專利名稱：報值數(shù)字萬用表的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及智能化電工量測量儀表，具體地說是一種新型報值數(shù)字萬用表。
現(xiàn)有的指針式萬用表與LCD顯示式數(shù)字萬用表對使用者來說均是用眼睛觀取測量結果的，這兩種萬用表均有必須先用眼睛觀注被測點與表筆的接觸后再用眼睛觀取刻度盤上的指針讀數(shù)或者LCD的數(shù)字讀數(shù)的使用特點，因而經(jīng)常造成使用者在觀取讀數(shù)時表筆滑脫被測點，或者造成表筆金屬極在相鄰電路點上的短路。或者表筆滑動至其它相鄰電路點上的狀況。這種特點對使用者來說存在著很大的不便之處，以及造成電路元器件甚至萬用表的損壞。特別是在現(xiàn)場對電器，電子控制系統(tǒng)進行檢修時尤其如此。
本實用新型的目的在于提供一種可克服上述指針式或數(shù)顯式萬用表獲得測量結果形式單一而能以語音精確指示測量結果的新一代報值數(shù)字萬用表，從而大大提高萬用表的使用性能。
本實用新型的目的還在于提供一種輸出方波、正弦波、三角波、并且輸出頻率可在10HZ－20KHZ內(nèi)連續(xù)可調(diào)的低頻信號發(fā)生器功能的報值數(shù)字萬用表。
本實用新型的目的還在于提供一種能用三個電容量測量檔位即可完成非量程自動轉換式數(shù)顯萬用表上5個檔位才能完成的電容量測量范圍的報值數(shù)字萬用表。
本實用新型的目的還在于提供一種能報出每一測量檔位下被測量的性質(zhì)單位的報值數(shù)字萬用表。
本實用新型的目的還在于提供一種具有能顯示所報測量值占本量程滿刻度的百分數(shù)功能的報值數(shù)字萬用表。
本實用新型的目的還在于提供一種具有數(shù)據(jù)保持重報功能的報值數(shù)字萬用表。
本實用新型的目的還在于提供一種在該報值數(shù)字萬用表外殼上具有卡帶彈簧板和耳機的報值數(shù)字萬用表，以特別方便于現(xiàn)場對電器，電子控制系統(tǒng)進行檢修時佩帶使用。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，被測量經(jīng)表筆送入高阻特性的檔位量程分壓，分流電阻網(wǎng)絡，轉換成對應滿刻度量程毫伏數(shù)的直流電壓后送入自校零式雙斜率雙積分A／D轉換器，并由單片微處理機(以下簡稱單片機)控制完成校零和雙斜率積分的A／D轉換過程。單片微處理機還從檔位頻率發(fā)生器那里采樣獲得對應當前測量檔位的頻率值，并通過對上述兩個量值的運算與處理，得到對應的語音碼有序輸出地址表，并據(jù)此表從ROM中提取已預存在內(nèi)的語音碼序列，最后通過D／A電路將語音序列數(shù)字信號轉換成模擬量音頻信號，經(jīng)音頻信號放大器輸出至揚聲器或耳機報出其值的大小和單位。上述的ROM、D／A和音頻放大器也可采用集成一體的專用語音集成電路，從而可使測量人員在測量過程中只須用眼睛觀察被測點，而用耳朵聽覺獲得測量結果，避免了表筆滑脫，觸點短路等現(xiàn)有萬用表使用的缺陷，提高了測量安全性、精確性和操作便易性。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，當處在頻率輸出檔位時，單片微處理機在檢測到該檔位的中心頻率的同時，也檢測了由可變調(diào)頻電阻引起的附加頻率值△f，經(jīng)運算后從P3.4口并經(jīng)過放大器隔離后向表筆兩端輸出一個相應頻率的方波脈沖。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，由于單片微處理機可以對由雙時基集成電路RC充放電回路非線性所決定的脈寬進行軟件補償和修正，所以不僅可以利用由雙時基電路上由被測電容和充電電阻所決定的充電線性段，也可拓寬到其非線性段來測試電容量。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，由于有檔位頻率發(fā)生器和預存在ROM中的電工量性質(zhì)與單位的語音碼及其地址表。故單片微處理機可以很方便地根據(jù)所檢測到的檔位值，排出本測量檔位下所對應的電工量性質(zhì)，單位的報音地址表、并進行輸出。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，本實用新型中設置有10個小電流高亮度LED發(fā)光二極管，由串轉并移位寄存器進行驅(qū)動，單片微處理機根據(jù)所測的值的大小，計算出該值占本量程滿刻度的百分數(shù)值，并通過其本身的串行口輸出至串轉并移位寄存器點亮對應該百分數(shù)的LED。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，由單片微處理機檢測到記憶按鈕輸入時即把當前所報值的語音碼地址表保留在了RAM中某個的區(qū)域，故當按下重報值按鈕后，單片微處理機即可調(diào)出該表，重新報出記憶的內(nèi)容。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，該報值數(shù)字萬用表外殼背面設計有一個可90度靈活旋轉的卡帶彈簧板以及側面裝有一個耳機插孔，使用者可通過其將本實用新型卡在皮帶上并插入耳機使用。
本實用新型提供的報值數(shù)字萬用表，包括對被測信號進行分壓分流的高阻性電阻網(wǎng)絡，與A／D和分壓分流電阻網(wǎng)絡進行接口的并兼有隔離作用的同相跟隨放大器，由單片微處理機控制的雙斜率積分式自校零A／D轉換器，實現(xiàn)控制運算的核心智能部件單片微處理機。該報值數(shù)字萬用表還包括檔位頻率發(fā)生器電路，它不僅在不同的量程檔位上發(fā)出不同頻率的脈沖，而且還兼做電容測量，它是由兩個時基電路構成的。該報值數(shù)字萬用表還包括語音數(shù)據(jù)存貯，轉換與輸出的電路與器件，其中有揚聲器或耳機式揚聲器以及驅(qū)動所述揚聲器的放大器，輸出端與所述放大器輸入端耦合的D／A轉換器，以及耦合在單片機與所述的D／A器件之間的語音數(shù)據(jù)ROM存貯器，這些所述的ROM、D／A、放大器也可由將其均包含在內(nèi)的單片專用語音合成集成電路所代替。
本實用新型提供的報值數(shù)字萬用表，其特征在于所述的檔位頻率發(fā)生器包括處在印刷電路板上檔位節(jié)點和與之相連的各個檔位電阻以及由時基電路組成的多諧振蕩器，這些不同阻值的檔位電阻作用在時基電路上產(chǎn)生不同頻率的振蕩脈沖，所述的節(jié)點個數(shù)和電阻個數(shù)與該報值數(shù)字萬用表的檔位數(shù)相對應，不同的檔位，即有不同的振蕩頻率。
本實用新型提供的報值數(shù)字萬用表，其特征在于充分利用單片微理機的智能化功能，當本報值數(shù)字萬用表處在測試過程中的閑置狀態(tài)時，單片微理機可通過測試電路取得這種閑置狀態(tài)的信息，并據(jù)此交替地關閉模擬電路電源供電的電子開關和使單片微理機本身陷入待機狀態(tài)，使當本實用新型所提供的報值數(shù)字萬用表處在閑置狀態(tài)和在雙積分過程中大大降低了功耗。這種閑置狀態(tài)在萬用表使用過程所占時間比例是相當大的，而雙積分過程所用時間與計算報值的時間相比也有相當?shù)谋壤?，因而利用雙積分過程使單片微機待機對降低功耗也有很重要的意義。
本實用新型提供的報值數(shù)字萬用表，其特征在于利用檔位頻率發(fā)生器處在頻率輸出檔位時調(diào)節(jié)變頻多圈電阻器，由單片微處理機檢測該頻率的變化△f，并據(jù)此進行計算處理，由P3.4口輸出計算后的頻率方波脈沖。用這種進行頻率輸出的方法可做到頻率輸出連續(xù)可調(diào)。
本實用新型提供的報值數(shù)字萬用表，其特征在于在報值數(shù)字萬用表外殼上設計了卡帶彈簧板和耳機使用功能。使用者可將該報值數(shù)字萬用表卡在腰帶上并通過耳機獲得測試結果。這將在許多現(xiàn)場檢修的場合下大大地方便萬用表的使用。
本實用新型提供的報值數(shù)字萬用表，其特征還在于由于有單片微處理機和檔位頻率發(fā)生器。故使其不僅可報出測試值的大小而且同時報出測試量的性質(zhì)與單位。
實施本實用新型的報值數(shù)字萬用表是充分利用了單片微機的智能化和豐富的硬軟件資源，配合少量的輔助元器件就以較低的成本實現(xiàn)了自校零雙積分A／D的轉換功能。本實用新型不僅具有目前絕大部分數(shù)字數(shù)顯的功能，并且以很少的成本實現(xiàn)了頻率測量功能和增加了連續(xù)可調(diào)的頻率信號輸出功能。本實用新型以最直接的方式報出所測值的大小與量綱，使測量人員在測量過程中只需用眼睛觀注被測點，而只用耳朵聽覺來獲取測量結果。避免了以往因目光分散而造成觸點間短路、表筆滑脫被測點等狀況。從而大大提高了測量操作的簡便性和安全性，并提高了測量工作的直觀性和效率。
結合附圖，對本實用新型的報值數(shù)字萬用表作進一步的說明。
本實用新型提供的報值數(shù)字萬用表實施例如

圖1所示。
圖1為本實用新型報值數(shù)字萬用表的原理結構框圖。
圖2.1和圖2.2為本實用新型報值數(shù)字萬用表的實施例1電路原理圖。
圖2.1和圖3為本實用新型的報值數(shù)字萬用表的實施例2電路原理圖。
圖4為本實用新型的報值數(shù)字萬用表的程序流程圖。
圖5為本實用新型的報值數(shù)字萬用表的卡帶彈簧板結構示意圖。
如圖1圖2.1所示，檔位量程開關和分壓分流電阻網(wǎng)絡將輸入信號按當前所選的量程和滿刻度值基準電壓源的毫伏數(shù)進行分壓分流，各檔滿刻度值與31／2位或33／4位數(shù)顯萬用表相一致。即滿刻度量程毫伏數(shù)為200mV或400mV、雙斜率積分式自校零A／D轉換器由其轉換最小分辨率為100μV，積分器l4A與比較器l4b組成。l1A為同相跟隨放大器。l1B為11反相放大器，它是在輸入信號極性反相時由模擬開關控制而接入通道。單片微處理機按雙斜率積分自校零原理控制模擬開關完成輸入通道內(nèi)l1A、l1B、l4A、l4B的校零與正積分反積分的過程。這里同相跟隨器l1A有兩個作用，一是起高阻隔離作用，二是與l1B完成輸入信號極性的變換。
如圖2.2所示，實施例1中的單片微處理器為80C31它需外帶程序ROM，并且語音數(shù)據(jù)也存放在ROM之中，語音數(shù)據(jù)由80C31從ROM中提取并送至D／A器件進行轉換和音頻信號放大器放大，最后送至揚聲器報出。
如圖3所示，實施例2中的單片微處理器為掩模制造的KYC51，它自帶ROM，并且采用了掩模制造的專用語音合成集成電路KY－15，它是一個集語音數(shù)據(jù)ROM、D／A轉換，音頻放大及相關控制電路一體的大規(guī)模集成電路，可與KYC51直接接口。KYC51根據(jù)測量結果送出對應存貯在KY－15中的語音單詞的段選地址和啟動信號。即可由ky－15直接完成對應的語音數(shù)據(jù)序列的提取，D／A轉換和驅(qū)動揚聲器報值。
如圖2.1、所示，電容量測量電路主要由U3的雙時基電路7556構成，7556是由兩個555時基電路U3AU3B組成，U3A組成檔位頻率發(fā)生器的多諧振蕩器，后U3B與RX、CX組成單穩(wěn)觸發(fā)器。當處在電容測量檔位時，檔位頻率發(fā)生器給U3B提供觸發(fā)信號，由Rx、Cx參數(shù)決定的單穩(wěn)觸發(fā)器輸出一個具有相應脈寬的脈沖，其脈寬T＝1.1RX＊CX。
如圖2.1所示，當檔位頻率發(fā)生器處在頻率輸出檔位時，通過改變VR1的值可改變檔位頻率發(fā)生器的振蕩頻率，單片微處理機據(jù)對此變化范圍的檢測，并通過運算由P3.4口并通過T1向表筆兩端輸出連續(xù)的有相應頻率的方波脈沖。T1起隔離和提高對外驅(qū)動能力的作用。
如圖2.2所示，單片微機的串行口、串轉并8bit移位寄存器74HC164與小電流高亮度LED組成了測量值滿刻度的百分數(shù)顯示電路。由單片微機根據(jù)測得的值并換算成滿刻度百分數(shù)，通過串行口移位輸出至74HC164使之點亮對應的LED。
如圖3所示，實施例2的LED顯示是由KYC51的I／O口直接驅(qū)動的。
圖4給出了單片微機控制軟件流程圖。
控制軟件采用結構化設計方法進行設計，并寫入ROM中，ROM中除了存貯控制計算程序外，主要還預存如下主要內(nèi)容(1)各個語音單詞首地址以及語音本身，對于專用語音合成集成電路存貯的是各個語音單詞的段地址。
(2)檔位頻率發(fā)生器在各個檔位下的頻率計數(shù)值。
(3)電容檔非線性系數(shù)值。
控制計算軟件主要有5個方面的功能模塊組成(1)檔位識別與任務分轉模塊。
(2)被測量采樣模塊。
(3)判零與判超量程處理模塊。
(4)計算模塊。
(5)語音碼首地址排序與語音輸出模塊。
檔位識別與任務分轉模塊首先從P3.5口測試檔位頻率發(fā)生器的振蕩頻率，并據(jù)此從檔位頻率數(shù)據(jù)表中查出確定的檔位號，隨后由此決定任務分轉子程序入口，為了克服在采樣過程中或檔位檢測過程中撥動了檔位這種情況，程序在完成被測量采樣任務后還要調(diào)用本模塊一次，以確認前一次檔位測量的有效性。如不同時刻兩次檢測到的檔位是一致的，則認為本次采樣有效。否則將重新進行檔位識別與任務分轉工作。
除了電容量測試與頻率輸出測量以外，所有測量功能均需調(diào)用雙斜率積分自校零A／D采樣模塊，進入該模塊的第一個任務是令P3.7為零。打開模擬電路供電電源，并令模擬開關控制A／D進入自校零狀態(tài)，自校零的任務主要是把采樣、積分、比較通道上的漂移量在每次積分之前保存在校零電容上(見圖2.1中的C6)并在積分過程中予以抵消，正積分段的積分時間T1選為60mS，是50HZ工頻周期的3倍，由積分的平均性質(zhì)抵消了工頻的干擾。逆向積分后的計數(shù)結果T2以微秒為單位保存在16BIT定時器內(nèi)，完成采樣任務后單片微處理機令P3.7為1，關閉模擬電路電源。
電容量采樣的是由RX、CX決定的時基電路脈寬T，以微秒為單位保留在某個定時器內(nèi)。
頻率測量是把被測信號經(jīng)運算放大器l2B限流限幅整形后送P3.4口，程序控制在500毫秒內(nèi)進行脈沖計數(shù)，而得到被測信號頻率值。
計算模塊的主要任務是將計數(shù)值按VL＝T1／T0＊VREF(VREF＝200毫伏)并按量程與檔位用合適的量綱單位與精度要求計算出輸入量VL的實際值，轉換成BCD碼和算出滿刻度的百分數(shù)。
電容量的計算是依據(jù)T＝A＊RX＊CX來進行的，三檔不同量程有不同的A但為確定的RX。CX是被測電容值，A是一個系數(shù)(約在1.0－1.2之內(nèi))其值以確定的RX為基礎，以試驗的方法分段預存在ROM內(nèi)，計算時根據(jù)已得到的T查表得到A值。然后反算得到CX，如果用不合適的電容檔來測量CX，則程序會計算出超量程上限或下限的結果，并報出以提示測量人員進行換檔，克服了目前數(shù)字萬用表在超量程下限情況下給出錯誤結果的情況。
頻率的計算只要將500mS內(nèi)的計數(shù)值轉換成單位時間內(nèi)的計算值，即為所測頻率。
語音碼首地址排序與語音輸出模塊主要完成的工作是依據(jù)計算結果，測量檔位和預存在ROM中語音單詞首地址表，對輸出語音單詞按人們習慣的讀值語序在RAM單元中排出語音單詞輸出首地址表，按照該首地址表，將預存的單字語音碼數(shù)據(jù)按預存前的采樣頻率逐個送至D／A電路。對于集語音數(shù)據(jù)ROM、D／A音頻放大器的集成電路，則只要輸出段選地址和啟動脈沖即可。此模塊除了上述功能外，還兼做單詞語音碼讀出自然度的控制，例如單詞與單詞之間的靜默時間的控制。
圖5所示的卡帶彈簧結構由7個部分組成，每一部分的名稱如下1.萬用表殼體。
2.卡帶。
3.軸銷。
4.絲片彈簧。
5.水平旋轉軸套。
6.圓彈簧。
7.軸銷簧片。
權利要求1.一種新型的報值數(shù)字萬用表，其特征在于包括對被測信號進行分壓分流的高輸入阻抗電阻網(wǎng)絡，檔位頻率發(fā)生器，由運算放大器組成的緩沖隔離與極性變換電路，雙斜率自校A/D轉換器。所述的A/D轉換器與所述的電阻網(wǎng)絡之間由緩沖隔離與極性變換電路相耦合。所述的A/D轉換器由單片微處理器控制模擬開關完成A/D轉換功能。該報值數(shù)字萬用表還包括揚聲器和耳機式揚聲器，驅(qū)動所述揚聲器和耳機的放大器，輸出端與所述放大器輸入端耦合的D/A轉換器，以及耦合去所述D/A轉換器與所述的單片微處理器之間存貯了控制程序與語音數(shù)據(jù)的ROM。
2.根據(jù)權利要求1所述的報值數(shù)字萬用表，特征在于單片微處理器是自ROM的單片微處理器，所述的D／A轉換器與放大器與ROM是一個集成一體的專用語音合成集成電路，所述的單片微處理器中自帶的ROM存貯了控制程序，所述的語音合成集成電路中的ROM存貯了各個報值語音單詞的數(shù)據(jù)。所述的語音合成集成電路耦合在所述的單片微處理器與權利要求1中所述的揚聲器之間。
3.如權利要求1與權利要求2所述的報值數(shù)字萬用表，其特征在于所述的擋位頻率發(fā)生器，包括雙時基電路ICM7556和處在印刷電路上檔位節(jié)點和與之相聯(lián)的各個檔位電阻，所述的檔位節(jié)點與所述的檔位電阻一一對應。
4.如權利要求2所述的檔位頻率發(fā)生器其特征在于由其中所述的雙時基電路ICM7556中的一個時基電路與印刷電路板上電容測試開關節(jié)點的電阻RX、被測電容CX組成了電容量測試電路，并由另一個時基電路提供觸發(fā)信號，即所述的檔位頻率發(fā)生器還兼做了電容測試的工作。
5.如權利要求1與權利要求2所述的報值數(shù)字萬用表，其特征在于其具有50HZ－20KHZ之內(nèi)連續(xù)可調(diào)的頻率輸出檔，所述的頻率輸出檔連續(xù)可調(diào)的能力由所述的檔位頻率發(fā)生器處在頻率輸出檔時具有的多圈可變檔位電阻來實現(xiàn)變化的。
6.如權利要求1與權利要求2所述的報值數(shù)字萬用表，其特征在于所述裝置外殼背后與外側可附帶卡帶彈簧板和耳機插孔。
專利摘要本實用新型公開了一種新型報值數(shù)字萬用表，該實用新型包括分壓分流電阻網(wǎng)絡，擋位頻率發(fā)生器，緩沖隔離與極性變換電路，雙斜率A/D電路，單片微處理器，語音數(shù)據(jù)與控制程序的ROM，D/A電路，放大器及揚聲器等組成。單片微處理器可以是自帶ROM的單片微處理器，并采用集語音數(shù)據(jù)ROM、D/A電路和放大器一體的專用集成電路。本實用新型還提供頻率連續(xù)可調(diào)的脈沖信號輸出功能和用于現(xiàn)場的卡簧板以及耳機使用功能。
文檔編號G01R15/12GK2202925SQ9421121
公開日1995年7月5日 申請日期1994年5月18日 優(yōu)先權日1994年5月18日
發(fā)明者慕小青, 邢建梁 申請人:慕小青, 邢建梁