第6章電壓測(cè)量為主的智能儀器

1、 6.1 智能化智能化DVM原理原理 6.2 智能化智能化DMM原理原理 6.3 智能化智能化RLC 測(cè)量?jī)x原理測(cè)量?jī)x原理 第第6章章 電壓測(cè)量為主的智能儀器電壓測(cè)量為主的智能儀器第第6章章 電壓測(cè)量為主的智能儀器電壓測(cè)量為主的智能儀器電壓測(cè)量是電子測(cè)量中最基本的測(cè)量?jī)?nèi)容，這電壓測(cè)量是電子測(cè)量中最基本的測(cè)量?jī)?nèi)容，這是因?yàn)槠渌娏亢头请娏康臏y(cè)量大多數(shù)是先轉(zhuǎn)化為是因?yàn)槠渌娏亢头请娏康臏y(cè)量大多數(shù)是先轉(zhuǎn)化為直流電壓，直流電壓， 爾后再進(jìn)行測(cè)量，所以電壓測(cè)量具有非爾后再進(jìn)行測(cè)量，所以電壓測(cè)量具有非常廣泛的意義。常廣泛的意義。識(shí)記：識(shí)記：智能智能DVM的典型結(jié)構(gòu)、智能的典型結(jié)構(gòu)、智能DVM的的 功能及主

2、要技術(shù)指標(biāo)功能及主要技術(shù)指標(biāo)理解：理解：智能智能DVM中的中的AD轉(zhuǎn)換技術(shù)、國(guó)轉(zhuǎn)換技術(shù)、國(guó) 產(chǎn)產(chǎn) HG1850微處理器微處理器DVM的組成原理的組成原理 及特點(diǎn)及特點(diǎn)應(yīng)用：應(yīng)用：1071型智能型智能DVM輸入電路的組成與設(shè)輸入電路的組成與設(shè) 計(jì)。計(jì)。6.1 智能化智能化DVM原理原理 6.1.1 概述概述一、一、 組成組成 智能智能DVM是指以微處理器為核心的數(shù)字電壓表。是指以微處理器為核心的數(shù)字電壓表。其中專(zhuān)用微型計(jì)算機(jī)部分包括微處理器芯片、存放其中專(zhuān)用微型計(jì)算機(jī)部分包括微處理器芯片、存放儀器監(jiān)控程序的存儲(chǔ)器儀器監(jiān)控程序的存儲(chǔ)器ROM和存放測(cè)量及運(yùn)算數(shù)據(jù)和存放測(cè)量及運(yùn)算數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器R

3、AM等。用于測(cè)量的輸入輸出設(shè)備有：輸?shù)?。用于測(cè)量的輸入輸出設(shè)備有：輸入電路、入電路、A/D轉(zhuǎn)換器、鍵盤(pán)、顯示器及標(biāo)準(zhǔn)儀用接轉(zhuǎn)換器、鍵盤(pán)、顯示器及標(biāo)準(zhǔn)儀用接口電路等。儀器內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，外部設(shè)備與總口電路等。儀器內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，外部設(shè)備與總線相連。線相連。一、一、 組成組成 一、一、 組成組成 智能智能DVM的測(cè)量過(guò)程大致分為三個(gè)主要階段：的測(cè)量過(guò)程大致分為三個(gè)主要階段：、在微處理器的控制下，被測(cè)電壓通過(guò)輸入電路、A/D轉(zhuǎn)換器的處理轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)字量，然后存入到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；、微處理器對(duì)采集的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理，例如計(jì)算平均值、減去零點(diǎn)漂移等；、顯示處理結(jié)果。上述整個(gè)工作過(guò)程都是在存放在

4、上述整個(gè)工作過(guò)程都是在存放在ROMROM中監(jiān)控程序的控制中監(jiān)控程序的控制下進(jìn)行的。下進(jìn)行的。 二、二、 智能智能DVM的功能及主要技術(shù)指標(biāo)的功能及主要技術(shù)指標(biāo) 1、數(shù)據(jù)處理功能及自動(dòng)測(cè)量功能等：、數(shù)據(jù)處理功能及自動(dòng)測(cè)量功能等： 標(biāo)定(AX+B) 、相對(duì)誤差() 、極限(LMT) 、 最大/最小 、比例 、統(tǒng)計(jì) 等數(shù)據(jù)處理功能； 自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換、自動(dòng)零點(diǎn)調(diào)整、自動(dòng)校準(zhǔn)、自動(dòng)診斷等自動(dòng)測(cè)量功能。 2、普通、普通DVM的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)：的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)： 量程、位數(shù)、測(cè)量準(zhǔn)確度、分辨率、輸入阻抗、輸入電流、測(cè)量速率等。 1 標(biāo)定標(biāo)定(AX+B) RAx+B 式中 ： R最后的顯示結(jié)果； x實(shí)際測(cè)量值； A

5、，B由面板鍵盤(pán)輸入的常數(shù)。 利用這一功能，可將傳感器輸出的測(cè)量值， 直接用實(shí)際的單位來(lái)顯示，實(shí)現(xiàn)標(biāo)度變換。數(shù)據(jù)處理功能數(shù)據(jù)處理功能 2 相對(duì)誤差相對(duì)誤差()式中：式中： n 為由面板鍵盤(pán)輸入的標(biāo)稱(chēng)值。為由面板鍵盤(pán)輸入的標(biāo)稱(chēng)值。 利用這一功能，可把測(cè)量結(jié)果與標(biāo)稱(chēng)值的差值以百分率偏差的形式顯示出來(lái)，適用于元件容差校驗(yàn)。%100nnxR 3 極限極限(LMT) 即上下限報(bào)警功能。利用這一功能可以了解被測(cè)量是否超即上下限報(bào)警功能。利用這一功能可以了解被測(cè)量是否超越預(yù)置極限的情況。越預(yù)置極限的情況。 使用前，應(yīng)先通過(guò)面板鍵盤(pán)輸入上極限值 H 和下極限值 L。測(cè)量時(shí)， 在顯示測(cè)量值 x 的同時(shí)，還將顯示標(biāo)

6、志字H，L 或P， 表明測(cè)量結(jié)果超上限、超下限或通過(guò)。 數(shù)據(jù)處理功能數(shù)據(jù)處理功能 4 最大最大/最小最小 利用此項(xiàng)功能能對(duì)一組測(cè)量值進(jìn)行處理，利用此項(xiàng)功能能對(duì)一組測(cè)量值進(jìn)行處理， 求出其中的最大求出其中的最大值和最小值并存儲(chǔ)起來(lái)。值和最小值并存儲(chǔ)起來(lái)。 在程序運(yùn)行過(guò)程中一般只顯示現(xiàn)行測(cè)量值， 在設(shè)定的一組測(cè)量進(jìn)行完畢之后， 再顯示這組數(shù)據(jù)中的最大值和最小值。 5 比例比例 指測(cè)量值與某指測(cè)量值與某參考參考值之間的關(guān)系，有三種表達(dá)形式。值之間的關(guān)系，有三種表達(dá)形式。 式中式中 : r 為由面板輸入的參考量。為由面板輸入的參考量。第一種表達(dá)形式為簡(jiǎn)單比例；第一種表達(dá)形式為簡(jiǎn)單比例；第二種為對(duì)數(shù)比，

7、第二種為對(duì)數(shù)比， 單位為單位為dB，這是電學(xué)、聲學(xué)常用的單，這是電學(xué)、聲學(xué)常用的單位；位；第三種是將測(cè)量值平方后除以第三種是將測(cè)量值平方后除以r， 其用途之一就是用瓦或其用途之一就是用瓦或毫瓦為單位直接顯示負(fù)載電阻毫瓦為單位直接顯示負(fù)載電阻r上的功率。上的功率。數(shù)據(jù)處理功能數(shù)據(jù)處理功能rxRrxRrxR2lg20 6統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)利用此項(xiàng)功能，利用此項(xiàng)功能， 直接顯示多次測(cè)量值的統(tǒng)計(jì)運(yùn)算結(jié)果，直接顯示多次測(cè)量值的統(tǒng)計(jì)運(yùn)算結(jié)果， 常常見(jiàn)的統(tǒng)計(jì)有：平均值、方差值、標(biāo)準(zhǔn)差值、均方值等。見(jiàn)的統(tǒng)計(jì)有：平均值、方差值、標(biāo)準(zhǔn)差值、均方值等。 數(shù)據(jù)處理功能數(shù)據(jù)處理功能智能智能DVM一般都具有自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換、自動(dòng)零點(diǎn)調(diào)

8、整、自動(dòng)一般都具有自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換、自動(dòng)零點(diǎn)調(diào)整、自動(dòng)校準(zhǔn)、自動(dòng)診斷等功能，并配有標(biāo)準(zhǔn)接口。這些功能在第校準(zhǔn)、自動(dòng)診斷等功能，并配有標(biāo)準(zhǔn)接口。這些功能在第4章和章和第第5章中已做過(guò)討論。章中已做過(guò)討論。 自動(dòng)測(cè)量等功能自動(dòng)測(cè)量等功能 (1)量程量程為擴(kuò)大測(cè)量范圍，為擴(kuò)大測(cè)量范圍， 智能智能DVM借助于分壓器和輸入放大器分借助于分壓器和輸入放大器分為若干個(gè)量程，為若干個(gè)量程， 其中既不放大也不衰減的量程稱(chēng)為基本量程。其中既不放大也不衰減的量程稱(chēng)為基本量程。 普通普通DVMDVM的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)(2)位數(shù)位數(shù) 智能智能DVM的位數(shù)是以完整的顯示位（能夠顯示的位數(shù)是以完整的顯示位（能夠顯示0

9、9十個(gè)數(shù)十個(gè)數(shù)碼的顯示位）來(lái)定義的。例如最大顯示數(shù)為碼的顯示位）來(lái)定義的。例如最大顯示數(shù)為9999，19999，11999的的DVM稱(chēng)四位表。為區(qū)別起見(jiàn)，常常也把最大顯示數(shù)為稱(chēng)四位表。為區(qū)別起見(jiàn)，常常也把最大顯示數(shù)為19999，11999的的DVM稱(chēng)為稱(chēng)為4 位半數(shù)字電壓表。位半數(shù)字電壓表。位數(shù)是表征位數(shù)是表征DVM性能的一個(gè)最基本的參量。通常將高于五性能的一個(gè)最基本的參量。通常將高于五位數(shù)字的位數(shù)字的DVM稱(chēng)為高精度稱(chēng)為高精度DVM。 (3)測(cè)量準(zhǔn)確度測(cè)量準(zhǔn)確度測(cè)量準(zhǔn)確度常用絕對(duì)誤差的形式來(lái)表示，其表達(dá)式為測(cè)量準(zhǔn)確度常用絕對(duì)誤差的形式來(lái)表示，其表達(dá)式為 式中：式中： a誤差的相對(duì)項(xiàng)系數(shù)；誤差

10、的相對(duì)項(xiàng)系數(shù)； b誤差的固定項(xiàng)系數(shù)；誤差的固定項(xiàng)系數(shù)； UX 測(cè)量電壓的指示值；測(cè)量電壓的指示值； Um 測(cè)量電壓的滿(mǎn)度值。測(cè)量電壓的滿(mǎn)度值。 DVM的測(cè)量準(zhǔn)確度與量程有關(guān)，的測(cè)量準(zhǔn)確度與量程有關(guān)， 其中基本量程的測(cè)量準(zhǔn)其中基本量程的測(cè)量準(zhǔn)確度最高。確度最高。 普通普通DVMDVM的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo) = a%Uxb%Um (4)分辨率分辨率 分辨率即能顯示輸入電壓最小增量的能力，通常以使顯示分辨率即能顯示輸入電壓最小增量的能力，通常以使顯示器末位跳一個(gè)字所需輸入的最小電壓值來(lái)表示。器末位跳一個(gè)字所需輸入的最小電壓值來(lái)表示。分辨率與量程及位數(shù)有關(guān)，量程愈小位數(shù)愈多，分辨率就愈高。DVM

11、 通常以?xún)x器最小量程的分辨率來(lái)代表儀器的分辨率，例如最小量程為1V的4 位DVM的分辨率為 100V。普通普通DVMDVM的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)(5)輸入阻抗輸入阻抗Zi輸入阻抗輸入阻抗Zi 是指從是指從DVM兩個(gè)輸入端子看進(jìn)去的等效電阻。兩個(gè)輸入端子看進(jìn)去的等效電阻。輸入阻抗愈高，由儀表引入的誤差就愈小。同時(shí)儀器對(duì)被測(cè)電路的影響也就愈小。 (6)輸入電流輸入電流I0 輸入電流輸入電流I0 是指儀器內(nèi)部產(chǎn)生并表現(xiàn)于輸入端的電流，它是指儀器內(nèi)部產(chǎn)生并表現(xiàn)于輸入端的電流，它的大小隨溫度和濕度的不同而變化，而與被測(cè)信號(hào)的大小無(wú)關(guān)，的大小隨溫度和濕度的不同而變化，而與被測(cè)信號(hào)的大小無(wú)關(guān)，其方向是

12、隨機(jī)的。其方向是隨機(jī)的。這個(gè)電流將會(huì)通過(guò)信號(hào)源內(nèi)阻建立一個(gè)附加的電壓，而形這個(gè)電流將會(huì)通過(guò)信號(hào)源內(nèi)阻建立一個(gè)附加的電壓，而形成誤差電壓，所以輸入電流愈小愈好。成誤差電壓，所以輸入電流愈小愈好。 普通普通DVMDVM的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)(7)測(cè)量速率測(cè)量速率 以每秒的測(cè)量次數(shù)來(lái)表示，以每秒的測(cè)量次數(shù)來(lái)表示，或者以每次測(cè)量所需的時(shí)間來(lái)表示。或者以每次測(cè)量所需的時(shí)間來(lái)表示。 6.1.2 輸入電路輸入電路 輸入電路主要由輸入衰減器、輸入放大器、有源濾波器、輸入電路主要由輸入衰減器、輸入放大器、有源濾波器、輸入電流補(bǔ)償電路等部分組成。輸入電路的主要作用是提高輸輸入電流補(bǔ)償電路等部分組成。輸入電路

13、的主要作用是提高輸入阻抗和實(shí)現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換。入阻抗和實(shí)現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換。常常將常常將DVM的輸入電路和的輸入電路和A/D轉(zhuǎn)換器兩部分電路合稱(chēng)為模轉(zhuǎn)換器兩部分電路合稱(chēng)為模擬部分。擬部分。DVM的許多技術(shù)指標(biāo)都是由模擬部分來(lái)決定的。無(wú)論的許多技術(shù)指標(biāo)都是由模擬部分來(lái)決定的。無(wú)論一臺(tái)智能一臺(tái)智能DVM的功能有多么強(qiáng)大，其基本測(cè)量水平主要由模擬的功能有多么強(qiáng)大，其基本測(cè)量水平主要由模擬部分來(lái)決定。部分來(lái)決定。 下面以下面以DATRON公司公司1071型智能型智能DVM輸入電路為例對(duì)輸入輸入電路為例對(duì)輸入電路的組成原理進(jìn)行討論。電路的組成原理進(jìn)行討論。1071 型型DVM輸入電路主要由輸入衰輸入電路主要由輸入衰減

14、器、輸入放大器、有源濾波器、輸入電流補(bǔ)償電路及自舉電減器、輸入放大器、有源濾波器、輸入電流補(bǔ)償電路及自舉電路等部分組成。路等部分組成。 1071 1071 型型DVMDVM輸入電路主要由輸入衰減器、輸入放大輸入電路主要由輸入衰減器、輸入放大器、有源濾波器、輸入電流補(bǔ)償電路及自舉電路等部分器、有源濾波器、輸入電流補(bǔ)償電路及自舉電路等部分組成。組成。 有源濾波器有源濾波器是否接入由微處理器通過(guò)是否接入由微處理器通過(guò)I/OI/O接口電路實(shí)施控制，接口電路實(shí)施控制，該濾波器對(duì)該濾波器對(duì)50Hz 50Hz 的干擾有的干擾有54dB54dB的衰減。的衰減。 輸入放大器輸入放大器由直流自舉電路供電，以使放大

15、器的地線電壓和由直流自舉電路供電，以使放大器的地線電壓和電源電壓跟隨輸入信號(hào)而變化，即所謂電源電壓跟隨輸入信號(hào)而變化，即所謂“浮動(dòng)浮動(dòng)”的電源。的電源。 圖中，圖中，M32M32是高阻抗電壓跟隨器，它接在輸入放大器的反相輸入端，因此是高阻抗電壓跟隨器，它接在輸入放大器的反相輸入端，因此M32M32能精確地跟蹤輸入信號(hào)變化。能精確地跟蹤輸入信號(hào)變化。M32M32輸出接另兩個(gè)放大器的輸入端，從而達(dá)到輸出接另兩個(gè)放大器的輸入端，從而達(dá)到隨輸入信號(hào)變化而控制自舉電源輸出端，產(chǎn)生一個(gè)浮動(dòng)的隨輸入信號(hào)變化而控制自舉電源輸出端，產(chǎn)生一個(gè)浮動(dòng)的12V12V電源。電源。 這樣，輸入放大器工作點(diǎn)基本上不隨輸入信號(hào)

16、的變化而變化，這樣，輸入放大器工作點(diǎn)基本上不隨輸入信號(hào)的變化而變化， 這對(duì)提高放這對(duì)提高放大器的穩(wěn)定性及抗共模干擾能力等性能是很有益處的。大器的穩(wěn)定性及抗共模干擾能力等性能是很有益處的。 輸入電流補(bǔ)償電路輸入電流補(bǔ)償電路的作用的作用是減小輸入電流的影響。是減小輸入電流的影響。 自動(dòng)補(bǔ)償時(shí)，在輸入端接自動(dòng)補(bǔ)償時(shí)，在輸入端接入一個(gè)入一個(gè)10M10M電阻，這樣，輸入電阻，這樣，輸入電流電流 + I + I b b在該電阻上產(chǎn)生的在該電阻上產(chǎn)生的壓降經(jīng)壓降經(jīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換后存入到非易失轉(zhuǎn)換后存入到非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)，作為輸入電流的性存儲(chǔ)器內(nèi)，作為輸入電流的校正量。正常測(cè)量時(shí)，微處理校正量。正常測(cè)量時(shí)，

17、微處理器根據(jù)校正量送出適當(dāng)?shù)臄?shù)字器根據(jù)校正量送出適當(dāng)?shù)臄?shù)字到到D/AD/A轉(zhuǎn)換器并經(jīng)輸入電流補(bǔ)償轉(zhuǎn)換器并經(jīng)輸入電流補(bǔ)償電路產(chǎn)生一個(gè)與原來(lái)輸入電流電路產(chǎn)生一個(gè)與原來(lái)輸入電流 + I + I b b 大小相等方向相反的電大小相等方向相反的電流流 - I - I b b ，使兩者在放大器的，使兩者在放大器的輸入端相互抵消。輸入端相互抵消。 這項(xiàng)措施可以使儀器的零這項(xiàng)措施可以使儀器的零輸入電流減小到輸入電流減小到1pA1pA。 輸入電路的核心輸入電路的核心是由輸入衰減器和放大器組成的量程標(biāo)定電路，是由輸入衰減器和放大器組成的量程標(biāo)定電路，如圖所示。如圖所示。 繼電器繼電器S S控制控制10011001

18、衰減器是否接入。衰減器是否接入。VTVT5 5VTVT1010是模擬開(kāi)關(guān)，是模擬開(kāi)關(guān)，控制放大器不同的增益。它們?cè)诳刂菩盘?hào)的作用下，形成不同的通、控制放大器不同的增益。它們?cè)诳刂菩盘?hào)的作用下，形成不同的通、斷組態(tài)，構(gòu)成斷組態(tài)，構(gòu)成0.1V0.1V， 1V1V，10V10V，100V100V，1000V1000V五個(gè)量程狀態(tài)及自測(cè)五個(gè)量程狀態(tài)及自測(cè)試狀態(tài)。各組分析如下：試狀態(tài)。各組分析如下： S1.2S1.1100 k9.9 MHiLo100 kV9V1021.6 k9 kV6V51 k147 k 15 VV8V7Uo (1) 0.1 V(1) 0.1 V量程。量程。V8V8、V6V6導(dǎo)通，放大

19、電路被接成電壓負(fù)反饋導(dǎo)通，放大電路被接成電壓負(fù)反饋放大器，放大器， 其放大倍數(shù)其放大倍數(shù)A Af f及最大輸出電壓及最大輸出電壓U Uomaxomax分別為分別為 S1.2S1.1100 k9.9 MHiLo100 kV9V1021.6 k9 kV6V51 k147 k 15 VV8V7UoV6 .316 .311 . 06 .311196 .21omaxfUA (2) 1 V(2) 1 V量程。量程。V8V8、V10V10導(dǎo)通，此時(shí)放大電路被接成串聯(lián)負(fù)導(dǎo)通，此時(shí)放大電路被接成串聯(lián)負(fù)反饋放大器，其放大倍數(shù)反饋放大器，其放大倍數(shù)AfAf及最大輸出電壓及最大輸出電壓UomaxUomax分別為分別為

20、 S1.2S1.1100 k9.9 MHiLo100 kV9V1021.6 k9 kV6V51 k147 k 15 VV8V7UoV16.36 .3116 .3119196 .21omaxfUA (3) 10 V(3) 10 V量程。量程。7 7、V9V9導(dǎo)通，放大電路被接成跟隨器，放導(dǎo)通，放大電路被接成跟隨器，放大倍數(shù)為大倍數(shù)為1 1，然后輸出經(jīng)分壓，此時(shí)，然后輸出經(jīng)分壓，此時(shí) S1.2S1.1100 k9.9 MHiLo100 kV9V1021.6 k9 kV6V51 k147 k 15 VV8V7UoV16.3196 .211910omaxU (4) 100 V(4) 100 V量程。量

21、程。V8V8、V10V10導(dǎo)通，放大電路仍為串聯(lián)負(fù)反饋導(dǎo)通，放大電路仍為串聯(lián)負(fù)反饋放大器，同時(shí)繼電器開(kāi)關(guān)放大器，同時(shí)繼電器開(kāi)關(guān)S S吸合，使吸合，使10011001衰減器接入，此時(shí)衰減器接入，此時(shí)S1.2S1.1100 k9.9 MHiLo100 kV9V1021.6 k9 kV6V51 k147 k 15 VV8V7UoV6 .3119196 .211001100omaxU (5) 1000 V (5) 1000 V 量程。繼電器開(kāi)關(guān)量程。繼電器開(kāi)關(guān)S S吸合，使吸合，使10011001衰減器接衰減器接入，同時(shí)入，同時(shí)V7V7、V9V9導(dǎo)通，放大電路被接成跟隨器，并使輸出再經(jīng)導(dǎo)通，放大電路被

22、接成跟隨器，并使輸出再經(jīng)分壓，此時(shí)分壓，此時(shí) S1.2S1.1100 k9.9 MHiLo100 kV9V1021.6 k9 kV6V51 k147 k 15 VV8V7UoV6 .31196 .21191001100omaxU 由上述計(jì)算可見(jiàn)，送入由上述計(jì)算可見(jiàn)，送入A/DA/D轉(zhuǎn)換器的輸入規(guī)范電轉(zhuǎn)換器的輸入規(guī)范電壓為壓為 0 03.16 V3.16 V，同時(shí)，由于電路被接成串聯(lián)負(fù)反，同時(shí)，由于電路被接成串聯(lián)負(fù)反饋形式并且采用自舉電源，因此饋形式并且采用自舉電源，因此0.1 V0.1 V、 1 V1 V和和10 V10 V三擋量程的輸入電阻高達(dá)三擋量程的輸入電阻高達(dá)10 000 M10 00

23、0 M。10 V10 V和和1000 1000 V V擋量程由于接入衰減器，輸入阻抗降為擋量程由于接入衰減器，輸入阻抗降為10 M10 M。 當(dāng)當(dāng)V5V5、V6V6和和V8V8導(dǎo)通，繼電器開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，繼電器開(kāi)關(guān)S S吸合時(shí)，電路吸合時(shí)，電路組態(tài)為自測(cè)試狀態(tài)。此時(shí)放大器的輸出應(yīng)為組態(tài)為自測(cè)試狀態(tài)。此時(shí)放大器的輸出應(yīng)為-3.12 V-3.12 V。儀器在自診斷時(shí)測(cè)量該電壓，并與存儲(chǔ)的數(shù)值相比儀器在自診斷時(shí)測(cè)量該電壓，并與存儲(chǔ)的數(shù)值相比較。若兩者之差在較。若兩者之差在6%6%以?xún)?nèi)，即認(rèn)為放大器工作正常；以?xún)?nèi)，即認(rèn)為放大器工作正常； 否則視為故障，否則視為故障， 必須排除。必須排除。 6.1. 3 智能

24、智能 DVM中的中的AD 轉(zhuǎn)換技術(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) 高精度的智能高精度的智能DVM一般不直接采用集成一般不直接采用集成AD轉(zhuǎn)換器芯片，轉(zhuǎn)換器芯片，而是在一般而是在一般AD轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上，借助于軟件來(lái)形成高精度轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上，借助于軟件來(lái)形成高精度的的AD轉(zhuǎn)換器。其中，廣為采用的有多斜積分式轉(zhuǎn)換器。其中，廣為采用的有多斜積分式AD轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換器、Fluke公司提出的余數(shù)循環(huán)比較式公司提出的余數(shù)循環(huán)比較式AD轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換器、Solartron公公司提出的脈沖調(diào)寬式司提出的脈沖調(diào)寬式AD轉(zhuǎn)換器等。轉(zhuǎn)換器等。本節(jié)僅介紹：本節(jié)僅介紹：一、多斜積分式一、多斜積分式AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器二、脈沖調(diào)寬式二、脈沖調(diào)寬式AD轉(zhuǎn)

25、換器（略）轉(zhuǎn)換器（略） 多斜積分式多斜積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換器是在雙積分式轉(zhuǎn)換器是在雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上發(fā)轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。雙積分式展起來(lái)的。雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換器具有抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)，在采轉(zhuǎn)換器具有抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)，在采用零點(diǎn)校準(zhǔn)和增益校準(zhǔn)的前提下，其轉(zhuǎn)換精度也可以做得很高，用零點(diǎn)校準(zhǔn)和增益校準(zhǔn)的前提下，其轉(zhuǎn)換精度也可以做得很高， 但顯著的不足之處是轉(zhuǎn)換速度較慢，并且分辨率要求愈高，但顯著的不足之處是轉(zhuǎn)換速度較慢，并且分辨率要求愈高， 其轉(zhuǎn)換速度也就愈慢。由于比較器帶寬有限，因此不能簡(jiǎn)單地其轉(zhuǎn)換速度也就愈慢。由于比較器帶寬有限，因此不能簡(jiǎn)單地通過(guò)提高時(shí)鐘頻率來(lái)加快轉(zhuǎn)

26、換速度。如果采用軟件計(jì)數(shù)，則時(shí)通過(guò)提高時(shí)鐘頻率來(lái)加快轉(zhuǎn)換速度。如果采用軟件計(jì)數(shù)，則時(shí)鐘頻率的提高更是有限度的。除此之外，雙積分式鐘頻率的提高更是有限度的。除此之外，雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器還存在著還存在著“零區(qū)零區(qū)”等問(wèn)題。采用多斜積分式等問(wèn)題。采用多斜積分式A AD D轉(zhuǎn)換器可以較轉(zhuǎn)換器可以較好地改善轉(zhuǎn)換速度慢這個(gè)弱點(diǎn)，它的轉(zhuǎn)換速率分辨率乘積可比好地改善轉(zhuǎn)換速度慢這個(gè)弱點(diǎn)，它的轉(zhuǎn)換速率分辨率乘積可比傳統(tǒng)雙積分式傳統(tǒng)雙積分式A AD D提高二個(gè)數(shù)量級(jí)以上。下圖為多斜積分式提高二個(gè)數(shù)量級(jí)以上。下圖為多斜積分式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換波形圖。轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換波形圖。 一、一、 多斜積分式多斜積分式A

27、/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器圖圖 5-5 5-5 多斜積分式多斜積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換波形圖轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換波形圖(a) 三斜積分式；三斜積分式； (b) 四斜積分式四斜積分式 OOUoUoTTT1T22T21T21T1T22(a)(b)Tc采用三斜積分式采用三斜積分式A/D轉(zhuǎn)換器可以較好地改善轉(zhuǎn)換速度慢這轉(zhuǎn)換器可以較好地改善轉(zhuǎn)換速度慢這個(gè)弱點(diǎn)，它的轉(zhuǎn)換速率分辨率乘積可以比傳統(tǒng)雙積分式個(gè)弱點(diǎn)，它的轉(zhuǎn)換速率分辨率乘積可以比傳統(tǒng)雙積分式A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。三斜積分式換器提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。三斜積分式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換波形轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換波形是將雙積分式是將雙積分式A/D轉(zhuǎn)換的反向積分階段轉(zhuǎn)換的反

28、向積分階段T2分為（分為（a）所示的）所示的T21和和T22兩部分。兩部分。三斜積分式三斜積分式A AD D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器在在T21期間，積分器對(duì)基準(zhǔn)電壓期間，積分器對(duì)基準(zhǔn)電壓UR進(jìn)行積分，放電速度較進(jìn)行積分，放電速度較快；在快；在T22期間，積分器改為對(duì)較小的基準(zhǔn)電壓期間，積分器改為對(duì)較小的基準(zhǔn)電壓UR/2m進(jìn)行積分，進(jìn)行積分，放電速度較慢。在計(jì)數(shù)時(shí)，把計(jì)數(shù)器也分成兩段進(jìn)行計(jì)數(shù)。在放電速度較慢。在計(jì)數(shù)時(shí)，把計(jì)數(shù)器也分成兩段進(jìn)行計(jì)數(shù)。在T21期間，從計(jì)數(shù)器的高位（期間，從計(jì)數(shù)器的高位（2m位）開(kāi)始計(jì)數(shù)，設(shè)其計(jì)數(shù)值為位）開(kāi)始計(jì)數(shù)，設(shè)其計(jì)數(shù)值為N1；在；在T22期間，從計(jì)數(shù)器的低位（期間，從計(jì)數(shù)器的

29、低位（20位）開(kāi)始計(jì)數(shù)，設(shè)其計(jì)位）開(kāi)始計(jì)數(shù)，設(shè)其計(jì)數(shù)值為數(shù)值為N2。 則計(jì)數(shù)器中最后的讀數(shù)為則計(jì)數(shù)器中最后的讀數(shù)為 NN1 2mN2 在一次測(cè)量過(guò)程中，在一次測(cè)量過(guò)程中， 積分器上電容器的充電電荷與放電積分器上電容器的充電電荷與放電電荷是平衡的，電荷是平衡的， 則則 22R21R1x2|TUTUTUm其中：其中： 02220121,TNTTNT將上式加以整理，將上式加以整理， 可得可得 NTUNNTUTNUTNUTUmmmm2)2(22|0R210R02R01R1x將上式進(jìn)一步整理，可得三斜積分式將上式進(jìn)一步整理，可得三斜積分式A/D轉(zhuǎn)換器的基本關(guān)系式為轉(zhuǎn)換器的基本關(guān)系式為 NTTUUm10R

30、x2|上式中，如果取上式中，如果取m=7，時(shí)鐘脈沖周期，時(shí)鐘脈沖周期T0120s，基準(zhǔn)電，基準(zhǔn)電壓壓UR10 V，并希望把，并希望把12 V 被測(cè)電壓變換為被測(cè)電壓變換為N120 000碼讀碼讀數(shù)時(shí)，由上式可以計(jì)算出數(shù)時(shí)，由上式可以計(jì)算出T1 100 ms, 而傳統(tǒng)的雙積分式而傳統(tǒng)的雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器在相同的條件下所需要的積分時(shí)間轉(zhuǎn)換器在相同的條件下所需要的積分時(shí)間T115.36 s， 可見(jiàn)可見(jiàn)三斜積分式三斜積分式A/D轉(zhuǎn)換器可以使測(cè)量速度大幅度提高。轉(zhuǎn)換器可以使測(cè)量速度大幅度提高。 四斜積分式四斜積分式A AD D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 四斜積分式四斜積分式AD轉(zhuǎn)換器是為解決雙積分式和三斜積分式轉(zhuǎn)換

31、器是為解決雙積分式和三斜積分式AD轉(zhuǎn)換器存在的零區(qū)問(wèn)題而提出的。轉(zhuǎn)換器存在的零區(qū)問(wèn)題而提出的。解決的方法是：在取樣期結(jié)束時(shí)，先選用與被測(cè)電壓同極解決的方法是：在取樣期結(jié)束時(shí)，先選用與被測(cè)電壓同極性的基準(zhǔn)電壓積分一段固定的時(shí)間性的基準(zhǔn)電壓積分一段固定的時(shí)間Tc，以產(chǎn)生上沖波形，避開(kāi)，以產(chǎn)生上沖波形，避開(kāi)零區(qū)，然后再按上述三斜積分式零區(qū)，然后再按上述三斜積分式AD轉(zhuǎn)換的方法去進(jìn)行反向積轉(zhuǎn)換的方法去進(jìn)行反向積分，從而構(gòu)成四斜積分式分，從而構(gòu)成四斜積分式AD轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換波形如圖所示。轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換波形如圖所示。由于由于TC是固定的，因此該上沖使測(cè)量結(jié)果增加的數(shù)值也是固定是固定的，因此該上沖使測(cè)量結(jié)果

32、增加的數(shù)值也是固定的，這很容易用軟件的方法來(lái)扣除。的，這很容易用軟件的方法來(lái)扣除。下圖示出了四斜積分式下圖示出了四斜積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換器的原理框圖。積分器的轉(zhuǎn)換器的原理框圖。積分器的輸入端經(jīng)輸入端經(jīng)6 6個(gè)開(kāi)關(guān)分別與被測(cè)電壓、各種基準(zhǔn)電壓和模擬地相個(gè)開(kāi)關(guān)分別與被測(cè)電壓、各種基準(zhǔn)電壓和模擬地相接，由接，由6 6個(gè)個(gè)D D觸發(fā)器組成的輸出口實(shí)施對(duì)這些開(kāi)關(guān)的控制。觸發(fā)器組成的輸出口實(shí)施對(duì)這些開(kāi)關(guān)的控制。 微微處理器通過(guò)執(zhí)行輸出指令將不同的數(shù)據(jù)送往該輸出口，處理器通過(guò)執(zhí)行輸出指令將不同的數(shù)據(jù)送往該輸出口， 就可就可以使不同的開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)。以使不同的開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)。 S5S4 UR / 2mS3

33、UR / 2mS2 URS1URS0UxR積 分 器CUo絕 對(duì) 值 放大 器| x|COMP比 較 器 COMP比 較 器 UD0D7Q0Q1Q2Q3Q4Q5輸 出 口微 處 理 器 系 統(tǒng)顯 示三 態(tài) 反 相 器四斜積分式四斜積分式A AD D轉(zhuǎn)換控制流程圖轉(zhuǎn)換控制流程圖 脈沖調(diào)寬式脈沖調(diào)寬式A/DA/D轉(zhuǎn)換器是轉(zhuǎn)換器是SolartronSolartron公司的專(zhuān)利，它也是在公司的專(zhuān)利，它也是在雙積分式雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。脈沖調(diào)寬式轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。脈沖調(diào)寬式A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器主要克服了雙積分式器主要克服了雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換器的不足之處。雙積分式

34、轉(zhuǎn)換器的不足之處。雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的不足之處為：積分器輸出斜波電壓的線性度有限，使雙換器的不足之處為：積分器輸出斜波電壓的線性度有限，使雙積分式積分式A/D A/D 轉(zhuǎn)換器的精度很難高于轉(zhuǎn)換器的精度很難高于0.01%0.01%；積分器式；積分器式A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器采樣是間斷的，采樣是間斷的， 不能對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。不能對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。 二、脈沖調(diào)寬式二、脈沖調(diào)寬式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器脈沖調(diào)寬式脈沖調(diào)寬式A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖轉(zhuǎn)換器原理框圖 COMP比較器積分器CR1R3門(mén)降門(mén)升可逆計(jì)數(shù)器緩沖器數(shù)據(jù)總線COMP比較器時(shí)鐘 U UR URR2Uf：強(qiáng)制方波Ux：被測(cè)信號(hào)

35、 U(a)(b)積分器輸入積分器輸出升脈沖降脈沖 U UUx加入假定假定T1和和T2分別代表在一個(gè)周期分別代表在一個(gè)周期T內(nèi)正負(fù)基準(zhǔn)接入的時(shí)間，內(nèi)正負(fù)基準(zhǔn)接入的時(shí)間， 根據(jù)電荷平衡原理，則有根據(jù)電荷平衡原理，則有 TTTRRUUtUCRtUCRtUCRTTT1221Rx0R20R20 x10d1d1d121若若R1R2，則，則 )(12TTTUURx 6.1.4 典型智能典型智能 DVM 介紹介紹 HG1850 DVM是在吸取諸多智能是在吸取諸多智能DVM某些特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)某些特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)具體情況自行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。它采用了合國(guó)內(nèi)具體情況自行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。它采用了8080A CPU，多斜

36、積，多斜積分式分式A/D轉(zhuǎn)換器，自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換，最大顯示數(shù)為轉(zhuǎn)換器，自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換，最大顯示數(shù)為112200?？捎糜凇？捎糜跍y(cè)量測(cè)量10V至至1000V的直流電壓，主要技術(shù)指標(biāo)如表。的直流電壓，主要技術(shù)指標(biāo)如表。 以國(guó)產(chǎn)以國(guó)產(chǎn)HG1850 DVMHG1850 DVM為代表介紹智能為代表介紹智能DVMDVM的組成原理及特點(diǎn)。的組成原理及特點(diǎn)。 一、一、 概述概述 在自校準(zhǔn)方面：吸取了在自校準(zhǔn)方面：吸取了HP3455A DVM的優(yōu)點(diǎn)，使儀器每隔的優(yōu)點(diǎn)，使儀器每隔三分鐘便自動(dòng)進(jìn)行一次自校準(zhǔn)，保證了測(cè)量的準(zhǔn)確度和長(zhǎng)期穩(wěn)三分鐘便自動(dòng)進(jìn)行一次自校準(zhǔn)，保證了測(cè)量的準(zhǔn)確度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性；定性； 在自檢方面：借鑒了在

37、自檢方面：借鑒了Fluke 8500A DVM的做法，用戶(hù)可隨的做法，用戶(hù)可隨時(shí)按下面板上的自檢鍵使儀器進(jìn)行自檢，若某一部分出現(xiàn)故障，時(shí)按下面板上的自檢鍵使儀器進(jìn)行自檢，若某一部分出現(xiàn)故障，顯示器將顯示故障代碼，為儀器的維修提供了方便；顯示器將顯示故障代碼，為儀器的維修提供了方便； 在數(shù)據(jù)處理方面，參考了在數(shù)據(jù)處理方面，參考了Solartron 7055 DVM所采用的方所采用的方法并加以改進(jìn)，使用戶(hù)不僅可以通過(guò)面板上的功能鍵對(duì)測(cè)量結(jié)法并加以改進(jìn)，使用戶(hù)不僅可以通過(guò)面板上的功能鍵對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行正常運(yùn)算，還允許用戶(hù)根據(jù)需要通過(guò)操作鍵盤(pán)編寫(xiě)出各果進(jìn)行正常運(yùn)算，還允許用戶(hù)根據(jù)需要通過(guò)操作鍵盤(pán)編寫(xiě)出各

38、種數(shù)據(jù)處理程序。種數(shù)據(jù)處理程序。HG1850 DVM HG1850 DVM 吸取了諸多智能吸取了諸多智能DVMDVM的某些特點(diǎn)的某些特點(diǎn): :HG1850 DVMHG1850 DVM原理框圖如圖所示。圖中上半部分為模擬部分，下半部分為數(shù)字原理框圖如圖所示。圖中上半部分為模擬部分，下半部分為數(shù)字部分。模擬部分中的輸入放大器和部分。模擬部分中的輸入放大器和A AD D轉(zhuǎn)換器是保證儀器精度等技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)換器是保證儀器精度等技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵部件，為了免受干擾，儀器的模擬部分和數(shù)字部分在電氣上采取相互隔離的措施，部件，為了免受干擾，儀器的模擬部分和數(shù)字部分在電氣上采取相互隔離的措施，兩部分分別單獨(dú)供電

39、，它們之間的信息通過(guò)光電耦合進(jìn)行傳遞。兩部分分別單獨(dú)供電，它們之間的信息通過(guò)光電耦合進(jìn)行傳遞。 測(cè)量模式：是測(cè)量模式：是HG1850 DVM最基本的工作方式，微處理器最基本的工作方式，微處理器根據(jù)用戶(hù)通過(guò)鍵盤(pán)選定的量程送出相應(yīng)的開(kāi)關(guān)量根據(jù)用戶(hù)通過(guò)鍵盤(pán)選定的量程送出相應(yīng)的開(kāi)關(guān)量(控制字控制字)，使，使輸入放大器組成相應(yīng)的組態(tài)。測(cè)量時(shí)，被測(cè)電壓首先經(jīng)輸入放輸入放大器組成相應(yīng)的組態(tài)。測(cè)量時(shí)，被測(cè)電壓首先經(jīng)輸入放大器進(jìn)入大器進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換器，然后轉(zhuǎn)換器，然后AD轉(zhuǎn)換器把放大器輸出的電壓轉(zhuǎn)換器把放大器輸出的電壓變成數(shù)字量存入到相應(yīng)的內(nèi)存單元。接著，微處理器將根據(jù)不變成數(shù)字量存入到相應(yīng)的內(nèi)存單元。接著，微處

40、理器將根據(jù)不同量程的參數(shù)并按照相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型、計(jì)算出正確的測(cè)量結(jié)果。同量程的參數(shù)并按照相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型、計(jì)算出正確的測(cè)量結(jié)果。一次測(cè)量結(jié)束后，程序自動(dòng)地返回去進(jìn)行下一次測(cè)量，如此不一次測(cè)量結(jié)束后，程序自動(dòng)地返回去進(jìn)行下一次測(cè)量，如此不斷地循環(huán)測(cè)量。斷地循環(huán)測(cè)量。自檢模式：自檢模式：“自檢自檢”鍵被按下時(shí)進(jìn)入。微處理器將按預(yù)定鍵被按下時(shí)進(jìn)入。微處理器將按預(yù)定程序檢查模擬單元各部分的工作狀態(tài)。若正常即顯示程序檢查模擬單元各部分的工作狀態(tài)。若正常即顯示“pass”字樣，然后返回到測(cè)量模式。若有故障，顯示器將顯示此故障字樣，然后返回到測(cè)量模式。若有故障，顯示器將顯示此故障的代碼，然后等待的代碼，然后等待

41、10s，再次檢查直至故障排除。，再次檢查直至故障排除。 HG1850HG1850具有測(cè)量、自檢、用戶(hù)程序、編程和自校五種工作模式。具有測(cè)量、自檢、用戶(hù)程序、編程和自校五種工作模式。 二、二、 整機(jī)工作流程整機(jī)工作流程 編程模式：編程模式：“編程編程”鍵被按下時(shí)進(jìn)入。用戶(hù)可以利用儀器面鍵被按下時(shí)進(jìn)入。用戶(hù)可以利用儀器面板的鍵盤(pán)編制所需要的計(jì)算程序。編程結(jié)束后，程序又返回到測(cè)板的鍵盤(pán)編制所需要的計(jì)算程序。編程結(jié)束后，程序又返回到測(cè)量模式中繼續(xù)進(jìn)行測(cè)量。量模式中繼續(xù)進(jìn)行測(cè)量。用戶(hù)程序模式：用戶(hù)程序模式：“用戶(hù)用戶(hù)”鍵被按下時(shí)進(jìn)入。用戶(hù)程序是按使鍵被按下時(shí)進(jìn)入。用戶(hù)程序是按使用者需要而事先編制并固化在

42、用者需要而事先編制并固化在ROMROM中的測(cè)量、控制或數(shù)據(jù)處理程中的測(cè)量、控制或數(shù)據(jù)處理程序。若要結(jié)束用戶(hù)程序模式而進(jìn)入測(cè)量模式，需要按下序。若要結(jié)束用戶(hù)程序模式而進(jìn)入測(cè)量模式，需要按下“返回返回”鍵。鍵。自校準(zhǔn)模式：每隔大約自校準(zhǔn)模式：每隔大約3min3min就自動(dòng)進(jìn)行一次自校準(zhǔn)。設(shè)立了就自動(dòng)進(jìn)行一次自校準(zhǔn)。設(shè)立了一個(gè)一個(gè)9 9比特二進(jìn)制自校計(jì)數(shù)器比特二進(jìn)制自校計(jì)數(shù)器M M。程序在每進(jìn)行一次測(cè)量之后。程序在每進(jìn)行一次測(cè)量之后M M增增1 1，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿(mǎn)時(shí)，即進(jìn)行了當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿(mǎn)時(shí)，即進(jìn)行了512512次測(cè)量次測(cè)量( (約約3min)3min)之后，使儀器自之后，使儀器自動(dòng)校準(zhǔn)一次。動(dòng)校準(zhǔn)一次

43、。HG1850 的整機(jī)工作流程如圖的整機(jī)工作流程如圖三、三、 鍵盤(pán)與編程模式鍵盤(pán)與編程模式 HG1850HG1850鍵盤(pán)分上下兩排，每排有十二個(gè)按鍵，為了使用戶(hù)了解當(dāng)前儀器的鍵盤(pán)分上下兩排，每排有十二個(gè)按鍵，為了使用戶(hù)了解當(dāng)前儀器的狀態(tài)，每個(gè)按鍵上方都設(shè)有一只狀態(tài)，每個(gè)按鍵上方都設(shè)有一只LEDLED作為鍵燈，以記憶該按鍵是否有效。這些作為鍵燈，以記憶該按鍵是否有效。這些按鍵大都用以表示各按鍵在不同模式下的意義。鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)圖如圖。按鍵大都用以表示各按鍵在不同模式下的意義。鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)圖如圖。 (1) “(1) “手動(dòng)手動(dòng)”、“連續(xù)連續(xù)”兩鍵為互鎖鍵。當(dāng)兩鍵為互鎖鍵。當(dāng)“連續(xù)連續(xù)”鍵被按鍵被按下時(shí)，測(cè)量

44、自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，即每測(cè)量一次顯示讀數(shù)就自動(dòng)更新一下時(shí)，測(cè)量自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，即每測(cè)量一次顯示讀數(shù)就自動(dòng)更新一次。當(dāng)次。當(dāng)“手動(dòng)手動(dòng)”鍵有效時(shí)，顯示器將隨每次按動(dòng)鍵有效時(shí)，顯示器將隨每次按動(dòng)“手動(dòng)手動(dòng)”鍵而更鍵而更新，若不按動(dòng)該鍵，顯示器的內(nèi)容將不再更新。新，若不按動(dòng)該鍵，顯示器的內(nèi)容將不再更新。 (2) (2) 、按鍵、按鍵“1” 1” 、“10” 10” 、“100” 100” 、“1000” 1000” 分別表分別表示示1V1V、10V10V、100V100V、1000V1000V量程鍵。他們與量程鍵。他們與“自動(dòng)自動(dòng)” ” 鍵為互鎖鍵。鍵為互鎖鍵。用于選擇測(cè)量量程。用于選擇測(cè)量量程。 (3)(

45、3)、 “ “遙測(cè)遙測(cè)”鍵為自鎖鍵。按下時(shí)，面板上的鍵均失去作鍵為自鎖鍵。按下時(shí)，面板上的鍵均失去作用，這時(shí)從后面板接入鍵盤(pán)將能實(shí)現(xiàn)遙控。再按一次用，這時(shí)從后面板接入鍵盤(pán)將能實(shí)現(xiàn)遙控。再按一次“遙測(cè)遙測(cè)”鍵，鍵，將使該鍵釋放，它的將使該鍵釋放，它的LEDLED指示燈熄滅，前面板鍵盤(pán)各鍵重新生效。指示燈熄滅，前面板鍵盤(pán)各鍵重新生效。測(cè)量模式：按鍵下方標(biāo)號(hào)表示該鍵的意義，用法和普通測(cè)量模式：按鍵下方標(biāo)號(hào)表示該鍵的意義，用法和普通DVMDVM類(lèi)似類(lèi)似 (4) (4) 顯示位數(shù)鍵顯示位數(shù)鍵 和和 也為互鎖鍵。當(dāng)也為互鎖鍵。當(dāng) 鍵按下時(shí)鍵按下時(shí)位數(shù)為四位半，位數(shù)為四位半，但測(cè)量速度快；當(dāng)鍵按下時(shí)，顯示數(shù)

46、為五位半，但測(cè)量速度但測(cè)量速度快；當(dāng)鍵按下時(shí)，顯示數(shù)為五位半，但測(cè)量速度減慢。減慢。 (5) “(5) “自檢自檢”鍵按動(dòng)后，儀器將暫時(shí)脫離測(cè)量模式而進(jìn)行自鍵按動(dòng)后，儀器將暫時(shí)脫離測(cè)量模式而進(jìn)行自檢。檢。 (6) “(6) “計(jì)算計(jì)算”鍵為自鎖鍵。當(dāng)用戶(hù)編制了計(jì)算程序以后，按鍵為自鎖鍵。當(dāng)用戶(hù)編制了計(jì)算程序以后，按動(dòng)此鍵就能按照所編程序?qū)y(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理并顯示處理的結(jié)果，動(dòng)此鍵就能按照所編程序?qū)y(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理并顯示處理的結(jié)果，此時(shí)該鍵的此時(shí)該鍵的LEDLED指示燈亮。如果再按一次指示燈亮。如果再按一次“計(jì)算計(jì)算”鍵，則該鍵，則該LEDLED指指示燈熄滅，顯示器顯示測(cè)得的電壓值。示燈熄滅，顯示

47、器顯示測(cè)得的電壓值。 (7) “(7) “用戶(hù)用戶(hù)”鍵鍵”為自鎖鍵。按下該鍵為自鎖鍵。按下該鍵HG1850HG1850即進(jìn)入用戶(hù)程即進(jìn)入用戶(hù)程序。用戶(hù)程序已固化在儀器內(nèi)部。序。用戶(hù)程序已固化在儀器內(nèi)部。 214215214215測(cè)量模式：按鍵下方標(biāo)號(hào)表示該鍵的意義，用法和普通測(cè)量模式：按鍵下方標(biāo)號(hào)表示該鍵的意義，用法和普通DVMDVM類(lèi)似類(lèi)似(1) “(1) “檢查檢查”鍵用于檢查或修改程序。連續(xù)按動(dòng)該鍵顯示器將顯鍵用于檢查或修改程序。連續(xù)按動(dòng)該鍵顯示器將顯示程序內(nèi)容。示程序內(nèi)容。(2) “(2) “清除清除”鍵用于清除剛從鍵盤(pán)上送入的數(shù)據(jù)。鍵用于清除剛從鍵盤(pán)上送入的數(shù)據(jù)。(3) “R”(3)

48、 “R”鍵用于儀器直接顯示測(cè)量得到的結(jié)果。鍵用于儀器直接顯示測(cè)量得到的結(jié)果。(4) “F”(4) “F”鍵用于儀器顯示在鍵用于儀器顯示在RAMRAM區(qū)開(kāi)辟的中間寄存器中的內(nèi)容。區(qū)開(kāi)辟的中間寄存器中的內(nèi)容。(5) “SF”(5) “SF”鍵代表向寄存器鍵代表向寄存器F F存數(shù)。存數(shù)。(6) “(6) “”,“,“”，“”，“ ”“ ”，“l(fā)og” log” 代表加法、代表加法、乘法、除法、開(kāi)方和對(duì)數(shù)運(yùn)算。乘法、除法、開(kāi)方和對(duì)數(shù)運(yùn)算。(7) “0”(7) “0”，“1”1”，“9”9”，“”，“” ” 鍵用于鍵用于供編程時(shí)設(shè)置各種數(shù)據(jù)、正負(fù)號(hào)、小數(shù)點(diǎn)用。供編程時(shí)設(shè)置各種數(shù)據(jù)、正負(fù)號(hào)、小數(shù)點(diǎn)用。 編

49、程模式：按編程模式：按 “編程編程”鍵進(jìn)入。按鍵上方的標(biāo)號(hào)表示各鍵的意義鍵進(jìn)入。按鍵上方的標(biāo)號(hào)表示各鍵的意義6.2 智能化智能化 DMM 原理原理 識(shí)記：識(shí)記：DMM組成框圖、平均值轉(zhuǎn)換器和有效組成框圖、平均值轉(zhuǎn)換器和有效 值轉(zhuǎn)換器、歐姆轉(zhuǎn)換器和電流轉(zhuǎn)換器值轉(zhuǎn)換器、歐姆轉(zhuǎn)換器和電流轉(zhuǎn)換器理解：理解：71507151型可程控型可程控DMM的特點(diǎn)和的特點(diǎn)和 工作原理工作原理6.2 智能化智能化 DMM 原理原理 6.2.1 概述概述 數(shù)字多用表數(shù)字多用表(DMM) 指除能測(cè)量直流電壓外，還同時(shí)能測(cè)量交流指除能測(cè)量直流電壓外，還同時(shí)能測(cè)量交流電壓、電流和電阻等參數(shù)的數(shù)字測(cè)量?jī)x器。其組成框圖如圖電壓、

50、電流和電阻等參數(shù)的數(shù)字測(cè)量?jī)x器。其組成框圖如圖 交流電壓、電流和電阻的測(cè)量是通過(guò)交直流交流電壓、電流和電阻的測(cè)量是通過(guò)交直流(AC(ACDC)DC)轉(zhuǎn)換器、電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器、電流轉(zhuǎn)換器和歐姆轉(zhuǎn)換器先轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的直流電壓，然后再由和歐姆轉(zhuǎn)換器先轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的直流電壓，然后再由DVMDVM進(jìn)行電壓測(cè)量而實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)行電壓測(cè)量而實(shí)現(xiàn)的。因此，因此，DMMDMM實(shí)際是一種以實(shí)際是一種以DVMDVM為基礎(chǔ)的電子儀器。為基礎(chǔ)的電子儀器。 電 阻 / 直 流 電 壓 轉(zhuǎn) 換 器Rx直 流 電 流 / 電 壓 轉(zhuǎn) 換 器IxDVM交 / 直 流 電 壓 轉(zhuǎn) 換 器UU6.2.2 交直流轉(zhuǎn)換器交直流轉(zhuǎn)換器 DMM采

51、用的交直流轉(zhuǎn)換器主要有采用的交直流轉(zhuǎn)換器主要有平均值轉(zhuǎn)換器平均值轉(zhuǎn)換器和和有效值轉(zhuǎn)換器有效值轉(zhuǎn)換器。平均值平均值A(chǔ)CDC轉(zhuǎn)換器對(duì)交流電壓進(jìn)行有效值測(cè)量的方法是：轉(zhuǎn)換器對(duì)交流電壓進(jìn)行有效值測(cè)量的方法是：先測(cè)出交流信號(hào)的平均值，然后再根據(jù)波形因數(shù)換算出對(duì)應(yīng)的有先測(cè)出交流信號(hào)的平均值，然后再根據(jù)波形因數(shù)換算出對(duì)應(yīng)的有效值。交流信號(hào)的平均值由下式表示效值。交流信號(hào)的平均值由下式表示從交流電壓測(cè)量的角度來(lái)看，平均值是指經(jīng)過(guò)整流之后的平從交流電壓測(cè)量的角度來(lái)看，平均值是指經(jīng)過(guò)整流之后的平均值。否則，若被測(cè)交流信號(hào)為正弦波信號(hào)，則平均值為零。因均值。否則，若被測(cè)交流信號(hào)為正弦波信號(hào)，則平均值為零。因此，要取

52、得上式所表征的平均值此，要取得上式所表征的平均值 ，必須先求交流信號(hào)的絕對(duì)值，必須先求交流信號(hào)的絕對(duì)值，然后再取其平均值。然后再取其平均值。絕對(duì)值可用絕對(duì)值可用半波線性整流器半波線性整流器或或全波線性整流器全波線性整流器實(shí)現(xiàn)，平均值實(shí)現(xiàn)，平均值可用可用濾波器濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。一、平均值（一、平均值（AC/DC）電壓轉(zhuǎn)換器）電壓轉(zhuǎn)換器TiiodtuTuU01iu 放大器放大器A A2 2及二極管及二極管VDVD1 1，VDVD2 2等構(gòu)成了半波整流器，在輸入信等構(gòu)成了半波整流器，在輸入信號(hào)電壓的正半周，號(hào)電壓的正半周，VDVD1 1導(dǎo)通、導(dǎo)通、VDVD2 2截止，截止，B B點(diǎn)電壓為點(diǎn)電壓為0

53、 0；在負(fù)半周，；在負(fù)半周，VDVD1 1截止、截止、VDVD2 2導(dǎo)通，電流經(jīng)導(dǎo)通，電流經(jīng)R R7 7在在B B點(diǎn)產(chǎn)生正極性電壓。由于點(diǎn)產(chǎn)生正極性電壓。由于R R3 3R R4 4，因此在因此在B B點(diǎn)波形的幅度與輸入信號(hào)電壓相等，但極性相反。點(diǎn)波形的幅度與輸入信號(hào)電壓相等，但極性相反。一、平均值轉(zhuǎn)換器一、平均值轉(zhuǎn)換器半波線性平均值半波線性平均值A(chǔ)CACDCDC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 A1A1的作用是提高輸入阻抗和擴(kuò)大測(cè)量范圍。的作用是提高輸入阻抗和擴(kuò)大測(cè)量范圍。A3A3組成的有源濾組成的有源濾波放大器，實(shí)現(xiàn)平均值的計(jì)算。最后再將平均值按正弦波有效值波放大器，實(shí)現(xiàn)平均值的計(jì)算。最后再將平均值按正弦波有

54、效值進(jìn)行刻度進(jìn)行刻度( (或換算或換算) )，實(shí)現(xiàn)了對(duì)交流正弦信號(hào)的有效值測(cè)量。，實(shí)現(xiàn)了對(duì)交流正弦信號(hào)的有效值測(cè)量。 一、平均值轉(zhuǎn)換器一、平均值轉(zhuǎn)換器半波線性平均值半波線性平均值A(chǔ)CACDCDC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器把半波平均值轉(zhuǎn)換器中的把半波平均值轉(zhuǎn)換器中的A A，C C兩點(diǎn)通過(guò)電阻兩點(diǎn)通過(guò)電阻R R1010連接起來(lái)，連接起來(lái)，使輸入的交流電壓與倍的半波整流后電壓疊加，便可構(gòu)成全使輸入的交流電壓與倍的半波整流后電壓疊加，便可構(gòu)成全波平均值波平均值A(chǔ)CACDCDC轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。 全波線性平均值全波線性平均值A(chǔ)CACDCDC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 A3A3為有源濾波加法器，若暫不考慮電容為有源濾波加法器，若暫不考慮電

55、容C C的作用，的作用，A3A3為典型為典型的加法器；的加法器；C C的存在，使的存在，使A3A3同時(shí)也為有源濾波器，使它同時(shí)也能同時(shí)也為有源濾波器，使它同時(shí)也能進(jìn)行平均值處理。進(jìn)行平均值處理。 全波線性平均值全波線性平均值A(chǔ)CACDCDC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器二、二、 真有效值真有效值A(chǔ)CDC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 平均值平均值A(chǔ)CDC轉(zhuǎn)換器電路簡(jiǎn)單、成本低，廣泛應(yīng)用于低精轉(zhuǎn)換器電路簡(jiǎn)單、成本低，廣泛應(yīng)用于低精度度DMM中。但由于采用平均值轉(zhuǎn)換器的電壓表是按正弦有效值中。但由于采用平均值轉(zhuǎn)換器的電壓表是按正弦有效值進(jìn)行刻度的，所以，只有在測(cè)純凈的正弦電壓信號(hào)時(shí)，所顯示進(jìn)行刻度的，所以，只有在測(cè)純凈的正弦電壓信號(hào)

56、時(shí)，所顯示的結(jié)果才是正確的。的結(jié)果才是正確的。 高精度高精度DMMDMM廣泛采用真有效值轉(zhuǎn)換器，很少采用平均值轉(zhuǎn)換廣泛采用真有效值轉(zhuǎn)換器，很少采用平均值轉(zhuǎn)換器。真有效值轉(zhuǎn)換器輸出直流電壓線性地正比于被測(cè)各種波形器。真有效值轉(zhuǎn)換器輸出直流電壓線性地正比于被測(cè)各種波形交流信號(hào)的有效值，基本上不受輸入波形失真度的影響。交流信號(hào)的有效值，基本上不受輸入波形失真度的影響。真有效值真有效值A(chǔ)CACDCDC轉(zhuǎn)換器有轉(zhuǎn)換器有熱電式熱電式和和運(yùn)算式運(yùn)算式等幾種形式。熱等幾種形式。熱電式具有精度高、頻帶寬的優(yōu)點(diǎn)，但過(guò)載能力差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。電式具有精度高、頻帶寬的優(yōu)點(diǎn)，但過(guò)載能力差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。目前高精度智能目前高精度

57、智能DMMDMM采用的主要是運(yùn)算式。采用的主要是運(yùn)算式。一、平均值轉(zhuǎn)換器一、平均值轉(zhuǎn)換器二、二、 真有效值真有效值A(chǔ)CDC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 在數(shù)學(xué)上，有效值與均方根值是同義詞，可寫(xiě)成在數(shù)學(xué)上，有效值與均方根值是同義詞，可寫(xiě)成 運(yùn)算式有運(yùn)算式有直接運(yùn)算式直接運(yùn)算式和和隱含運(yùn)算式隱含運(yùn)算式兩種兩種直接運(yùn)算式是按有效值表達(dá)式逐一按步驟運(yùn)算的，其實(shí)現(xiàn)可直接運(yùn)算式是按有效值表達(dá)式逐一按步驟運(yùn)算的，其實(shí)現(xiàn)可用下圖所示的框圖來(lái)表示。用下圖所示的框圖來(lái)表示。 2i2iT0oudtuT1UCR平 方 電 路ui平 均 值 電 路開(kāi) 方 電 路Uo2iu二、二、 真有效值真有效值A(chǔ)CDC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 已知，則 隱含運(yùn)

58、算式的原理是根據(jù)直接運(yùn)算式推演而來(lái)的。隱含運(yùn)算式的原理是根據(jù)直接運(yùn)算式推演而來(lái)的。 2i2iT0oudtuT1U2i2ouUoioUuU2由上式可見(jiàn)，隱含運(yùn)算式只需一只平方器除法器和一只由上式可見(jiàn)，隱含運(yùn)算式只需一只平方器除法器和一只積分濾波器連接成閉環(huán)系統(tǒng)，就能完成有效值轉(zhuǎn)換。積分濾波器連接成閉環(huán)系統(tǒng)，就能完成有效值轉(zhuǎn)換。隱含運(yùn)算式有利于電路集成化，美國(guó)隱含運(yùn)算式有利于電路集成化，美國(guó)AD公司研制的公司研制的AD637就是按隱含運(yùn)算而設(shè)計(jì)的一款真有效值轉(zhuǎn)換器芯片。就是按隱含運(yùn)算而設(shè)計(jì)的一款真有效值轉(zhuǎn)換器芯片。 AD637精度優(yōu)于精度優(yōu)于0.1，是性能較好的集成真有效值轉(zhuǎn)換器芯片，是性能較好的

59、集成真有效值轉(zhuǎn)換器芯片 AD637AD637由絕對(duì)值電路、平方由絕對(duì)值電路、平方/ /除法器、低通濾波除法器、低通濾波/ /放大器和緩沖放大器和緩沖放大器組成。輸入放大器組成。輸入u ui i 經(jīng)絕對(duì)值電路轉(zhuǎn)換成單極性電流經(jīng)絕對(duì)值電路轉(zhuǎn)換成單極性電流I I1 1，加至平，加至平方方/ /除法器的一輸入端，平方除法器的一輸入端，平方/ /除法器另一輸入端的電流除法器另一輸入端的電流I I3 3由輸出由輸出電壓電壓U UO O提供，則平方提供，則平方/ /除法器的輸出為除法器的輸出為I I4 4I I1 12 2I I3 3。AD637精度優(yōu)于精度優(yōu)于0.1，是性能較好的集成真有效值轉(zhuǎn)換器芯片，是

60、性能較好的集成真有效值轉(zhuǎn)換器芯片 I I4 4再驅(qū)動(dòng)低通濾波再驅(qū)動(dòng)低通濾波/ /放大器，如果低通濾波器的放大器，如果低通濾波器的RCRC與輸入交流與輸入交流信號(hào)的周期相比足夠大，信號(hào)的周期相比足夠大，A A4 4的輸出電壓的輸出電壓U UO O正比于電流正比于電流I I4 4的平均值。的平均值。輸出電壓輸出電壓U UO O再經(jīng)外部電路送到再經(jīng)外部電路送到A A3 3的輸入端產(chǎn)生了電流的輸入端產(chǎn)生了電流I I3 3，I I3 3應(yīng)與應(yīng)與I I4 4的平均值相等。的平均值相等。I I3 3還要流入平方還要流入平方/ /除法器另一輸入端，完成下述隱除法器另一輸入端，完成下述隱含的有效值運(yùn)算。即含的有