一台正式产品数字万用表DT9205A部分零部件的焊接、安装和调试.doc

实训项目(论文)题 目 数字万用表的分析与制作 学生姓名 专业班级 所在院系　　 指导教师 完成日期 2011年6 月 10 日一.万用表实训的目的和要求1.1万用表实训的目的通过对一台正式产品数字万用表DT9205A部分零部件的焊接、安装和调试，让我们更好的了解电子产品的生产工艺流程，掌握常用元器件的识别和测试及电子产品生产基本操作技能，培养学生的动手能力1.2万用表实训的要求（1）能看懂数字万用表的原理框图、电原理图及装配图2）了解焊接过程中的注意事项3）熟练的掌握电阻、电容、二极管、三极管等元器件的识别和测量方法，掌握数字万用表的焊接、调试、装配工艺流程 （4）独立完成一台数字万用表的焊接、调试和安装5）分析、解决焊接和调试过程中所遇到的问题二.万用表的工作原理DT9205A 仪表主要部分的方框图如下图该仪表的心脏是一片大规模集成电路，该芯片（7106）内部包含双积分A/D 转换器，显示锁存器，七段译码器和显示驱动器，它的工作原理框图见下图。

第一阶段，输入仪表的电压或电流信号经过一个开关选择器转换成一个0 到199.9mV 的直流电压例如输入信号100VDC，就用1000：1 的分压器获得100.0mVDC；输入信号100VAC，首先整流为100VDC，然后再分压成100.0mVDC电流测量则通过选择不同阻值的分流电阻获得入端与比较器输出端短接，此时反映到比较器的总失调电压对自动调零电容CAZ充电,以补偿缓冲器，积分器和比较器本身的失调电压，可保证输入失调电压小于10uV，第三，基准电压VREF 向基准电容CREF 充电，使之被充到VREF，为反向积分做准备第二阶段，正向积分（亦称信号积分或采样）INT（integral）：此时SINT 闭合，SAZ 和SDE 断开，切断自动调零电路并去掉短路线，IN+，IN-端分别被接通，积分器和比较器开始工作被测电压VIN 经缓冲器和积分电阻后送至积分器积分器在固定时间T1 内，以VIN /（RINT-CINT）的斜率对VIN 进行定时积分令计数脉冲的频率为FCP，周期为TCP，则T1=1000 TCP当计数器计满1000 个脉冲数时，积分器的输出电压为 (1.1)式中，K 是缓冲放大器的电压放大系数，T1 也叫采样时间。

在正向积分结束时，VIN 的极性即被判定第三阶段，反向积分，亦称解积分DE（Decompose Integral）：在此阶段，SAZ，SINT 断开，SDE+，SDE-闭合控制逻辑在对VIN 进行极性判断之后，接通相应极性的模拟开关，将CREF 上已充好的基准电压接相反极性代替VIN，进行反向积分，斜率变成VREF/（RINT-CINT）经过时间T2，积分器的输出又回到零电平，参见示意图3，该图分别绘出对负极当反向积分结束时，有关系式 (1.2)将式（1.1）代入式（1.2）中整理后得到 (1.3)假定在T2 时间内计数值（即仪表显示值，不考虑小数点）为N，则T2 为N TCP，代入式（1.3）中得到 (1.4)分析式（1.4）可知，因T1，TCP，VREF 均是固定不变的，故计数值N 仅与被测电压VIN成正比，由此实现了模拟量-数字量转换在测量过程中，ICL7106 能自动完成下述循环自动调零----正向积分----反向积分----自动调零----A/D 转换器的时序波形如图3 所示，每个阶段的时间分配如下：自动调零时间：1000TCP-3000TCP正向积分时间T1：3000TCP-4000TCP（T1=1000TCP）反向积分时间T2：0-2000TCP每个A/D 转换周期为4000TCP，折合16000T0需作几点说明：a) 自动调零时间是可变的，必须等上一次反向积分结束后才开始。

举例说明，若在0-1850TCP 时间内完成反向积分（T2-1850Tcp），就从1851TCP-3000TCP 的时间内自动调零，此时调零时间为3000TCP -1851TCP=1149TCPb) T1 是固定不变的，T2 则随VIN 的大小而变化，因为T1/TCP=1000，选基准电压=VREF=100.0mV，所以由式（1.4）得到 （1.5）即 VIN=0.1N （1.6）只要将小数点定在十位后边便可直读结果满量程时N=2000，VIN=VM，由式（1.4）可导出满量程电压VM与基准电压的关系式VM=2VREF （1.7）显然，当VREF=100.0mV 时，VM=200mV，VERF=1000mV 时，VM=2V式（1.7）对ICL 系列3 1/2 位A/D 转换器均适用3 1/2 位DVM，DMM 的最大显示值为1999，满量程时将显示过载符号“1”c) 上述定时关系由7106 本身特性所决定，外界无法改变d) 为提高双积分数字仪表抑制工频干扰的能力，所选采样时间T1 应为工频周期的整倍数。

利用正向积分阶段对输入电压取平无均的特点，即可消除外界引入的工频干扰我国采50Hz 交流电网，其周期为20ms，应选T1=n·20ms （1.8）式中n=1，2，3…N 愈大，对串模干扰的抑制能力愈强，但A/D 转换时间延长，测量速率降低，例如可取时钟频率f0=40KHz，即T1=1000TCP=100ms，恰是20ms 的5 倍，欧美国家采用60Hz 交注电网，周期是16 2/3ms为抑制60Hz 干扰，可选f0=33 1/3KHz，40KHz，48KHz，60KHz 等实际上考虑到交流电网的频率也会有一定波动（例如在50±0.5Hz 范围内变化），一般情况下并不要求时钟频率严格等于规定值，允许有一定的偏差但时钟频率的稳定性应尽量高，否则在T1，T2 两个时间内TCP 不等，会影响转换准确度数字电路数字电路亦称逻辑电路，ICL7106 数字电路如图2 所示，数字电路如图2 所示，数字电路主要包括8 个单元电路（1）时钟振荡器，（2）分频器，（3）计数器，（4）锁存器，（5）译码器，（6）异或门相位驱动器，（7）控制逻辑，（8）3 1/2 位LCD 显示器，图中虚线框内表示7106 的数字电路，框外是外围电路。

1、双积分A/D 转换器采用TSC7106 型CMOS 单片3　位双积分式A/D 转换器，基本量程按200mV 设计.在原理图中，由R10、C8 与7106内部的反相器F1、F2 构成两级反相式阻容振荡器.实取R10=100KΩ，C8=100pF，代fO≈0.45/RC 得到时钟频率f0≈45.5kHz.可近似取48kHz.进而计算出仪表的测量速率F0/16000≈48kHz/16000=3 次/秒基准电压由R12、VR1、R13 组成的分压器.仔细调整电位器VR1，可使VREF=1000.0mV.因为基准电压源E.（V+-COM）的典型值为2.8V,当VR1 的滑动触头移至最下端a 点时Va=R13/（R12+VR1+R13）*E0=900/（30k+200+900）*2.8V=81.1mv而RP1 调至最上端b 点时Vb=（VR1+R13)/（R12+VR1+R13）*E0=(200+900)/（30k+200+900）*2.8V=134.4mV所以VR1 的电压调节范围是81.1-134.4mV,从中可以调出VREF=100.0mV.R08、C05 组成输入端的高频阻容滤波器，滤除高频干扰，R08 还起限流作用.C04 是自动调零电容，C03 为基准电容.R09、C07 分别是积分电阻和积分电容. 3 1/2 位液晶显示器的型号为FI0092，除数字显示外，还有负极性标志符显示.7106 的段驱动端（2-19 脚，22-25脚）、负极性驱动端POL（20 脚）和背电极端BP（21 脚），经导电橡胶条依次接至LCD 的相应引脚.2、自动关机及低电压指示电路自动关机电路由电源开关K2、电解电容器C01、单运放TL2904（IC2）、NPN 型晶体管9014（Q2）、PNP 型晶体管9015（Q1）所组成.TL2904 接成电压比较器，Q1 起开关作用，Q2 是推动管.电路的工作原理分析如下：当电源开关K2 拨至OFF 位置时，手动关机.9V 电池E 向C01 迅速充电，直到VC01=E.K2 拨于ON 时接通电源.此时IC2同相输入端（脚3）的电压V3=VC01.反相输入端（脚2）的电压由下式决定：V2=R03/(R01+R03)*E=220k/(1M+220k)*E=E/6 (2.1)随着C01 向R05 持续放电,VC01 逐渐降低,有公式VC01)=Ee-t/R05C01 (2.2)式中，t 为放电时间.令E=9V，代入式（2.1）中得到V2=1.5V，V2 即电压比较强的参考电压.显然，当VC01＞V2 时，IC4输出高电平，Q2 导通，进而使Q1 导通.电池E 经过Q1 的E-C 电极加至TSC7106 等的V+端，芯片正常工作.E 还经过D02给IC4 供电，D02 起隔离作用，避免VC01 与E 互相影响.当VC01＜1.5V 时，IC4 翻转，输出低电平，令Q2 和Q1 截止，切断V+的供电线路，使仪表停止工作.由此可见，R05和C01 在电路中起“定时器”的作用：关机后C01 充电，开机后C01向R05 放电，放电时间常数t=R05C01 决定自动关机时间的长短.将VC01（t）=1.5V，E=9V，R05=10MΩ，C01=47uF 一并代入式（2.2），很容易计算出自动关机电路的供电时间.因为1.5=9e-t/10M×47u故 t=470ln6=842s≈14min这表明，仪表大约工作14 分钟之后即可自动关机.若需重新测量，应先将K2 拨至OFF，再次对C01 充电，然后把K2拨回ON，就可以继续使用.分析式（2.2）可知，增大R60 的阻值，能增加工作时间；反之，减少R05 的阻值就缩短了工作时间.例如取R05=5.1MΩ时，经大约7 分钟就自动关机.3、直流电压测量电路利用电阻分压器可将基本量程为200mV 的表扩展成五量程直流数字电压表，五个电压量程分别是200mV、2V、20V、200V、1000V.图2.2 中R21-R26 为分压电阻，均采用误差为±0.5%的精密金属膜电阻.分压器的总阻值为1MΩ，各档的分压比由量程选择开关S2 来控制.需要说明两点：(1)为节省数字万用表中的元件，通常是借用多量程直流数字电压表的分压电阻作为数字欧姆表的标准电阻.对DT9205A 而言，直流电压为5 档，电阻却为6 档，因此至少需用6 只分压电阻.鉴于200mV 档分压电阻达9.0MΩ，选用配对电阻R21 和R22，二者串联可获得9.0MΩ的高阻.1000V 档分压电阻值应为1KΩ（R26），该档的分压比为1KΩ/10MΩ=1/10000,R65 还兼作200Ω档的标准电阻.（2）各电压档的输入电阻均为10MΩ.这是考虑到TSC7106 的输入电阻rIN=1010Ω=10000MΩ（典型值），在设计多量程数字电压表时，一般选仪表的输入电阻RIN=0.001rIN=10MΩ，使rIN＞＞RIN。