工程师电子多用仪的制作方法

目前，电子技术人员常用的大多为功能单一的电子仪器，这类仪器虽然适合计量检测的需要，但由于种类多，体积大，给在不同条件下从事设计、实验和维修工作的人带来诸多不便。同时因受条件或经费的限制，电子技术人员往往难以获得多种仪器的实验条件，而且，电子技术人员在设计或检修工作中需要随时随地在自己的工作台面上或维修现场作若干随意性的中间测量调整和试验，多种仪器的实验条件也难以适应。

本发明的目的是提供一种在数字电路和模拟电路系统中将常用的六种仪器组合成电路兼容、体积小、重量轻、各功能，既可同时使用，又可单独使用或随意组合使用的电子多用仪。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：工程师电子多用仪是用系统集成技术将多路直流稳压电源、标准数字信号源、模拟函数信号发生器、数字频率计、直流数字电压表和逻辑状态测试器汇集成一体。其电路兼容，各部分均又可自成系统；直流稳压电源设置三组双路对称稳压电源，均有独立地线，可任意组合使用；晶体振荡数字信号源和可调数字信号源通过逻辑电路转换控制，输出稳定的数字点频信号和可调数字信号；采用晶体振荡信号既为数字点频信号，又是数字频率计的时基信号；数字电压表既能外测直流电压，又能显示输出可调双路稳压电源的电压值；逻辑状态测试器处于CMOS测试状态时，其高、低电平判断标准与本机CMOS输出电平同步变化。

本发明工程师电子多用仪中的三组对称直流稳压电源均由常规的桥式整流、电容滤波、三端集成稳压电路组成，三组电源地线各自独立，为各种形式的组合使用提供方便。第三组直流稳压电源为正、负电压连续可调，输入自动换档，输出电压数字显示。各种电源均设短路或过载保护，当一路或多路输出出现短路或过载时均可声响报警，短路或过载去除，输出自动恢复。

数字信号源的频率调节，采用小范围调节振荡回路参数与数字频率分频相结合，实现了本发明数字信号频率从超低频0.01Hz到高频10MHz大范围的点频和连续可调数字信号输出，起到了常规仪器中需要三台不同档次(超低频、低频、高频)的仪器才能达到的作用(频率范围)。

数字频率计的时基信号由10MHz晶振给出，但同时又作为数字点频信号源，致使数字点频信号具有与晶振相同的频率稳定度。由逻辑电路控制频率计地“外测”和“内显”功能的转换。

模拟函数信号发生器由独立的压控振荡器及其波形变换和输出电路组成。数字电压表电路为常规电路，但增设了“内显”、“外测”功能。在本机中的供电系统+12V_s4、+5V_s4、－5V_s4是独立的。

逻辑状态测试器能测试电路的高电平、低电平和有无脉冲串通过。由电压比较器判断其高电平和低电平，各自的发光管显示。利用脉冲串通过时触发单稳态触发器，推动发光管发光显示，对于重复频率低的窄脉冲(50ns以上)通过，由于输出加有延迟展宽电容，因此可稳定显示。

TTL电路逻辑状态测试时，电路由5V_s1供电。为了满足CMOS电路需要(一般高电平为3～18V)，本发明CMOS状态测试时选用本机输出的+(1.25～30)V可调电源供电，随着不同的电源电压变化，输出的CMOS信号高电平近似为该电源电压值。同时，逻辑状态测试器逻辑电平判断标准也随之作相应变化，以确保CMOS电路在各种信号电平下以便正确地进行逻辑测试。当电源调节超过18V时CMOS信号输出自动停止。以保护被测电路不被损坏。

本发明直接使用具有六种常用功能的仪器，电路兼容，有机组合，各功能可以组合使用，例如，各种电路的在线测试或配上面包板加上必要的常规外围电路，可对各种集成电路进行功能测试或实验。数字频率计与数字电压表均具有“外测”和“内显”功能。数字电压表既能外测直流电压，又能显示输出可调双路稳压电源的电压值。数字频率计既能测试输入信号的频率值，又能显示本仪器数字信号和函数信号的输出信号频率。实现了一机多用，其性能/价格比大大优于具有该仪器功能的多种独立仪器的性能/价格比。

本发明的具体结构由以下实施例及其附图给出。

图1是本发明工程师电子多用仪整机工作原理方框图。

图2是电源短路报警原理图。

图3是本发明电子多用仪装置的示意图。

下面结合实施例及其附图详细说明工程师电子多用仪的具体工作情况和装置细节。

图1表示工程师电子多用仪整机的连接示意和工作原理方框图，用虚线示意分为多路直流稳压电源部分1，标准数字信号源部分2、数字频率计部分3、逻辑状态测试器部分4、模拟函数信号发生器部分5和直流数字电压表6共六大组成部分。

图1中多路直流稳压电源1，10、22、23、20、21、24、25是本机内部电源，10是整流电源，其余分别是整流后由电容滤波和三端集成稳压器组成的稳压电源+12V_s1、－12V_s1、+5V_s1、－5V_s1、+5V_s4、－5V_s4。14、15、16、17、18、19为±(1.25－30)V、±5V、±12V三组六路直流输出稳压电源，均由常规的桥式整流、电容滤波、三端集成稳压器组成。三组电源地线各自独立，其特点是三组六路电源中的一路或几种输出出现短路时，通过短路取样11和声响驱动12，均可声光报警13。

图1中标准数字信号源部分2，数字信号源由10MHz晶体振荡器27和2～20MHz可调振荡器28组成。稳定的10MHz晶体振荡信号分二路输出，一路经D触发器29送入频率计40作时基信号；另一路通过控制门26送入由74LS390组成的10^(0～8)次分频36，由波段开关选择分别获得(10MHz～0.1Hz)9个频率稳定的点频信号输出。可调振荡器28是由三级反相器组成的环形振荡器，输出约2～20MHz信号，经D触发器34整形并二分频后获约1～10MHz连续可调数字信号，通过32门电路进入10进分频器36，实现了由波段开关选择可获得0.01Hz～10MHz的连续可调数字信号，达到了从低频到高频大范围频率的数字脉冲信号输出。

连续可调振荡器28在点频信号输出时，由于数字频率电位器开关33断开，高电位+5V_s1经反相器30变为低电平，可调振荡器28回路中的一级反相器(与非门)关闭，迫使其停振，无信号输出。同时由于33断开，门电路26，31控制端获高电位而处于导通状态，27晶振信号送入分频电路，并输出点频数字信号。而当33接通，上述各级工作状态正好相反，只有可调数字信号进入分频电路并输出可调数字信号。通过39选择输出TTL电平37或CMOS电平38数字信号，CMOS电平在3～18V之间任意调节。当TTL和CMOS均处于切断输出状态时，门32电路控制端处于低电位，任一路数字信号均不能进入分频电路，同时由于低电平的送入，可调振荡器亦处于停振状态。此时10MHz晶振信号仍正常向频率计电路输出10MHz时基信号。

图1数字频率计部分3，数字频率计由10MHz频率芯片7216D和八位LED数码显示屏41组成。为求进一步稳定工作，被测信号和时基信号均通过D触发器29整形并二分频输入。因此闸门时间为等效时间。数字频率计40的输入端由开关52选择为二个通道。10MHz以下通道为高阻输入阻容耦合共发放大电路，能抑制高频干扰，适宜测试10Hz～10MHz信号频率；100MHz通道由高输入阻抗电路和MC10116线性接收器组成的三级分差放大器构成，将输出信号放大限幅后送入高速分频器MC10138进行10分频获得测试信号，该通道适宜测试10MHz～100MHz信号频率。即数字频率计处于“外测”时，为100MHz的通用频率计。

该频率计除测试“外测”信号频率之外，通过开关51可选择内显本机数字信号(TTL，CMOS)或函数信号()输出频率。当数字信号输出时开关39送出的高电平经反相器50反相后，使门48处于关闭状态，函数信号不能通过，数字信号通过47(函数信号选择开关55均处于切断输出状态)，经46和数据选择器43送至D触发器42到频率计41显示频率；当控制开关39使数字信号停止输出时，39送出的低电平经反相器50反相后、使门48处于导通状态，此时55任一档按下后函数信号可输送至频率计41显示频率。数字信号选择开关39和函数信号选择开关55同时接下，数字信号和函数信号可同时输出，此时47和48均处于关闭状态，以防止内显状态产生错误。因此，数字信号和函数信号同时输出时应分别观察频率。

输入信号二通道信号和“内显”信号进入数据选择器43，由“内显”、“外测”开关51和测频波段(通道)选择开关52控制数据选择器43的A、B端“0”、“1”状态的变化，选择相应的信号通过。数据选择器43选用74LS153。

数字频率计的灵敏度10H～10MHz为50mVrms；10MHz～100MHz为150mVrms。等效闸门时间为0.01S；0.1S；10S。精度为3×10^－5。

图1中逻辑状态测试器部分4，由开关56选择TTL和CMOS状态。TTL状态，其逻辑判断电路58由20供电。CMOS状态，本发明设计独特之处，是由14可调输出稳压电源+(1.25～30)V经内部电源变换电路57提供约1.25～18V范围内与+(1.25～30)V同步输出，超过18V则自动切断(这给使用和电路安全提供了方便的保护)。此时，该机CMOS输出信号幅度亦在范围内(约2～18V)随电源调节值而确定，其幅值近似为数字电压表“内显”+V电压值。其数字信号幅度是CMOS逻辑电路供电电压的70％以上判为高电平，30％以下判为低电平。

图1中模拟函数信号发生器部分5，函数信号发生器53由压控振荡器产生方波和三角波，其频率由分档电容和控制电压决定，三角波经运放电路变换成正弦波，经输出波形选择开关55选择所需要的输出信号波形送至输出级54进行幅度和输出直流电平调节，以满足测试要求。其频率显示由压控振荡器的方波输出级分压输出，并变换电平，经门电路送至数据选择器43进入频率计“内显”频率。函数信号发生器由于采用压控振荡器芯片“566”，电路虽然比较独立，但输出频率显示(内显)是本发明独特之处，它与数字信号的内显频率是相互制约的。

图1中直流数字电压表部分6，数字电压表是以模数转换电路61(采用“14433”)为核心的典型31/2位数字电压表电路，数字电压表输入电压通过分压器63衰减并取样驱动自动量程转换62和LED电压显示屏60小数点自动移位以正确显示电压值。测量范围1mV～200V，精确度±0.5％读数±1个字。

数字电压表电路系统的供电电源24、25和10在本仪器中是完全独立的，因此，可以测试与本机相联接的任意电路二点之间的电压。65是电压表“内显”和“外测”工作状态转换开关，64是内显选择+(1.25～30)V或－(1.25～30)V电压值的转换开关。数字电压表处于“外测”状态时显示外测直流电压值，处于“内显”状态则将(1.25～30)V可调电压电源的“+”或“－”送入输入端，显示其电压值。

图2表示电源短路报警的原理图。由于三组对称直流稳压电源的各组地线均自独立，因此其中二组四路采用4N35光电耦合器67、68进行短路隔离取样，±(1.25～30)V串联电阻过流取样，电压分别由1－1′和2－2′端输入，正常工作时其对应的4N35输出端集电极处于高电位；±12V采用短路降压取样，正常工作时±12V串联并通过12V稳压管驱动66输入端，输出端接成射极输出形式，因此输出高电位。以上四路电源正常工作时通过4N35输出三路高电位到与非门69的三输入端，则三输入与非门输出端经反相后仍输出高电位；±5V与内部电源+5V_s1组合加至其共发射极三极管电路各极，正常工作时其集电极输出高电位，并与上述四路正常工作时组合输出的高电位同时接至二输入与非门70，则其输出处于低电位，蜂鸣器71的驱动级截止，蜂鸣器71处于静止状态。相反一路或几路对地短路时均改变上述工作状态，便驱动蜂鸣器71发出声响，同时相应设置的发光二极管停止发光，以示报警，消除短路，恢复正常。

图3电子多用仪主要由机心和机箱72组成。机心包括装有元器件的三块印刷电路板和电源变压器。第一、二块印刷电路板分别安装有多路直流稳压电源1、模拟函数信号发生器5、直流数字电压表6和标准数字信号源2、数字频率计3的元器件，这两块插件水平放置并固定在机箱72的底部。因电路互为兼用，各功能部分器件的安装，没有严格的区域界线。第三块印刷电路板上装的逻辑状态测试器4，通过控制开关垂直固定在机箱72的前面板74上。电源变压器立放固定于机箱底部左后侧。机箱72的后面板及其左右内侧板兼作稳压电源功率器件的散热器。机箱72左右侧各有一把手73。机箱底部有一支架75。机箱外形为(320×320×120)mm³，可用金属或高强度的硬塑料制成；也可选用KBA标准机箱。该电子多用仪重量约7kg。

在机箱的前面板74上，设置了功能兼容的部分控制件和指示件。分别介绍如下：

整机电源开关77被按进处于ON位置，电源接通，电源指示灯76亮。

数字频率计内显/外测控制键78，按出该键为内显，频率计数字屏显示本机信号源输出信号频率，按进该键则显示外测输入信号频率。测频输入插座82，外测信号由该插座输入，测试输入信号频率。10M/100M控制键为外测频率频段控制键79，被测信号频率约在10MHz以上，按进该键，信号从机内高频段通道送入；被测信号约在10MHz或10MHz以下，按出该键，被测信号从机内低频段通道送入，该通道适合测量各种脉冲信号频率。频率计闸门时间选择控制键80，一般将中间“1”按进，也可根据测量需要选择使用“10”或“0.01”，选择不同的闸门时间，有不同的计数速度和显示频率分辨率。数字频率计八位数码显示屏81，既是外测信号显示屏，又是输出数字信号(TTL，CMOS)和输出函数信号()频率显示屏、小数点与闸门时间选择相应后自动移位。读数单位为“KHz”。

TTL/CMOS逻辑状态测试选择控制键83，按出该键，测试TTL数字电路被测点的逻辑状态；按进该键，测试CMOS数字电路被测点的逻辑状态。逻辑状态输入插座85，由此输入被测电路逻辑状态时的信号，以带Q9插头的同轴电缆连线连接。逻辑状态指示灯84，高电平H指示，红灯亮；低电平L指示，绿灯亮；有脉冲串通过，P白灯亮(白透红)，其输入端处于高阻状态H、L、P全部熄灭。TTL或CMOS信号由数字信号输出插座86输出。CMOS/TTL数字信号输出选择键88，按进CMOS键，输出CMOS信号；按进TTL输出TTL信号，二者全按出，则切断数字信号输出。

函数频调/数字频调旋钮(电位器)87为复合旋钮，红色旋钮为数字信号频率调整，关断开关其输出数字信号为点频信号；开关接通，输出数字信号频率为连续调整状态。灰色套钮为函数信号频率调节。数字信号点频工作状态时(关断数字频调)，由输出信号频率波段开关89转动位置控制输出信号点频，其输出点频频率与该开关指示值相一致。数字信号连续频率工作状态(接通数字频调)，则从开关89的位置指示频率值起可连续调节到较低位指示值(即1/10)。函数信号输出时，按下函数信号输出波形选择控制键90中所标波形键，输出端即获得该波形信号，同时频率计内显状态出现频率显示数值。从函数信号输出插座91输出的函数信号，可以通过函数信号幅度电平调节旋钮92调节其函数直流电平和幅度。

弹性接线孔93、95、96、98分别接直流稳压电源输出的－5V、+5V、+(1.25～30)V、－(1.25～30)V电压，弹性接线孔94、97分别接直流稳压电源±5V，±(1.25～30)V输出的地电位。对应的各路直流稳压电源指示灯为99。调节电压的旋钮100为复合旋钮，红色小旋钮调节+(1.25～30)V，灰色套钮调节－(1.25～30)V。数字电压表外测输入高、低电位插孔102、101。按进103键，显示输出－(1.25～30)V电压值；按出103键，显示输出+(1.25～30)V电压值。按出104键为内显，显示±(1.25～30)V电压值；按进104键为外测，测量外输入直流电压值。显示屏105显示数字电压表数码，量程自动转换，小数点相应移位，读数单位为“V”。

该仪器机箱的后面板上还安装有+12V、－12V稳压电源输出接线端；±12V稳压电源输出地电位接线端；整机接地保护接线端(接大地)；220V/50Hz电源输入插座；整机输入电源保险丝座和蜂鸣器等。