曲线；2.仅适于模拟量的测试，不适于数字逻辑、尤其是逻辑序列的测试。虽然，有一些进口数字式万用表能显示波形和曲线，但其价格昂贵，不便推广使用。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种具有普通测试功能且能显示电压波形和伏-安特性曲线、适于逻辑分析测试的廉价的手持图示数字万用表。
本实用新型手持图示数字万用表，包括单片机，连接在单片机相应端口的模拟量测试电路、逻辑测试电路、LCD显示模块、多功能微型键盘、RS232接口电路和蜂鸣器，功能/量程选择开关、测试插孔以及电源，模拟量测试电路和逻辑测试电路分别通过功能/量程选择开关与测试插孔电连接。
本手持图示数字万用表采用高性能单片机进行采集变换、数据处理和过程控制，简化了硬件结构，降低了成本，同时提高了可靠性；在强大的软件功能的支持下，使该数字万用表能显示电压波形和伏-安特性曲线，并且可用于不加电在线测试和逻辑分析测试；另外，该数字万用表还具备存储和通信功能。
图1是本手持图示数字万用表的原理框图；图2是其典型实施例的模拟量测试电路原理图；图3是其典型实施例的逻辑测试电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图做进一步说明。
图1所示手持图示数字万用表包括单片机，连接在单片机相应端口的模拟量测试电路、逻辑测试电路、LCD显示模块、多功能微型键盘、RS232接口电路和蜂鸣器，功能/量程选择开关、测试插孔以及电源，模拟量测试电路和逻辑测试电路分别通过功能/量程选择开关与测试插孔电连接。所述模拟量测试电路含激励放大器1、激励放大器2、测量放大器1、测量放大器2、恒流源以及量程变换网络，量程变换网络分别与激励放大器1和激励放大器2的输出端电连接，激励放大器2的输出端接恒流源的输入端，恒流源的输出端接测量放大器2的输入端。所述逻辑测试电路含逻辑状态检测电路、逻辑序列输入电路以及频率计数电路。所述电源含可充电电池以及连接在其正、负极的DC/DC变换电路。
参照图2和图3，功能/量程选择开关1为多刀联动的多段多位开关，其中段对应功能，位对应量程，多刀对应多点同时切换。在图2中，SC2、SC3是其中一段，对应晶体管测试功能，五个量程位，只用了两刀，所以SC1未出现，属两刀五位。SN1、SN2、SN3为节点图示功能段，三刀五位；SV1、SV2、SV3为电压及示波功能段，三刀五位；SR1、SR2、SR3为电阻功能段，三刀五位；SA1、SA2为电流功能段，两刀一位；在图3中，SP1也是一段，逻辑探头功能段，一刀一位；SS1、SS2、SS3为逻辑示波功能段，三刀一位；SF1为频率功能段，一刀一位。
量程变换网络含五个部分(1)由限流电阻RC1、RC2、RC3、RC4、RC5、RC6构成晶体管测试的激励量程网络；(2)由限流电阻RN1、RN2、RN3、RN4、RN5构成节点图示功能的激励量程网络；(3)由分压电阻RV1、RV2、RV3构成晶体管测试和节点图示功能共用的测量量程网络；(4)由分压电阻RS1、RS2、RS3、RS4、RS5构成电压和电阻共用的采测量程网络；(5)由取样电阻RS6构成电流-电压变换。
测量放大器1由集成运放A3B、A7B、和电阻R5、R6、R7、R8组成，用于测量电流、电压、晶体管特性或电路节点的特征。测量时，功能/量程选择开关和量程变换网络将被测信号电平变换后，送入测量放大器1，放大后送入单片机A/D变换器的第1通道ADC1，在软件控制下，电压/电流数值或波形按要求显示在LCD上，交流或直流将被自动识别并予以指示。
测量放大器2由集成运放A4B、电阻R9、R10组成，只用于电阻测量功能。测量时，功能/量程选择开关将恒流源产生的基准电流加在被测电阻上，测量放大器2将采集被测电阻上的电压，放大后送入单片机A/D变换器的第2通道ADC2，在软件控制下，单片机将其换算成电阻值，显示在LCD显示器上。
激励放大器1由集成运放A1B、电阻R1、R2、VR1组成；激励放大器2由集成运放A2B、电阻R3、R4、VR2组成。测量晶体管特性或电路节点的特征时，通过软件控制，单片机的两路D/A变换器输出经两个激励放大器分别加到被测器件的两个电极或电路节点上，测量放大器1将采集被测器件或节点的响应信号，放大后送入单片机A/D变换器的第1通道ADC1，单片机将其进行处理，并按功能/量程选择和键盘命令将晶体管特性曲线族或电路节点特征图形显示在LCD上。
恒流源由集成运放A5B、场效应管Q1、电阻R11、R12、R13、电容C1、开关SR2、SR3、基准电阻RS1、RS2、RS3、RS4、RS5等组成，所需基准电压由激励放大器2供给，用开关选接不同的基准电阻可由Q1流出不同大小的基准电流，以适应不同量程电阻的测量要求。
逻辑状态检测电路由四与非门U1，锁存器U2，晶体管Q2，电阻R14、R15，电位器VR3、VR4，电容C2、C3等组成。电阻R14、电位器VR3、VR4构成一分压器，它有三个分压节点，分别为1)电位器VR3的滑动接点，和与非门U1第1脚相连，2)电位器VR4的滑动接点，与晶体管Q2的基极相连，3)电位器VR3与VR4连接处的PROBE端，这是被测逻辑电平的输入迭加点，它的电平变化必然使前述两个分压节点的电平随之而变。晶体管Q2、电阻R15、电位器VR4组成一反相器，它的输入就是被测逻辑电平，输出则和与非门U1第9脚相连。电容C2、C3是加速电容，用于提高对被测信号的响应速度。U1连接成两个RS触发器，两个RS触发器的置位输入端分别为U1第1脚和第9脚，如前所述分别连到电位器VR3的滑动接点与反相器的输出端，两个RS触发器的复位输入端分别为U1第5脚和第13脚，均接至单片机的T1，两个RS触发器的输出端接锁存器U2的相应输入端，锁存器U2的输出接至单片机的数据总线。两个RS触发器可分别由检测到的高低逻辑电平置位并保持到复位之前，单片机的T1为低电平时可使其复位，准备一次新的检测，既定时刻后，选通U2读其所存的VH和VL，便可知道探头上的变化VH＝1表示出现过高电平，VL＝1表示出现过低电平，两者都为1表示出现过脉冲，两者都为0表示无变化，也未检到合格的逻辑电平，单片机周期性的读取-复位操作就可实现逻辑状态的检测，读取信号CS2来自译码器U6。进行逻辑状态检测时，功能/量程选择开关将被测逻辑信号送入逻辑状态检测电路，该电路将检测结果输出至单片机，在软件控制下，蜂鸣器以不同音响指示逻辑状态，LCD也以随时间变化的点、线图形显示逻辑状态。
逻辑序列输入电路由反相器U3A、U3B、U3C组成。查看逻辑序列时，功能/量程选择开关将三个逻辑序列信号经逻辑序列输入电路送入单片机，在软件控制下，LCD显示三个通道的逻辑序列波形。
频率计数电路用于测量频率或周期，频率计数电路含整形电路U3D、8位计数器U4、锁存器U5、电阻R16、R17以及电容C4，整形电路U3D的输出接计数器U4的CLK端，计数器U4的八位输出端分别接锁存器U5的相应输入端，锁存器U5的输出数据送至单片机的数据总线。测量时，功能/量程选择开关将被测信号经由U3D整形后送入U4计数，其进位信号送入单片机内的计数器T2作续位计数，单片机T0发出的俘获信号将U4的即时数字锁入U5，同时将其内部计数器T2的即时数字锁入相应的寄存器中，单片机在软件控制下，将测得的频率或周期显示于LCD。其中，锁存器U5的读取信号是来自译码器U6的CS1。
本手持图示数字万用表的单片机采用美国ADI公司的高性能单片机ADuC8XX，该单片机内含A/D变换器和D/A变换器，利用它进行采集变换、数据处理和过程控制，在强功能的软件作用下简化了外围电路与系统结构，使廉价多功能成为可能。
本手持图示数字万用表的LCD显示模块采用国产的GM12864，这是一种自带驱动电路的128列、64行的点阵式图形LCD模块。
本手持图示数字万用表中的多功能微型键盘用于输入软件操作命令和数据；RS232接口电路用于和PC等电脑之间的通信，以便将过多的测量数据转存其它电脑或取回。
本手持图示数字万用表的测试功能包括(1)、直流电压 0～625V，五个量程(2)、交流电压 0～625V峰值，五个量程(3)、直流电流 0～250mA(4)、交流电流 0～250mA峰值(5)、电阻 0～25MΩ，多个量程
(6)、频率最大20MHz(7)、晶体管放大倍数 0～1000(8)、晶体管特性曲线 10级，最大电流5/10/15/20mA，四个量程(9)、节点特征图示多量程，多频率20Hz～4.8KHz，可存储对比(10)、电压示波 垂直0～625V，5个量程，水平65μS/D～50mS/D，自动触发/单次捕获(11)、逻辑探头 CMOS/TTL，20MHz，音响提示与图示(12)、逻辑示波 3个通道，CMOS/TTL，采样时钟5μS～50mS，触发极性与延迟可选。
权利要求1.一种手持图示数字万用表，其特征是包括单片机，连接在单片机相应端口的模拟量测试电路、逻辑测试电路、LCD显示模块、多功能微型键盘、RS232接口电路和蜂鸣器，功能/量程选择开关、测试插孔以及电源，所述模拟量测试电路和逻辑测试电路分别通过功能/量程选择开关与测试插孔电连接。
2.根据权利要求1所述的手持图示数字万用表，其特征是所述逻辑测试电路含逻辑状态检测电路、逻辑序列输入电路以及频率计数电路。
3.根据权利要求2所述的手持图示数字万用表，其特征是频率计数电路含整形电路U3D、8位计数器U4、锁存器U5、电阻R16、R17以及电容C4，整形电路U3D的输出接计数器U4的CLK端，计数器U4的八位输出端分别接锁存器U5的相应输入端，锁存器U5的输出接至单片机的数据总线。
4.根据权利要求2所述的手持图示数字万用表，其特征是逻辑状态检测电路包括四与非门U1，锁存器U2，晶体管Q2，电阻R14、R15，电位器VR3、VR4，加速电容C2、C3；电阻R14、电位器VR3、VR4构成一分压器，晶体管Q2及其集电极电阻R15、电位器VR4组成一反相器，晶体管Q2的基极接电位器VR4的滑动接点，U1连接成两个RS触发器，两个RS触发器的置位输入端1脚、9脚分别连到电位器VR3的滑动接点与反相器的输出端，两个RS触发器的复位输入端5脚和13脚均接至单片机的T1，两个RS触发器的输出端接锁存器U2的相应输入端，锁存器U2的输出接单片机的数据总线。
5.根据权利要求1所述的手持图示数字万用表，其特征是所述模拟量测试电路含激励放大器1、激励放大器2、测量放大器1、测量放大器2、恒流源以及量程变换网络，量程变换网络分别与激励放大器1和激励放大器2的输出端电连接，激励放大器2的输出端接恒流源的输入端，恒流源的输出端接测量放大器2的输入端。
6.根据权利要求1所述的手持图示数字万用表，其特征是所述电源含可充电电池以及连接在其正、负极的DC/DC变换电路。
7.根据权利要求1所述的新型手持图示数字万用表，其特征是所述LCD显示模块采用128*64点的点阵式LCD显示模块GM12864。
8.根据权利要求1所述的手持图示数字万用表，其特征是所述单片机采用含A/D和D/A变换器的高性能单片机ADuC8XX。
专利摘要一种手持图示数字万用表，包括单片机，连接在单片机相应端口的模拟量测试电路、逻辑测试电路、LCD显示模块、多功能微型键盘、RS232接口电路和蜂鸣器，功能/量程选择开关、测试插孔以及电源，模拟量测试电路和逻辑测试电路分别通过功能/量程选择开关与测试插孔电连接。本手持图示数字万用表采用高性能单片机进行采集变换、数据处理和过程控制，简化了硬件结构，降低了成本，同时提高了可靠性；在强大的软件功能的支持下，使该数字万用表能显示电压波形和伏－安特性曲线，并且可用于不加电在线测试和逻辑分析测试；另外，该数字万用表还具备存储和通信功能。
文档编号G01R15/12GK2615672SQ03225300
公开日2004年5月12日 申请日期2003年4月15日 优先权日2003年4月15日
发明者张文 申请人:张文