数字电表实验.ppt

§2 §2 §2 §2 数字电表基本原理数字电表基本原理数字电表基本原理数字电表基本原理数数 字字 电电 表表 实实 验验1、了解数字电表的构成及基本原理了解数字电表的构成及基本原理2、学会万用表的正确使用学会万用表的正确使用3、、掌握分压、分流电路的设计原理并能将数字掌握分压、分流电路的设计原理并能将数字 电表进行正确改装电表进行正确改装§1 §1 §1 §1 实验目的实验目的实验目的实验目的在时间上和数量上都是连续的物理量称为在时间上和数量上都是连续的物理量称为模拟量模拟量§2 §2 §2 §2 数字电表基本原理数字电表基本原理数字电表基本原理数字电表基本原理在时间上和数量上都是离散的物理量称为在时间上和数量上都是离散的物理量称为数字量数字量数字量与模拟量不同数字量与模拟量不同，其幅值（大小）是不连续的其幅值（大小）是不连续的就是说数字量的大小只能是某些分立的数值就是说数字量的大小只能是某些分立的数值常见的物理量都是幅值大小连续变化的所谓常见的物理量都是幅值大小连续变化的所谓模拟量模拟量，如，，如，指针式仪表指针式仪表可以直接对模拟电压和电流进行显示。

可以直接对模拟电压和电流进行显示四位半四位半：：该表有该表有4 4位可以显示位可以显示0 0～～9 9的的数码管数码管, ,还有一位最高位是还有一位最高位是只能显示只能显示0 0和和1 1的数码管的数码管这个最高位如果是这个最高位如果是1 1，后，后4 4位是位是99999999，那么最大显示，那么最大显示数值：数值：1999919999四位半通用数字万用表四位半通用数字万用表基本量程基本量程：：<200mV><200mV>DCVDCV：直流电压：直流电压ACVACV：交流电压：交流电压DCADCA：直流电流：直流电流R R：电阻：电阻U UF F：二极管的正向导通电压：二极管的正向导通电压h hFEFE：：三极管放大倍数三极管放大倍数测量参数测量参数：：原理框图：原理框图：功能量程选择输入被测量LCD显示器HV A/D转换 数码变换ICL7107R/V转换I/V转换V/V转换参数转换电路UIN<200mV数字式电表：数字式电表：是将输入的模拟电信号是将输入的模拟电信号(V(V、、I I、、R)R)转化为电压信号转化为电压信号( (UIN<200mV )，通过模，通过模拟拟/ /数字转换器数字转换器(A/D(A/D转换器转换器) )转换成二进制数码，为了能直观地读出信号转换成二进制数码，为了能直观地读出信号大小的数值，数字信号需经过数码变换（译码）转换成十进制后由数码大小的数值，数字信号需经过数码变换（译码）转换成十进制后由数码管或管或 LCD LCD 液晶屏显示出来，再进行显示和处理（如存储、传输、打印、液晶屏显示出来，再进行显示和处理（如存储、传输、打印、运算等）。

数字测量仪表的核心是运算等）数字测量仪表的核心是模模/ /数（数（A/DA/D）转换器）转换器 A/DA/D模数转换电路的原理：模数转换电路的原理：当输入电压为当输入电压为Vx时，在一定时间时，在一定时间T1内对电量为零的电容器进行内对电量为零的电容器进行恒流充电（恒流电恒流充电（恒流电流的大小与待测电压流的大小与待测电压Vx成正比）成正比），这样电容器两极板之间的电量将随时间线性增，这样电容器两极板之间的电量将随时间线性增加，电容器上积累的电量加，电容器上积累的电量Q与被测电压与被测电压Vx成正比，成正比，T1时间到，充电结束；时间到，充电结束；然后转换开关，将参考电压反向加到电容器上，让其然后转换开关，将参考电压反向加到电容器上，让其恒流放电（恒流电流的大小恒流放电（恒流电流的大小与参考电压与参考电压Vref成正比）成正比），并开始计时，当电容器两端之间的电量线性减小直到，并开始计时，当电容器两端之间的电量线性减小直到减小为零时停止计数，得到计数值减小为零时停止计数，得到计数值N2，经后续转换后数字显示输出经后续转换后数字显示输出A/DA/D模数转换器：模数转换器：将将输入电压输入电压和和参考电压参考电压通过电容器恒流充放电联系在一起，参考通过电容器恒流充放电联系在一起，参考电压一定时，其所能测量的最大输入电压即一定，两者之间的关电压一定时，其所能测量的最大输入电压即一定，两者之间的关系为：系为：在数字电压表头（最大输入在数字电压表头（最大输入200 mV）前面加一级分压电路（分压器））前面加一级分压电路（分压器），可以扩展直流电压测量的量程。

如图所示，，可以扩展直流电压测量的量程如图所示，U0为数字电压表头的量为数字电压表头的量程（程（200 mV），）， r为其内阻（如为其内阻（如 10 MΩ），），r1、、r2为分压电阻，为分压电阻，U i0 为为扩展后的量程扩展后的量程分压电路原理图分压电路原理图由于由于r >> r2，所以分压比为，所以分压比为 扩展后的量程为扩展后的量程为: : 思考：思考：若若r2=1 KΩ, r1= 9 KΩ, U0=200 mV, 则则 Ui0= ？？ 直流电压直流电压 测量电路：测量电路： 直流电流直流电流 测量电路：测量电路： 测量电流的原理是：根据欧姆定律，用测量电流的原理是：根据欧姆定律，用合适的取样电阻把待合适的取样电阻把待 测电流转换为相应的电压测电流转换为相应的电压，再进行测量再进行测量 如图所示，由于电压表如图所示，由于电压表r>>R，所以，，所以， 取样电阻取样电阻R上的电压降为：上的电压降为： Ui=Ii · R 即被测电流：即被测电流： Ii=Ui / R电流测量原理图电流测量原理图 若数字表头的电压量程为若数字表头的电压量程为U0，欲使电流档量程为，欲使电流档量程为 I0，则该档的，则该档的取样电阻（也称分流电阻）为：取样电阻（也称分流电阻）为：R= U0 / I0思考：思考：如如U0= 200 mV，，若测量最大电流为若测量最大电流为 I0= 20 mA 的电流，则，取样电阻的电流，则，取样电阻R = ？？U0§3 §3 §3 §3 实验仪器介绍实验仪器介绍实验仪器介绍实验仪器介绍核心核心:是一个是一个三位半数字表头三位半数字表头，它由数字表专用，它由数字表专用A/D转换译码驱动集成电路、外围元转换译码驱动集成电路、外围元件、件、LED数码管构成。

该表头有数码管构成该表头有7个输入端，包括个输入端，包括2个测量电压输入端（个测量电压输入端（IN+、、IN-）、）、2个参考电压输入端（个参考电压输入端（Ur+、、Ur-）和）和3个小数点驱动输入端个小数点驱动输入端 电源开关电源开关数据保持按键开关数据保持按键开关HOLD量程开关量程开关（档位选择开关）（档位选择开关）四个输入端口：四个输入端口：四位半通用数字万用表四位半通用数字万用表一般数字万用表的一般数字万用表的V/Ω挡共用一挡共用一个表笔插孔，而个表笔插孔，而A挡单独用一个挡单独用一个插孔使用时应注意根据被测量插孔使用时应注意根据被测量调换插孔，否则可能造成测量错调换插孔，否则可能造成测量错误或仪表损坏误或仪表损坏当数字表头最高位显示当数字表头最高位显示“1”（或（或“-1”），），而其余位都不亮时，表明输入信号过大，而其余位都不亮时，表明输入信号过大，即超量程此时应尽快换大量程挡或减小即超量程此时应尽快换大量程挡或减小（断开）输入信号，避免长时间超量程断开）输入信号，避免长时间超量程 LCD液晶显示屏（液晶显示屏（Liquid Crystal Display））§4 §4 §4 §4 设计要求及数据记录表格设计要求及数据记录表格设计要求及数据记录表格设计要求及数据记录表格数据处理数据处理：：以数字表显示读数为横坐标，以万用表显示读数为纵坐标，以数字表显示读数为横坐标，以万用表显示读数为纵坐标，绘制校准曲线。

绘制校准曲线1．设计．设计0-200mv数字电压表一块；数字电压表一块；2．用四位半通用数字万用表校准所设计的数字电压表并绘制校准曲线；．用四位半通用数字万用表校准所设计的数字电压表并绘制校准曲线；3.利用分压电路将所设计的利用分压电路将所设计的200mv电压表进行改装，使其可以测量电压表进行改装，使其可以测量2V4. 待测电信号的电压；待测电信号的电压；200mv档直流电压表校准数据表数字表(mv)190.0170.0150.0130.0110.090.070.050.030.010.0万用表(mv)2v档直流电压表校准数据表数字表(v)1.9001.7001.5001.3001.1000.9000.7000.5000.3000.100万用表(v)4 如图所示接线，调节直流电压电流模块中的电位器，增大其输出电压，如图所示接线，调节直流电压电流模块中的电位器，增大其输出电压，使数字表的读数依次为使数字表的读数依次为10.0mV 、、20.0mV、、 40.0mV 、、 … 、、160.0mV、、180.0mV ；并同时记录下对应的万用表输出电压；并同时记录下对应的万用表输出电压。

5利用利用200mV档量程档量程数字电数字电表表测量测量2V的电压，请采用分压电路进行的电压，请采用分压电路进行 拨位开关拨位开关K1-4拨到拨到on，，K2-1拨到拨到on，其它拨到，其它拨到off 注意在测量时，务必在测量前确定线路连接正确，避免损坏仪器注意在测量时，务必在测量前确定线路连接正确，避免损坏仪器200mV档量程表的设计与校准：档量程表的设计与校准：1 拨位开关拨位开关K1-4拨到拨到on，，K2-3拨到拨到on，其它拨到，其它拨到off2 将将Ur+，，Ur-与与AD参考电压相接线参考电压相接线, 调节调节AD参考电压模块中的电位器，同参考电压模块中的电位器，同时用万用表时用万用表200mV档测量其输出电压值，直到万用表的示数为档测量其输出电压值，直到万用表的示数为100mV为为止，此时改装成止，此时改装成200mV档数字电压表档数字电压表3 将直流电压电流模块中的电位器将直流电压电流模块中的电位器逆时针旋转逆时针旋转到底使直流电源电压最小到底使直流电源电压最小1．教师讲课与介绍实验仪器期间不可随意摆弄、移动实验仪器！．教师讲课与介绍实验仪器期间不可随意摆弄、移动实验仪器！2．必须充分了解实验仪器面板各区块的结构、功能与注意事项方可连线；．必须充分了解实验仪器面板各区块的结构、功能与注意事项方可连线；3．必须充分了解实验仪器面板各区块的结构！．必须充分了解实验仪器面板各区块的结构！4．使用万用表时应避免损坏面板插孔与连线串接孔！．使用万用表时应避免损坏面板插孔与连线串接孔！§5 §5 §5 §5 注意事项注意事项注意事项注意事项。