畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-智能化數(shù)字多用表的設(shè)計(jì)

本科畢業(yè)論文PAGEPAGEi本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目名稱智能化數(shù)字多用表的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名專業(yè)班級電信學(xué)號選題的目的和意義：智能儀器是計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子學(xué)、數(shù)字信號處理、人工智能、VLSI等新興技術(shù)與傳統(tǒng)的儀器儀表技術(shù)的結(jié)合。隨著專用集成電路、個人儀器等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，智能儀器將會得到更加廣泛的應(yīng)用。作為智能儀器核心部件的單片計(jì)算機(jī)技術(shù)是推動智能儀器向小型化、多功能化、更加靈活的方向發(fā)展的動力。可以預(yù)料，各種功能的智能儀器在不遠(yuǎn)的將來會廣泛地使用在社會的各個領(lǐng)域。國內(nèi)外研究綜述：近年來，智能化測量控制儀表的發(fā)展尤為迅速。國內(nèi)市場上已經(jīng)出現(xiàn)了多種多樣智能化測量控制儀表，例如，能夠自動進(jìn)行差壓補(bǔ)償?shù)闹悄芄?jié)流式流量計(jì)，能夠進(jìn)行程序控溫的智能多段溫度控制儀，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字PID和各種復(fù)雜控制規(guī)律的智能式調(diào)節(jié)器，以及能夠?qū)Ω鞣N譜圖進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)處理的智能色譜儀等。

國際上智能測量儀表更是品種繁多，例如，美國HONEYWELL公司生產(chǎn)的DSTJ-3000系列智能變送器，能進(jìn)行差壓值狀態(tài)的復(fù)合測量，可對變送器本體的溫度、靜壓等實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)償，其精度可達(dá)到±0.1％FS；美國RACA-DANA公司的9303型超高電平表，利用微處理器消除電流流經(jīng)電阻所產(chǎn)生的熱噪聲，測量電平可低達(dá)-77dB。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所用的方法：系統(tǒng)主要分為分析，硬件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況：[1]孫煥根.電子測量與智能儀器［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，1992[2]AlippiC,FerreroA,PiuriV.Antificialintelligenceforinstruments＆measurementapplication［J］.IEEEI&M,1998,(2).[3]趙新明.智能儀器原理及設(shè)計(jì)［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995.[4]沈蘭蓀.儀器儀表智能化的進(jìn)展［J］.測控技術(shù)，1999，18(1)：10-12.[5]互聯(lián)網(wǎng)指導(dǎo)教師審批意見：指導(dǎo)教師：（簽名）年月日目錄1前言 11.1課題概述 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.3論文研究任務(wù) 42智能化數(shù)字多用表的總體方案 62.1系統(tǒng)的性能指標(biāo)設(shè)計(jì) 62.1.1測量功能 62.1.2數(shù)值計(jì)算 62.1.3自動校準(zhǔn) 72.1.4其它功能 102.2總體方案設(shè)計(jì) 103硬件電路設(shè)計(jì) 133.1直流隔離放大器 133.2A/D轉(zhuǎn)換器 153.2.1轉(zhuǎn)換原理 153.2.2轉(zhuǎn)換器電路 183.3交直流轉(zhuǎn)換器 203.3.1前置放大器 213.3.2真有效值轉(zhuǎn)換電路 213.4其它模擬電路 243.4.1歐姆轉(zhuǎn)換器 243.4.2電流轉(zhuǎn)換器 253.4.3雙層屏蔽與模擬接口 263.4.4功能選擇 293.5數(shù)字電路 303.5.1微處理器和存儲器 303.5.2A/D轉(zhuǎn)化器的數(shù)字部分 303.5.3鍵盤和顯示器電路 343.5.4GP-IB接口 344軟件設(shè)計(jì) 364.1系統(tǒng)軟件 364.2自測試 365結(jié)論與展望 41致謝 42參考文獻(xiàn) 43附錄：智能化數(shù)字多用表原理圖 441前言1.1課題概述由于許多物理量都需要轉(zhuǎn)換成電量以后方能進(jìn)行數(shù)字化測量，因此數(shù)字電壓表和數(shù)字多用表是應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的儀器。在微處理器問世以前已經(jīng)出現(xiàn)了許多不同類型的模數(shù)轉(zhuǎn)換方案，如：逐級反饋編碼型、單斜率V－T轉(zhuǎn)換型、V-F轉(zhuǎn)換型。雙斜積分型、多周期脈沖調(diào)寬型和兩次采樣型等各種模數(shù)轉(zhuǎn)換方案。這些方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。在激烈的產(chǎn)品競爭中，有些方案因有明顯缺陷而被淘汰，有些方案則不斷改進(jìn)，以適應(yīng)測量準(zhǔn)確度和分辨率不斷提高的要求。采用兩次采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換方案的SMA215型數(shù)字電壓表和Solartron公司采用多周期脈沖寬度調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換方案的7075型數(shù)字電壓表的測量準(zhǔn)確度分別達(dá)到10ppm和20ppm，可稱為當(dāng)時(shí)的佼佼者。與此同時(shí)，數(shù)字多用表的功能也不斷發(fā)展、完善，普通增加了自動量程轉(zhuǎn)換、串行輸出接口等能夠測量的電參數(shù)的數(shù)目也不斷增加。為了提高測量準(zhǔn)確度的長期穩(wěn)定性，自動校準(zhǔn)技術(shù)也得到了發(fā)展（例如Solartron公司的1490型數(shù)字電壓表）。然而這些成就的獲得是付出了巨大的代價(jià)的。數(shù)字電壓表和數(shù)字多用表的電路結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，生產(chǎn)、調(diào)試和維修的難度越來越大，而成本和售價(jià)則越來越高。微處理器的出現(xiàn)使數(shù)字多用表的研制有了新的發(fā)展。各公司紛紛投入人力和財(cái)力從事智能化多用表的研究工作，并且很快取得了成果。微處理器問世僅僅幾年以后，在1976～1978年間，采用不同方案的智能化數(shù)字多用表就紛紛不斷推出。例如：Solartron公司研制了采用多周期脈沖寬度調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換原理的7065型數(shù)字多用表，Datron公司研制了采用多斜積分模數(shù)轉(zhuǎn)換原理的1071型數(shù)字多用表，F(xiàn)luke公司研制了采用循環(huán)余數(shù)編碼模數(shù)轉(zhuǎn)換原理的8502型數(shù)字多用表等等。這些多用表充分發(fā)揮了微處理器的功能，大大提高了儀器的性能，他們測量直流電壓的準(zhǔn)確度都優(yōu)于20ppm。Solartron公司的7065型數(shù)字多用表不僅能夠測量直流電壓、交流電壓和電阻，而且還有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。然而，它的電路結(jié)構(gòu)比該公司在這之前研制的采用同一模數(shù)轉(zhuǎn)換方案（但不帶微處理器）的7075型數(shù)字電壓表要簡單的多。Datron公司的1071型數(shù)字多用表充分發(fā)揮了微處理器的數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)現(xiàn)了自動校準(zhǔn)功能。該儀器在校準(zhǔn)時(shí)，不需打開機(jī)箱，只要操作面板鍵盤就可以完成校準(zhǔn)工作。它還可以在外部計(jì)算機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)自動校準(zhǔn)，給人面目一新的感覺。經(jīng)過十多年的發(fā)展，智能化的數(shù)字多用表已日臻完善，成為一種最典型的智能儀器。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀測量、控制技術(shù)與儀表行業(yè)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)最早、成就最卓著的領(lǐng)域之一。在計(jì)算機(jī)誕生的最初年代，人們就開始利用計(jì)算機(jī)對測量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、加工處理。隨后出現(xiàn)的以小型機(jī)為基礎(chǔ)的自動測試系統(tǒng)，就可將各種參數(shù)、生產(chǎn)工況，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī)，使測量數(shù)據(jù)得到及時(shí)的處理、存儲和打印，并用來指導(dǎo)生產(chǎn)。在某些場合，數(shù)據(jù)處理的結(jié)果還直接用來干預(yù)生產(chǎn)過程，組成計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)。這些早期的計(jì)算機(jī)自動測量系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)在20世紀(jì)60年代末得到迅速發(fā)展，但由于當(dāng)時(shí)尚未出現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)，這類計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都程度不同地存在著體積大、價(jià)格高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差的弊病。難以大范圍推廣應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后，這種局面迅速轉(zhuǎn)變。一方面由于各種通用標(biāo)準(zhǔn)總線接口的出現(xiàn)，解決了儀表與儀表之間，儀表與計(jì)算機(jī)之間的統(tǒng)一連接問題，改善了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能與可靠性，促使以計(jì)算機(jī)為中心，由多臺可程控儀表組成的成套裝置大量涌現(xiàn)；另一方面，微電子技術(shù)的發(fā)展與微機(jī)的問世，使儀表由原來從屬于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的被動地位逐步發(fā)展與微機(jī)結(jié)合，相互滲透，并形成了儀表微機(jī)化的趨勢。以工業(yè)自動化儀表為例，經(jīng)歷過由機(jī)械式儀表到電動單元組合儀表，再到組裝式電子單元儀表的長時(shí)間發(fā)展過程，直至微機(jī)大量應(yīng)用后，才產(chǎn)生了為微機(jī)化工業(yè)自動化儀表（如集散系統(tǒng)的儀表），并正在發(fā)展適合現(xiàn)場總線控制、各種分布式控制和網(wǎng)絡(luò)控制的智能儀表。在我國，所謂微機(jī)化儀表，是指微機(jī)與傳統(tǒng)儀表有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。這種“內(nèi)藏”危機(jī)的儀表具有總線結(jié)構(gòu)和通信能力；能進(jìn)行許多自動處理和故障自診斷處理工作；應(yīng)用“以軟代硬”技術(shù)；促使儀表向結(jié)構(gòu)簡單化；體積縮小、功耗降低、功能增加、性能提高的方向發(fā)展。由于這些特點(diǎn)它能組成中大規(guī)模、高度自動化、高可靠性的系統(tǒng)，也為智能儀表奠定了基礎(chǔ)。1915年美國首先提出峰值電子電壓表的設(shè)計(jì)，1928年已達(dá)到商品化。20世紀(jì)50年代初期，儀器儀表取得了重大突破，數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn)使各種數(shù)字一起得以問世，將模擬儀器的精度、分辨力與測量速度提高了幾個量級。1952年美國NLS公司首先研制出電子管式4位數(shù)字電壓表。在測試新設(shè)計(jì)的便攜式電子產(chǎn)品時(shí)，常需要通宵達(dá)旦測試供電電池的工作壽命。最容易又省事的辦法是使用帶有串行接口的數(shù)字多用表（DMM）。用它測量能把結(jié)果儲存在PC機(jī)里，使用表內(nèi)的數(shù)據(jù)采集軟件或電子表格把電池的放電曲線繪制出來?，F(xiàn)今生產(chǎn)的DMM有許多“冷（cold）”特色，增強(qiáng)了它們的測量能力。除有串行口外，還有圖形顯示、雙行數(shù)字顯示、返回顯示、計(jì)算功率和測試信號?，F(xiàn)今的臺式也有許多特殊測量功能。有串行接口的DMM，如Tektronix公司生產(chǎn)的TX3型表，用軟件能觀察和記錄測量的結(jié)果，也可在PC機(jī)上顯示出記錄下來的電流或繪出測量結(jié)果曲線，串行電纜或軟件是任選件，而HCProtek公司的506型串行電纜是標(biāo)準(zhǔn)件?？蓮脑摴镜木W(wǎng)站上下載PC軟件。某些DMM本身具有圖形顯示器，不需借助PC機(jī)來觀察波形。Extech儀器公司的381270型多用示波表和Fluke公司的860系列波形DMM可以直接觀測波形。兩種表都有串行接口和任選的PC軟件。Extech公司的DMM帶寬100KHz的波形，而Fluke公司的DMM帶寬可達(dá)1MHz，860型DMM除測量和顯示波形外還能執(zhí)行計(jì)算。例如最小、最大值和平均值。測量AC時(shí)，常需要同時(shí)看到電壓值和頻率，或同時(shí)看到電壓和電流值，為測量電壓和頻率，也可選用B&KPrecision公司的2880A和2890A型表，后者能測頻率達(dá)200KHz。測量AC時(shí)，常要求測出功率，也就是說，既要測出電壓又要測出電流。則帶有微處理器的DMM出現(xiàn)之前，要分開測出電壓和電流，然后加上功率因數(shù)計(jì)算功率。現(xiàn)在只用一塊DMM便可測出這三種參數(shù)，如GMC儀器公司的MetroHit298型DMM。隨著微電子技術(shù)和微機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)、含微機(jī)的儀表專用集成電路、高級的測量與控制軟件和智能技術(shù)水平的不斷提高，加上先進(jìn)的工藝技術(shù)，儀表正進(jìn)一步提高其性能和功能，真正的智能儀表已經(jīng)形成。今后，智能儀表在其設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用等方面將會有更大的進(jìn)步和發(fā)展。1.3論文研究任務(wù)本設(shè)計(jì)的智能化數(shù)字多用表，采用微處理器控制、具有自動校準(zhǔn)功能，它由模擬電路和數(shù)字控制電路兩大部分組成，兩部分之間通過光電耦合傳輸信息。用A/D轉(zhuǎn)換、邏輯控制電路以及顯示器等組件來代替普通萬用表簡單的表頭。本課題的研究任務(wù)是:（１）實(shí)現(xiàn)測量直流電壓和電流、交流電壓和電流、電阻及比例；（２）數(shù)值計(jì)算功能；（３）自動校準(zhǔn)功能；（４）其他功能，如自測試，顯示測量值的允許誤差等。2智能化數(shù)字多用表的總體方案2.1系統(tǒng)的性能指標(biāo)設(shè)計(jì)2.1.1測量功能數(shù)字多用表應(yīng)可測量直流電壓和電流、交流電壓和電流、電阻及比例。（１）直流電壓：從0.1伏到l000伏分五個量程。最大顯示讀數(shù)為1，999，999。在“平均值”工作方式時(shí)，最大顯示讀數(shù)增加一倍，即19，999，999，俗稱7位半。在0.1伏量程檔的靈敏度為10nV。1伏和10伏量程為基本量程，其測量精度達(dá)3ppm讀數(shù)量1ppm滿度。（２）交流電壓（真有效值）：從0.1伏到1000伏分五個量程。最大顯示數(shù)為199，999。在1伏、10伏和100伏量程，在40Hz一5kHz頻率范圍內(nèi)；測量精度達(dá)0.02％讀數(shù)0.01％滿度。（３）直流電流：從100微安到1安培分五個量程。最大顯示數(shù)為199，999。在0.1—100mA量程，測量精度達(dá)：50ppm讀數(shù)20ppm滿度。（４）交流電流：量程設(shè)置和最大顯示數(shù)同直流電流功能。在45Hz一5kHz頻率范圍內(nèi)，精度達(dá)0.1％讀數(shù)0.025％滿度。（５）電阻測量：從l0歐到l0兆歐，分七個量程。最大顯示數(shù)為1，999，999。在0.1KΩ、1KΩ和10KΩ三量程的測量精度達(dá)5ppm讀數(shù)lppm滿度。（６）多用表還能測量兩個輸入信號的比例。2.1.2數(shù)值計(jì)算數(shù)字多用表應(yīng)具有下列計(jì)算功能：（１）（A-B）運(yùn)算：A、B可以是兩次測量結(jié)果，進(jìn)行相減得其差；B也可以是從鍵盤輸入的常數(shù)，把測量結(jié)果減去常數(shù)B后送顯示器顯示。（２）÷C：C值通過鍵盤輸入，將測量結(jié)果除C，并以％顯示。（３）最大／最小值測試：儀器將測試結(jié)果與存儲器中的最大／最小值進(jìn)行比較，當(dāng)有更大或更小的數(shù)值時(shí)，就取代存儲器中原存的最大和最小值。（４）極限：從鍵盤輸入上、下限的極限值，當(dāng)測量結(jié)果超過極限值時(shí)，在顯示值旁給以標(biāo)志顯示。（５）平均值：為提高測試精度，儀器對被測信號可測量多次，然后取其平均值。2.1.3自動校準(zhǔn)通過面板操作，可對儀器在任何一種功能、任意一個量程進(jìn)行輸入偏置電流、線性、增益、零點(diǎn)偏移等項(xiàng)的自動校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)存于非易失性存儲器內(nèi)。當(dāng)儀器正式測量時(shí)，從校準(zhǔn)存儲器取出校準(zhǔn)系數(shù)對測量結(jié)果進(jìn)行修正，從而提高測量精度。非易失性存儲器采用CM0S存儲器，工作電流僅為0.5A，由鋰電池供電。即使儀器關(guān)掉電源后，該存儲器內(nèi)信息不會丟失。鋰電池的壽命超過10年。下面介紹電壓測量的自動校準(zhǔn)。（１）輸入偏置電流的自動校準(zhǔn)數(shù)字電壓表的輸入放大器都存在輸入電流，給測量帶來誤差。為消除該誤差．?dāng)?shù)字多用表內(nèi)采用了輸入電流的自動校準(zhǔn)和補(bǔ)償技術(shù)。在自動校準(zhǔn)時(shí)，用戶在輸入端接入一個10M電阻，如圖2-1(a)所示，輸入電流在該電阻上產(chǎn)生壓降，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后存于非易失性存儲器內(nèi)作為輸入電流的校正量。在正常測量時(shí)，微處理機(jī)根據(jù)校正量送出適當(dāng)數(shù)字到D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)輸入電流補(bǔ)償電路產(chǎn)生補(bǔ)償電流，抵消了，使儀器輸入電流大為降低，如圖2-1(b)所示。圖2-1輸入偏置電流的自動校準(zhǔn)（２）線性自動校準(zhǔn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性如圖2-2(a)所示，在讀數(shù)接近零時(shí)，線性是不理想的。為此需要進(jìn)行線性校準(zhǔn)。用戶在輸入端先接入1M電阻。校準(zhǔn)時(shí)微處理器執(zhí)行一個檢索子程序，利用圖2-1(b)中的D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一組偏置電流。這些電流在1M電阻上產(chǎn)生電壓。多用表測量這些電壓，并分析其特性。當(dāng)找到圖2-2(a)中的A和B點(diǎn)時(shí)，存儲A值和B值。在正常測量時(shí)，從測量結(jié)果中減去A或B值。這樣，多用表的轉(zhuǎn)換特性就如圖2-2(b)所示。該特性還存在零點(diǎn)偏移，可用下述的“零點(diǎn)偏移自動校正”技術(shù)加以消除。（３）零點(diǎn)偏移自動校準(zhǔn)將數(shù)字多用表的兩輸入端短路，其讀數(shù)值即為零點(diǎn)偏移。微處理器自動把零點(diǎn)偏移值存于存儲器。在正常測量時(shí)，從測定值中減去該偏移值就得到圖2-2(c)所示的無偏移特性。（４）增益自動校準(zhǔn)將一已知數(shù)值的精確直流電壓加到多用表的輸入端，其讀數(shù)值與精確值之比反映了多用表的刻度，即圖2-2(c)中的轉(zhuǎn)換特性的斜率。校準(zhǔn)時(shí)把該系數(shù)存于存儲器。在正常測量時(shí)，利用刻度系數(shù)對測量值進(jìn)行修正，以消除刻度誤差。圖2-2線性與零點(diǎn)的校準(zhǔn)（５）高頻自動補(bǔ)償為了改善測量高頻信號的精度，在交流通道內(nèi)設(shè)置了高頻補(bǔ)償電路，如圖2-3所示。為使各量程得到均勻一致的補(bǔ)償，需微調(diào)補(bǔ)償電路的參數(shù)。原理如下：首先進(jìn)行高頻自動校準(zhǔn)。在各量程，用戶將已知有效值的30kHz高頻信號加至多用表輸入端。儀器測量該信號，并將讀數(shù)與精確值之差存儲在校準(zhǔn)存儲器內(nèi)，作為補(bǔ)償數(shù)據(jù)。當(dāng)選擇AC測量功能時(shí)，微處理器把所選量程的補(bǔ)償數(shù)據(jù)由校準(zhǔn)存儲器調(diào)出，并送至D/A轉(zhuǎn)換器。D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓送到變?nèi)荻O管，改變變?nèi)莨艿碾娙?，就微調(diào)補(bǔ)償電路的參數(shù)，從而微調(diào)了電路的頻率響應(yīng)，使在各量程都得到平坦的頻率響應(yīng)。圖2-3高頻補(bǔ)償電路原理2.1.4其它功能（１）自測試按下“TEST”鍵后，儀器進(jìn)行自測試，檢測各測量電路、顯示器及非易失性存儲器功能是否正常。（２）顯示測量值的允許誤差在測得某數(shù)值后，有時(shí)需要知道該測量值的精度，為此須按“a％讀數(shù)b％滿度”進(jìn)行計(jì)算，比較麻煩。數(shù)字多用表應(yīng)能自動計(jì)算該項(xiàng)誤差，并在顯示器上顯示出來。2.2總體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)智能化數(shù)字多用表的數(shù)字部分主要包括MC6800微處理器、ROM、RAM、鍵盤、顯示器、計(jì)數(shù)器及GP-IB接口等電路。微處理器使整個儀器的控制中心。只讀存儲器存放儀器的操作程序，由兩塊4096字節(jié)的ROM組成。隨機(jī)存儲器由四塊2564位芯片組成512字節(jié)RAM。它分為兩部分：一部分存儲非易失性數(shù)據(jù)，如校準(zhǔn)系數(shù)、自動測試極限值等；另一部分存儲易失性數(shù)據(jù)，如最大值、最小值、極限誤差及計(jì)算值等數(shù)據(jù)、模擬部分主要包括直流隔離放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、歐姆轉(zhuǎn)換器、交/直流轉(zhuǎn)換器、電流轉(zhuǎn)換器及模擬接口等電路。直流隔離放大器的作用是實(shí)現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換和阻抗分配。它把直流被測電壓，或來自歐姆轉(zhuǎn)換器、電流轉(zhuǎn)換器的直流電壓轉(zhuǎn)換成A/D轉(zhuǎn)換器所要求的直流電平。歐姆轉(zhuǎn)換器把被測電阻轉(zhuǎn)換成直流電壓。交直流轉(zhuǎn)換器把交流電壓轉(zhuǎn)換成A/D轉(zhuǎn)換器能夠接受的直流電壓。電流轉(zhuǎn)換器把電流轉(zhuǎn)換成電壓。若是交流電流，則先由電流轉(zhuǎn)換器把它轉(zhuǎn)換成交流電壓，再由交直流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成直流電壓。模擬接口的任務(wù)是保證屏蔽盒內(nèi)的模擬電路與屏蔽盒外的數(shù)字電路之間既要完全隔離，又要能正常地傳遞信息。在本設(shè)計(jì)內(nèi)，這一任務(wù)是用光電隔離器和鎖存器來實(shí)現(xiàn)的。來自電路的控制信息通過光電隔離器傳送給模擬接口。模擬接口的鎖存器鎖存這些信息，以選擇功能、量程等各種方式。為了解決高分辨力、高速度與高增益器件之間的矛盾。本設(shè)計(jì)采用了三斜率（三斜積分式）A/D轉(zhuǎn)換器。為了避免零區(qū)缺字，在取樣期結(jié)束后，又對與輸入信號同極性的偏置電壓積分一段時(shí)間。本設(shè)計(jì)的鍵盤接口用兩個編碼器實(shí)現(xiàn)。顯示器接口采用硬件掃描，一旦有鍵按下，按鍵讀書存入數(shù)據(jù)鎖存器，并向微處理器發(fā)出中斷請求。當(dāng)微處理器接到中斷請求，并查明中斷源后，即讀取按鍵讀數(shù)。GP-IB接口采用MC68488通用接口適配器，具有源者和受者握手、講和聽、服務(wù)請求、并行點(diǎn)名、儀器清除和儀器觸發(fā)能力。其數(shù)字多用表框圖如圖2-4：圖2-4數(shù)字多用表框圖3硬件電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)智能化數(shù)字多用表主要由兩部分組成。模擬部分主要包括直流隔離放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、歐姆轉(zhuǎn)換器、交/直流轉(zhuǎn)換器、電流轉(zhuǎn)換器及模擬接口等電路。數(shù)字部分主要包括MC6800微處理器、ROM、RAM、鍵盤、顯示器、計(jì)數(shù)器及GP-IB接口等電路。3.1直流隔離放大器直流隔離放大器由輸入衰減器、輸入放大器、有源濾波器、輸入電流補(bǔ)償電路及自舉電源等組成，如圖3-1所示。圖3-1直流隔離放大器框圖直流隔離放大器的核心是輸入衰減器和輸入放大器，如圖3-2所示。衰減器的衰減比是100：1，繼電器控制衰減器是否接入。由場效應(yīng)管—構(gòu)成的開關(guān)控制放大器的增益，圖中開關(guān)的位置對應(yīng)于1伏量程。這時(shí)衰減器未能接入，而放大器的增益為3.16。在10伏量程時(shí)，、接通，其余開關(guān)斷開，衰減器未接入，整個增益為l/3.16。直流隔離放大器在0.1V、100V及1000V量程的傳輸增益分別為31.6、1/31.6和1/316。在自測試時(shí)接通，其余開關(guān)置于0.1V量程的位置，即、導(dǎo)通，放大器增益為31.6。衰減器接入輸入端，因而放大器“+”端經(jīng)100KΩ電阻接地，而“-”端加了約0.l伏電壓，放大器輸出-3.125伏電壓。儀器測量該電壓，并與存儲的數(shù)值相比較。若兩者之差6％內(nèi)，則輸入放大器工作正常。圖3-2輸入放大器有源濾波器的接入與否受微處理器控制。該濾波器對50Hz的干擾有54dB的衰減。輸入放大器的12V電源由自舉電源提供。自舉電源的參考點(diǎn)不是“地”而是輸入信號，即電源與地電位間的電壓不是恒定的，而與輸入信號間的電壓卻是恒定的。因此，輸入放大器的工作點(diǎn)基本上不隨輸入信號而變化，這對提高放大器的工作穩(wěn)定性及抗共模干擾能力有很大好處。由于采取自舉電源、輸入電流補(bǔ)償?shù)却胧?，直流隔離放大器的溫漂降低到0.24V/℃，輸入電阻大于10，000兆歐。3.2A/D轉(zhuǎn)換器3.2.1轉(zhuǎn)換原理為了解決高分辨力、高速工作與要求高增益、高速器件之間的矛盾，本表采用了三斜式A/D轉(zhuǎn)換器。為避免零區(qū)缺字，在取樣期結(jié)束后，又對與輸入信號極性的偏置電壓積分一段時(shí)間，產(chǎn)生上沖。本表選擇偏置電壓等于大基準(zhǔn)電壓。圖3-3表示了A/D轉(zhuǎn)換器模擬部分的方框圖。它由多路模擬開關(guān)、高速緩沖器、積分器、比較器1和比較器2組成。多路模擬開關(guān)把RESET、、、或被測信號切換到高速緩沖器。高速緩沖器輸出一路送給積分器，另一(1.08M)與(2.2k)分壓后送到比較器l的同相端，作為比較器期間的比較電壓。表內(nèi)采用=6.34V，高速緩沖器的增益為1，所以，在期間，比較器1的比較電平10mV。比較器2的比較電平為零伏，其輸出經(jīng)光電耦合器耦合到數(shù)字電路。假設(shè)被測電壓為正極性。多路投擬開關(guān)的控制信號a、b、c與接通信號之間的關(guān)系見表3-1。當(dāng)積分器輸出到達(dá)比較器1的比較電平時(shí)，比較器1動作，使比較器2輸出一正脈仲。當(dāng)積分器輸出到達(dá)零電平時(shí)，比較器2輸出再次產(chǎn)生跳變。數(shù)字電路檢測出這一跳變后，發(fā)出圖3-3A/D轉(zhuǎn)換器方框圖控制信息，使轉(zhuǎn)換器進(jìn)入復(fù)位周期，且使多路模擬開關(guān)選擇RESET(零伏)信號，從而復(fù)位開關(guān)接通。這樣，在復(fù)位期間，由模擬開關(guān)、高速緩沖器、積分器和比較器1產(chǎn)生的零點(diǎn)偏移部存儲在電容上。在A/D轉(zhuǎn)換器工作期間，復(fù)位開關(guān)斷開，存儲器上的零點(diǎn)偏移保持下來，并加到積分器的同相端，抵消了在工作期內(nèi)各電路產(chǎn)生的偏移。這是積分式數(shù)字電壓表內(nèi)經(jīng)常采用的偏移自動校正技術(shù)。表3-1多路模擬開關(guān)真值表abc接通信號000001010 -011+100+101-110（3-1）在一個A/D轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，積分器的輸出電壓從零開始，最后回到零，積分電容器在和期間充電電荷等于在和期間的放電電荷。假設(shè)積分放大器是理想的，則存在下列關(guān)系式：（3-1）（3-2）式中R是積分電阻，到多路開關(guān)的被測電壓。。在數(shù)字多用表中取n=16，=160ms。設(shè)鐘頻為，在、、、內(nèi)的鐘頻計(jì)數(shù)值分別為、、、，則在比較期、內(nèi)的計(jì)數(shù)為（3-2）在儀器中取，代入上式得在1伏量程，直流隔離放大器的增益為3.16，所以實(shí)際被測電壓與之間存在下列關(guān)系：=3.16上式成為這就是A/D轉(zhuǎn)換器讀數(shù)與輸入電壓的關(guān)系式。由式可見：（１）由于產(chǎn)生上沖，當(dāng)=0時(shí)，0，相差一常數(shù)。（２）即使常數(shù)為0，與的比例常數(shù)也不準(zhǔn)確等于。因此，為得到正確讀數(shù)，微處理器還必須對進(jìn)行簡單的運(yùn)算處理后才能顯示。圖3-4表示了A/D轉(zhuǎn)換器的工作模型。圖3-4A/D轉(zhuǎn)換器工作模型3.2.2轉(zhuǎn)換器電路（１）高速緩沖器高速緩沖器主要由、組成.的正負(fù)電源由穩(wěn)壓管、提供，而穩(wěn)壓管的一端接到緩沖器的輸出，因而該電源也是自舉的，的工作點(diǎn)基本不隨輸入電壓而變化，使放大器具有高的抗共模干擾能力.、為提供高的負(fù)載電阻，從而提高該級的增益.電容消除多路開關(guān)切換時(shí)的過度效應(yīng)。高速緩沖器的閉環(huán)增益為1。（２）積分器圖3-5表示了積分原理電路.積分器由和組成.是積分電阻，是積分電容。圖3-5積分器原理電路（３）比較器比較器由比較器1和2組成，如圖3-6所示。在小信號時(shí)，二極管、截止，因而比較器1的增益取決于電阻與之比，約為100。在大信號時(shí)，二極管、導(dǎo)通，增益取決于與之比，其值小于1，避免了比較器1進(jìn)入飽和狀態(tài)而減慢工作速度。電路簡單成本低，廣泛應(yīng)用于低精度DMM中。但由于是按照正弦有效值進(jìn)行刻度的，所以，在測純凈的的正弦電壓信號時(shí)，所顯示的結(jié)果才是正確的。在對積分期間，比較器1的比較電平由經(jīng)、分壓產(chǎn)生，近似10V；在對積分期間，該電平下降到原值的1/16。接近零伏。圖3-6比較器原理電路3.3交直流轉(zhuǎn)換器交直流(AC/DC)轉(zhuǎn)換器的作用是把輸入交7信號變換成等效的直流信號，送到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。圖3-7表示了AC/DC轉(zhuǎn)換器的組成。它分為前置放大器、高頻補(bǔ)償電路和真有效值轉(zhuǎn)換電路兩大部分。圖3-7交直流轉(zhuǎn)換器框圖3.3.1前置放大器前置放大器是一個并聯(lián)電壓負(fù)反饋放大器。當(dāng)選擇AC功能時(shí)，繼電器吸合。當(dāng)同時(shí)選擇DC和AC功能時(shí)，吸合，電容不接入通路，放大器成為直流耦合。、、、、用于改變量程。在100mV量程時(shí)，導(dǎo)通，而在其它量程時(shí)均吸合。例如，在10V量程時(shí)，和吸合，低頻增益為滿量程10V輸入時(shí)，輸出0.9V。放大器的同相端經(jīng)=1K接地，同時(shí)還接入場效應(yīng)管。在自測試時(shí)，數(shù)字控制電路發(fā)出TEST信號，使導(dǎo)通。約0.08V（+15V電源經(jīng)、分壓）電壓加到放大器同相端。放大器置于0.1V量程檔，于是真有效值轉(zhuǎn)換器輸出3.14V。對該電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并與存儲的值相比較。若兩者相差在6％范圍內(nèi)，則電路正常。3.3.2真有效值轉(zhuǎn)換電路AC/DC轉(zhuǎn)換器有平均值轉(zhuǎn)換、有效值轉(zhuǎn)換和峰值轉(zhuǎn)換三種類型。本設(shè)計(jì)采用一種精密的電子式真有效值（RMS）轉(zhuǎn)換電路，由全波整流器、計(jì)算電路及低通濾波器等組成。（１）全波整流器全波整流器電路如圖3-8所示。它由半波整流器和加法器組成，把來自高頻補(bǔ)償電路的交流信號整流成單極性信號。放大器及整流二極管等構(gòu)成半波整流器。假設(shè)整流器輸入信號圖3-8全波整流器是正弦波。在的正半周，導(dǎo)通，截止，A點(diǎn)電壓為0。在的負(fù)半周，導(dǎo)通，截止。的導(dǎo)通電流經(jīng)過在A點(diǎn)產(chǎn)生正極性電壓。圖中，假設(shè)是理想的，則此時(shí)A點(diǎn)電壓等于輸入電壓，但極性相反。因而A點(diǎn)電壓為（3-3）為加法器。它有兩路輸入信號，即和。加法器的輸出電壓為（3-3）若選擇==2，又考慮到上式，則或可見，該電路實(shí)現(xiàn)了全波整流。（２）真有效值轉(zhuǎn)換器真有效值轉(zhuǎn)換器把全波整流器輸出的單極信號變換成與其有效值相等效的直流信號，以便進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，框圖如圖3-9所示。圖3-9真有效值轉(zhuǎn)換器框圖電路包括三個對數(shù)電路、一個反對數(shù)電路和濾波器。輸入信號供給前兩個對數(shù)級，反饋信號供給第三個對數(shù)級。送給反對數(shù)級的電壓U為取反數(shù)得經(jīng)濾波器平均后輸出為在真有效值方式中，反饋回路是閉合的，因此從而得到輸出電壓的平均值等于輸入電壓的真有效值。這種方法具有量程寬、過載能力強(qiáng)及響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，且能測量波峰系數(shù)達(dá)7：1的交變信號。3.4其它模擬電路3.4.1歐姆轉(zhuǎn)換器歐姆轉(zhuǎn)換器把被測電阻轉(zhuǎn)換成直流電壓。本設(shè)計(jì)的歐姆轉(zhuǎn)換器采用恒流源法，已知的恒定電流流過被測電阻，產(chǎn)生比例于該電阻的電壓，送到直流隔離放大器。實(shí)際上，直流隔離放大器的輸入電壓除外，還有放大器A的虛地點(diǎn)電壓，但該電壓接近于零，可忽略。、、和均是1071多用表面板上的接線端鈕。在面板上把和端、和端直接短接起來，然后用兩根導(dǎo)線和從、端連至被測電阻進(jìn)行測量。在歐姆測量時(shí)，端連至放大器A的反相端，連至直流隔離放大器，連至A的輸出，連至恒流源。這種方法采用兩根導(dǎo)線進(jìn)行測量，因而稱二線測量法。它的缺點(diǎn)是當(dāng)被測電阻很小時(shí)，導(dǎo)線和的電阻不能忽略。直流隔離放大器的輸入電壓實(shí)際為和分別表示導(dǎo)線a和b上的電壓降。當(dāng)很小時(shí)，導(dǎo)線上的壓降、不能忽略，引起誤差。為此可采用四線法測量電阻。從Lo、、、Hi四端點(diǎn)分別引導(dǎo)線a、b、c、d至被測電阻。這時(shí)，電流流通途徑:是放大器A輸出導(dǎo)線b導(dǎo)線c恒流源，導(dǎo)線d和a上無電流，因此，直流隔離放大器的輸入電壓等于，消除了接線電阻的影響。圖3-10表示了本設(shè)計(jì)采用的恒流源框圖。恒定電流，改變電阻R，就改變了，也就改變了歐姆測量的量程。在對歐姆轉(zhuǎn)換器進(jìn)行自測試時(shí)，儀器自動置于10量程(這時(shí))；并在儀器內(nèi)部，在和端間自動接入9.76電阻代替。該電阻上約1伏的電壓經(jīng)直流隔離放大器到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。其讀數(shù)與已存儲的讀數(shù)進(jìn)行比較，就可判斷歐姆轉(zhuǎn)換器工作是否正常。圖3-10恒流源框圖3.4.2電流轉(zhuǎn)換器如圖3-11。電流轉(zhuǎn)換器的作用是將被測電流轉(zhuǎn)換成電壓。本設(shè)計(jì)采用的方法是將被測電流流過標(biāo)準(zhǔn)電阻，在該電阻上產(chǎn)生壓降。若測量直流電流，則把送到直流隔離放大器；若測量交流電流，則把送到交直流轉(zhuǎn)換器。然后，兩者都送到A/D轉(zhuǎn)換器。改變標(biāo)準(zhǔn)電阻的數(shù)值，就改變了電流測量的量程。圖3-11電流轉(zhuǎn)換器原理圖在自測試時(shí)，電流轉(zhuǎn)換器置于100檔，，同時(shí)數(shù)字控制電路發(fā)出TEST信號，使導(dǎo)通，在上產(chǎn)生約0.3伏電壓。該電壓加到直流隔離放大器的同相端；在自測試時(shí)，直流隔離放大器的反相端加有0.1伏電壓，放大器的增益為31.6，因而放大器輸出約6.26伏電壓。把該電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，其讀數(shù)與存儲值相比較，就可判斷電流轉(zhuǎn)換器的功能是否正常。3.4.3雙層屏蔽與模擬接口（１）雙層屏蔽為了實(shí)現(xiàn)高精度高分辨力的測量，多用表必須具有很高的抗共模干擾能力。共模干擾是同時(shí)作用于數(shù)字電壓表高低端的干擾。圖3-12表示了存在共模干擾時(shí)的電壓測量。圖中為被測電壓；為被測源內(nèi)阻；、為引線電阻；為數(shù)字電壓表的輸入電阻；為兩個接地點(diǎn)之間的電阻；、是共模電壓產(chǎn)生的共模電流。共模電流在數(shù)字電壓表高（），低（）兩輸入端產(chǎn)生的電位差為通常遠(yuǎn)大于、、，所以圖3-12存在共模干擾時(shí)的電壓測量可見，由于存在共模電壓，在數(shù)字電壓表輸入端產(chǎn)生了串模干擾電壓，從而造成誤差。接地點(diǎn)之間電阻越大，誤差將越小。為了增大，在數(shù)字電壓表內(nèi)常采用雙層屏蔽的浮地隔離技術(shù)，如圖3-13所示。所謂雙層屏蔽，指除了機(jī)殼屏蔽外，內(nèi)部還有一個屏蔽盒。模擬電路放在內(nèi)屏蔽盒內(nèi)，數(shù)字電路放在內(nèi)屏蔽盒外。所謂浮地隔離，是指模擬電路、內(nèi)屏蔽盒與機(jī)殼三者是絕緣隔離的，阻抗、是很大的。機(jī)殼接大地。內(nèi)屏蔽盒有一單獨(dú)的接線端G（稱作屏蔽保護(hù)端）。被測信號源與DVM的、端用雙芯屏蔽線連接，被測源地端通過雙芯線的屏蔽層與保護(hù)端G相連接。這樣，由共模干擾電壓引起的串模干擾電壓為由于、很大，所以大大減小。圖3-13雙層屏蔽浮地隔離技術(shù)（２）模擬接口模擬借口的任務(wù)是保證屏蔽盒內(nèi)模擬電路與屏蔽盒外數(shù)字電路之間既要完全電隔離，又要能正常地傳遞信息。在數(shù)字多用表內(nèi)，這一任務(wù)是用光電隔離器和鎖存器來實(shí)現(xiàn)的，如圖3-14所示。圖3-14光電隔離器來自電路的控制信息通過光電隔離器傳遞給模擬接口。模擬接口中的鎖存器存這些信息，以選擇功能、量程等各種工作方式。3.4.4功能選擇圖3-15表示了數(shù)字多用表的功能選擇電路。、、、都是儀器面板上的接線端鈕。圖3-15功能選擇電路測量直流電壓時(shí)，、閉合，測量交流電壓時(shí)，、閉合，使直流隔離放大器或交直流轉(zhuǎn)換器輸入端接到、端。測量電阻時(shí)，、閉合，使歐姆轉(zhuǎn)換器的反相輸入端、輸出端分別為與、連接；閉合，使歐姆轉(zhuǎn)換器的恒流源連接至端；閉合，直流隔離放大器的一個輸入端與端相連。測量電流時(shí)，、閉合，使電流轉(zhuǎn)換器輸入端與、端相連；或閉合，使電流轉(zhuǎn)換器輸出端與直流隔離放大器（測直流電流）或交直流轉(zhuǎn)換器（測交流電流）相連接。通過功能選擇開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)多種測量功能。如量程的選擇、轉(zhuǎn)換器的配對等。3.5數(shù)字電路數(shù)字電路包括微處理器、存儲器、顯示器板、A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字部分及GP-IB接口等電路。3.5.1微處理器和存儲器多用表采用MC6800型微處理器作為中央控制單元。存儲器有兩塊4096字節(jié)的ROM和4塊256*4位的RAM組成，分成五個主要區(qū)域：（１）程序存儲器：存儲整個儀器系統(tǒng)的工作程序。（２）常數(shù)存儲器：存儲自測試極限值、誤差指標(biāo)及其它固定常數(shù)。（３）非易失性存儲器：存儲在自校時(shí)測定的所有校準(zhǔn)常數(shù)。（４）工作存儲器：在各種工作時(shí)使用的暫用存儲器。（５）易失性顯示存儲器：存儲如最大－最小值、極限值、計(jì)算值等易失性數(shù)據(jù)。其中程序存儲器和常數(shù)存儲器是ROM，其余是RAM。3.5.2A/D轉(zhuǎn)化器的數(shù)字部分A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字部分電路控制了三斜式A/D轉(zhuǎn)換，它為包括產(chǎn)生、周期，在、周期內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)及控制多路開關(guān)等；總之，它完成由三斜式ADC控制程序所完成的任務(wù)。該電路對A/D轉(zhuǎn)換器的控制是通過、、C三條線進(jìn)行的。、、C三信號經(jīng)光電隔離器及接口電路成為a、b、c信號以控制多路開關(guān)。圖3-16A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字部分簡圖圖3-17A/D轉(zhuǎn)換流程下面結(jié)合這些圖3-16和圖3-17進(jìn)行討論控制過程。（１）復(fù)位接通電源后，微處理器執(zhí)行初始化程序，使、、信號的狀態(tài)為110，復(fù)位A/D轉(zhuǎn)換器，同時(shí)予置延時(shí)計(jì)數(shù)器等。（２）觸發(fā)觸發(fā)信號啟動儀器進(jìn)行測量。觸發(fā)信號由下列三個來源：①儀器內(nèi)部的定時(shí)器產(chǎn)生，每秒兩次。②儀器外部產(chǎn)生，從后面板引入。③微處理器產(chǎn)生。例如，當(dāng)儀器處于“保持”方式時(shí)，按“MAN”鍵將使微處理器驅(qū)動發(fā)出觸發(fā)信號，進(jìn)行一次測量。由觸發(fā)控制電路選擇觸發(fā)源。（３）延時(shí)在觸發(fā)脈沖作用下，延時(shí)定時(shí)器輸出100Hz時(shí)鐘脈沖到延時(shí)計(jì)數(shù)器。延時(shí)計(jì)數(shù)器逆計(jì)數(shù)到零，使時(shí)序控制器發(fā)出SYNC信號。該信號一方面使計(jì)數(shù)器復(fù)零，同時(shí)使、、信號狀態(tài)為１１１，模擬開關(guān)接通被測信號，進(jìn)入周期。（４）周期積分器對被測信號進(jìn)行積分，同時(shí)內(nèi)的主計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)以決定采樣時(shí)間，最快為2.5ms，正常為160ms。在采樣結(jié)束時(shí)，主計(jì)數(shù)器發(fā)出信號給時(shí)序控制器，使、、信號狀態(tài)為011，進(jìn)入周期。（５）周期積分器對偏置電壓進(jìn)行積分，同時(shí)內(nèi)的輔助計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，以決定160μs的周期。周期結(jié)束后，時(shí)序控制器進(jìn)入下一步，發(fā)出等待(WAIT)信號，復(fù)位計(jì)數(shù)器。WAIT信號的負(fù)跳變使、、信號狀態(tài)為101，進(jìn)入周期。（６）周期積分器對大基準(zhǔn)電壓進(jìn)行積分，同時(shí)主計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)檢測到比較器輸出過零脈沖時(shí)，周期結(jié)束，主計(jì)數(shù)器關(guān)閉，時(shí)序控制使、、線狀態(tài)為001，進(jìn)入周期。（７）周期積分器對小基準(zhǔn)電壓進(jìn)行積分，同時(shí)輔助計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)輔助計(jì)數(shù)器產(chǎn)生僅為時(shí)，主計(jì)數(shù)器增1。當(dāng)再次檢測到比較器的過零脈沖時(shí)，周期結(jié)束，輔助計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。時(shí)序控制器使、、信號為全“1”，操作結(jié)束。微處理器把計(jì)數(shù)器中的三字節(jié)數(shù)據(jù)讀到RAM，并進(jìn)行處理，最后顯示。3.5.3鍵盤和顯示器電路鍵盤接口用兩個編碼器實(shí)現(xiàn)。一旦有鍵按下，按鍵讀數(shù)存入數(shù)據(jù)鎖存器，并向微處理器發(fā)出中斷請求。當(dāng)微處理器接到中斷請求、并查明中斷源后，就讀取按鍵讀數(shù)。顯示器接口采用硬件掃描，如圖3-18所示。微處理器首先把顯示字符的段碼寫入RAM。顯示時(shí)鐘送出2KHz信號給二進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器輸出的二進(jìn)制數(shù)一路經(jīng)譯碼器選擇顯示器的位數(shù)，另一路作為RAM的地址碼，把相應(yīng)單元內(nèi)的段碼讀出，經(jīng)緩沖器送到顯示器點(diǎn)亮相應(yīng)的段。3.5.4GP-IB接口GP-IB標(biāo)準(zhǔn)包括接口與總線兩部分。接口部分是由各種邏輯電路組成，與各儀器裝置安裝在一起，用于對傳送的信息進(jìn)行發(fā)送、接受、編碼和譯碼；總線部分是一條無源的多芯電纜，用作傳輸各種消息。本設(shè)計(jì)GP-IB接口采用MC68488通用接口適配器，具有源者和受者掛鉤、講和聽、服務(wù)請求、并進(jìn)行點(diǎn)名、儀器清除和儀器觸發(fā)等能力。圖3-18顯示器接口簡圖4軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件本設(shè)計(jì)的數(shù)字多用表的系統(tǒng)軟件采用了一種循環(huán)優(yōu)先作業(yè)調(diào)度程序結(jié)構(gòu)，如圖4-1所示。為實(shí)現(xiàn)多用表的功能，微處理器要完成許多任務(wù)。每個任務(wù)稱為作業(yè)。每個作業(yè)對應(yīng)了一個獨(dú)立的程序模塊。在存儲器內(nèi)為每個作業(yè)設(shè)置了一個標(biāo)志。根據(jù)標(biāo)志的狀態(tài)決定作業(yè)是否執(zhí)行。當(dāng)某個作業(yè)請求工作時(shí)，其標(biāo)志位置位；當(dāng)工作完成后，標(biāo)志位復(fù)位，并回到調(diào)度程序的頂部重新開始檢查各標(biāo)志，從而保證了作業(yè)的優(yōu)先級。調(diào)度程序首先判斷是否有遠(yuǎn)地命令或本地鍵盤命令。若有，則執(zhí)行這些命令，如設(shè)置量程、選擇功能、方式控制、設(shè)置計(jì)算功能及初始化自校等工作。然后判斷測量數(shù)據(jù)是否已被處理。若已處理，則調(diào)用顯示程序如圖4-2顯示數(shù)據(jù)。判斷是否已接受從A/D轉(zhuǎn)換器來的數(shù)據(jù)。若是，則處理數(shù)據(jù)。如圖4-3所示。判斷是否需要讀出誤差。若是，則按所在量程和讀數(shù)計(jì)算誤差極限并顯示。判斷一次A/D轉(zhuǎn)換是否已完成。若是，則從A/D轉(zhuǎn)換器接收數(shù)據(jù)。最后判斷接口選件是否安裝，并且要輸出BCD數(shù)據(jù)是否已準(zhǔn)備。若是，則輸出數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)地。4.2自測試當(dāng)按下自測試(TEST)鍵后，儀器就進(jìn)行自測試。儀器首先禁止除手控(MAN)和自測試(TEST)按鍵外的所有按鍵；存儲量程、功能和濾波器的狀態(tài)；復(fù)位A/D轉(zhuǎn)換器；清除TEST鍵外的其他所有鍵的發(fā)光二極管，并測試顯示器各段、字符和圖形。圖4-1系統(tǒng)軟件框圖圖4-2數(shù)據(jù)顯示程序接著測試各測量電路的功能。首先判斷“比率”選件是否安裝并被選擇。若是，則在顯示器上顯示“％”符號。然后測試“直流測量”功能。先在0.1伏量程檔進(jìn)行測試。在輸入放大器輸入一個小信號，放大器輸出約3.125伏信號。將此信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并與存儲值進(jìn)行比較。若兩者的相對差值在％范圍內(nèi)，則為合格。繼續(xù)進(jìn)行1V、10V量程檔的測試。若這些測試都通過，則在顯示器上增加顯示“V”符號。否則，顯示器顯示“ERROR5”，直至按“MAN”鍵，繼續(xù)進(jìn)行自測試。檢查“歐姆測量”選件是否安裝。若安裝，則測試“歐姆測量”功能。置量程為10V檔，將內(nèi)部9，76K的電阻R8接在和之間。與相連，與相連。測量該電阻的數(shù)值，并與存儲值相比較。若兩者的相對差值在6％之內(nèi)，則測試通過，顯示器增加顯示“Ω”符號。否則，顯示器顯示“ERROR6”后等待，直至按“MAN”鍵。檢查“交流測量”選件是否安裝。若安裝，則先置交流轉(zhuǎn)換器于0.01V擋。加0.08V直流電壓于交流前置放大器，則真有效值電路輸出約3．14伏電壓。將此電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并與存儲值進(jìn)行比較。若兩者之相對差值在6％之內(nèi)，則認(rèn)為合格。然后在1V量程進(jìn)行測試，步驟同0.1V量程，只是真有效值電路輸出為0.314V。若測試通過，則顯示器增加顯示“”符號。否則顯示“ERROR7”后等待，直至按“MAN”鍵。檢查“電流測量”選件是否安裝。若安裝，則測試“電流測量”功能。置量程于“0.1mA直流”。直流隔離放大器工作于0.1V量程。在分流電阻上流過100μA電流，電阻兩端產(chǎn)生約0.3V電壓，送到直流隔離放大器，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。其讀數(shù)與存儲值進(jìn)行比較。若相對差值在6％范圍內(nèi)，則測試通過，顯示器增加顯示“A”符號，否則，顯示器顯示“ERROR8”。然后等待，直至按“MAN”鍵。在各測量電路都測試后，就測試非易失性存儲器。首先測試校準(zhǔn)存儲器。若失效，則顯示‘FAIL’。再測試零位值存儲器。若失效，則顯示“IP.O”