DT830B数字万用表装配实验报告.doc

年级： 班组： 姓名： 学号： DT830B数字万用表装配实验报告实验日期： 实验名称：DT830B数字万用表装配 一：实验目的1、 通过DT830B数字万用表装配实验，进一步加深对数字万用表电路原理的认识，能熟练的测量各种物理量。2、 了解ICL7106的各个引脚和他的数模转换功能。3、 了解液晶显示的原理和使用方法。4、 初步学会通过电路图焊接电路板。掌握一些简单的电路焊接工艺。5、 了解各种测试仪器的用法并样品进行测试和矫正二：实验器材1、 DT830型3/2位数字万用表的各种零配件和相关的材料说明。见DT830B元件清单（一）和DT830B元件清单（二）。2、 焊接电路板所需的烙铁和锡以及松香。3、 一个标准的数字万用表、螺丝刀、镊子、刀片等。三：实验原理 1、ICL7106原理介绍ICL7106是目前广泛应用的一种3位A/D转换器，能构成3位液晶显示的数字电压表。一、ICL7106的工作原理1. ICL7106的性能特点（1）采用7V15V单电源供电，可选9V叠层电池，有助于实现仪表的小型化。低功耗（约16mW），一节9V叠层电池能连续工作200小时或间断使用半年左右。（2）输入阻抗高（1010）。内设时钟电路、2.8V基准电压源、异或门输出电路，能直接驱动3位LCD显示器。（3）属于双积分式A/D转换器，A/D转换准确度达0.05，转换速率通常选2次秒5次秒。具有自动调零、自动判定极性等功能。通过对芯片的功能检查，可迅速判定其质量好坏。（4）外围电路简单，仅需配5只电阻、5只电容和LCD显示器，即可构成一块DVM。其抗干扰能力强，可靠性高。（5）工作温度范围是070，但受LCD限制，仪表环境温度一般为040，相对湿度不超过80。2. ICL7106的引脚功能ICL7106采用DIP40封装，引脚排列如上图所示。U+、U分别接9V电源（E）的正、负极。COM为模拟信号的公共端，简称模拟地，使用时应与IN、UREF端短接。TEST是测试端，该端经内部500电阻接数字电路的公共端（GND），因二者呈等电位，故亦称做数字地。该端有两个功能：作测试指示，将它接U时LCD显示全部笔段1888、可检查显示器有无笔段残缺现象；作为数字地供外部驱动器使用，来构成小数点及标志符的显示电路。a1g1、a2g2、a3g3、bc4分别为个位、十位、百位、千位的笔段驱动端，接至LCD的相应笔段电极。千位b、c段在LCD内部连通。当计数值N1999时显示器溢出，仅千位显示“1”，其余位消隐，以此表示仪表超量程（过载溢出）。POL为负极性指示的驱动端。BP为LCD背面公共电极的驱动端，简称“背电极”。OSC1OSC3为时钟振荡器引出端，外接阻容元件可构成两级反相式阻容振荡器。UREF、UREF分别为基准电压的正、负端，利用片内UCOM之间的2.8V基准电压源进行分压后，可提供所需UREF值，亦可选外基准。CREF、CREF是外接基准电容端。IN、IN为模拟电压的正、负输入端。CAZ端接自动调零电容。BUF是缓冲放大器输出端，接积分电阻RINT。INT为积分器输出端，按积分电容CINT。需要说明，ICL7106的数字地（GND）并未引出，但可将测试端（TEST）视为数字地，该端电位近似等于电源电压的一半。 3. ICL7106的工作原理ICL7106内部包括模拟电路和数字电路两大部分，二者是互相联系的。一方面由控制逻辑产生控制信号，按规定时序将多路模拟开关接通或断开，保证A/D 转换正常进行；另一方面模拟电路中的比较器输出信号又控制着数字电路的工作状态和显示结果。下面介绍各部分的工作原理。（1）模拟电路模拟电路由双积分式A/D转换器构成，电路如下图所示。主要包括2.8V基准电压源（E0）、缓冲器（A1）、积分器（A2）、比较器（A3）和模拟开关等组成。缓冲器A4专门用来提高COM端带负载的能力，可谓设计数字多用表的电阻挡、二极管挡和hFE挡提供便利条件。这种转换器具有转换准确度高、抗串模干扰能力强、电路简单、成本低等优点，适合做低速模数转换。每个转换周期分三个阶段进行：自动调零（AZ）、正向积分（INT）、反向积分（DE），并按照AZINTDEAZ的顺序进行循环。令计数脉冲的周期为TCP，每个测量周期共需4000TCP。其中，正向积分时间固定不变，T11000TCP。仪表显示值 （11-3-1）将T11000TCP，UREF100.0mV代入上式得N10UIN 或UIN0.1N （11-3-2）只要把小数点定在十位上，即可直读结果。满量程时N2000，此时UM2UREF200mV，仪表显示超量程符号“1”。若需改装成2V量程的数字电压表，可按表11-3选择元件值。表11-3 200mV与2V量程元件对照名 称量程UM基准电压UREFR2 / kC4 /FR4 / k备 注基本表200mV100.0mV240.4756f040kHz改装表2V1.000V1.50.047560欲测量2V以上的直流电压，必须利用精密电阻分压器对UIN进行衰减。积分电阻应采用金属膜电阻，积分电容宜选绝缘性好、介质吸收系数小的聚苯乙烯电容或聚丙烯电容。为了提高仪表抗串模干扰的能力，正向积分时间（亦称采样时间）T1应是工频周期的整倍数。我国采用50Hz交流电网，其周期为20ms，应选 T1n20（ms） （11-3-3）式中，n1，2，3，。例如取n2、4、5时，T140ms、80ms、100ms，能有效地抑制50Hz干扰。这是因为积分过程有取平均的作用，只要干扰电压的平均值为零，就不影响积分器输出。但n值也不宜过大，以免测量速率太低。（2）数字电路数字电路如图11-3-3所示。主要包括8个单元：时钟振荡器；分频器；计数器；锁存器；译码器；异或门相位驱动器；控制逻辑；LCD显示器。时钟振荡器由ICL7106内部反相器F1、F2以及外部阻容元件R、C组成。若取R120k，C100PF，则f040kHz。f0经过4分频后得到计数频率fCP10kHz，即TCP0.1ms。此时测量周期T16000T04000TCP0.4s，测量速率为2.5次秒。f0还经过800分频，得到50Hz方波电压，接LCD的背电极BP。LCD须采用交流驱动方式，当笔段电极ag与背电极BP呈等电位时不显示，当二者存在一定的相位差时，液晶才显示。因此，可将两个频率与幅度相同而相位相反的方波电压，分别加至某个笔段引出端与BP端之间，利用二者电位差来驱动该笔段显示。驱动电路采用异或门。其特点是当两个输入端的状态相异时（一个为高电平，另一个为低电平），输出为高电平；反之输出低电平。7段LCD驱动电路如图11-3-4所示。图中，加在a、b、c笔段上的方波电压与BP端方波电压的相位相反，存在电位差，使这三段显示。而d、e、f、g段消隐，故可显示数字“7”。显见，只要在异或门输入端加控制信号（即译码器输出的高、低电平），用以改变驱动器输出方波的相位，就能显示所需数字。 4. ICL7106的功能检查功能检查的目的是判断ICL7106的质量好坏，进而区分DVM或DMM的故障范围究竟在A/D转换器还是在外围电路。以200mV量程的DVM为例，功能检查分4步进行，内容如下：检查零输入时的显示值。将ICL7106的IN端与IN端短接，使UIN0V，仪表应显示“00.0”；检查比例读数。将UREF端与IN端短接，用UREF来代替UIN，即UINUREF100.0mV，仪表应显示“100.0”，此步骤称为“比例读数”检查，它表示UIN/UREF1时仪表的显示值；检查全显示笔段。将TEST端接U端，令内部数字地变成高电平，全部数字电路停止工作。因每个笔段上部加有直流电压（不是交流方波！），故仪表应显示全部笔段“1888”（此时小数点驱动电路也不工作）。为避免降低LCD使用寿命，做此步检查的时间应控制在1分钟之内；检查负号显示及溢出显示。将IN端接U端，使UIN远低于200mV。仪表应显示“1”。上述功能检查的电路如图11-3-5所示。1、电路原理DT830型3/2位数字万用表总电路如图（4）所示。主要包括10个部分：（1）A/D转换器电路；（2）直流电压测量电路；（3）直流电流测量电路；（4）交流电压测量电路；（5）交流电流测量电路；（6）电阻测量电路；（7）测量晶体管Hfe的电路；（8）二极管测试电路；（9）蜂鸣器电路；（10）小数点驱动电路及低电压指示电路。2、DT830型数字万用表原理剖析（1）A/D转换器电路如图（2）。ICL7106，振荡电阻，振荡电容，积分电阻，积分电容，基准电容，自动调零电容，高频滤波器，基准电压分压器。（2）直流电压测量电路如图（6）；分压器，限流电阻，消噪电容。右图为简单的直流电压测量示意图，输入电压被分压电阻分压(分压电阻之和为1M)，每挡分压系数为1/10，分压后的电压必须在-0.199V - +0.199V 之间，否则将过载显示，过载显示为最高位显“1”其余位数不显示。（3）直流电流测量电路如图（5）；分流器，熔丝管，双向限幅二极管。右图为简单的直流电流测量示意图，内部的取样电阻将输入电流转换为-0.199V - +0.199V 之间的电压后送入7106 输入端，当设置在10A 挡时，输入电流直接输入10A 输入孔而不通过选择开关。（4）交流电压测量电路（AC/DC转换器）；线形放大器，整流二极管，保护二极管，隔直电容，偶合电容，输入端过压保护电路，负反馈电阻，频率补偿电容，输出分压电路，平滑滤波器，输入分压器 。右图为简单的交流电压测量示意图，交流电压首先须进行整流并通过一低通滤波器对波形进行整形，然后送入共用的直流电压测量电路，最后将测量出交流电压的有效值(RMS)。（5）交流电流测量电路；分流器。（6）电阻测量电路如右图；测试电压供给电路，标准电阻，保护电路。右图为简单的电阻测量示意图，这个电路由电压源，标准电阻（这个电阻为分压电阻，由选择开关转换得到），被测电阻（未知）组成，两个电阻的比值等于各自电压降的比值，因此，通过标准电阻及利用标准电阻上的标准电压，就可确定被测电阻的阻值。测量结果直接由A/D 转换器得到。（7）测量晶体管Hfe的电路；基准偏置电阻，取样电阻，芯片。HFE 测量图8 为简单的HFE 测量电路，集成电路7106 的内部电路提供2.8V 的稳定电压(V+ 对COM)，当PNP 晶体管插入晶体管座时，基极到发射极的电流流过电阻R10， 由R10上的电压产生集电极电流，在R23上得到的电压送入7106并同时显示晶体管的HFE值。对NPN晶体管，发射极电流流过R11 并同时显示晶体管的HFE 值。（8）二极管测试电路；测试电压供给电路，分压器，保护电路。（9）蜂鸣器电路；电压比较放大器，参考电压分压电路，分压器，门控振荡器，振荡电阻 ，振荡电容，偏置电阻，压电陶瓷蜂鸣片。（10）小数点驱动电路及低电压指示电路。（11）液晶显示器如图（1）：LDB7015A（3/2位LCD）。3、电路原理图三：实验内容1、安装工艺DT830B由机壳塑件（包括上下盖、旋纽）、印制板部件（包括插口）、液晶屏及表笔等组成，组装成功的关键是装配印制电路板部件，整机安装流程见图2。安装旋纽开关PCB装配安装液晶屏检查装电池调试检验装下盖装入上盖2、安装步骤 1）印制电路板的安装（1） 将“DT830B元件清单”上所有元件顺序插焊到印制电路板相应的位置上如图（3）。安装电阻、电容、二极管时，如果安装孔距8mm（例如R8、R21等丝印图上画上电阻符号的）的采用卧式安装；如果孔距5mm的 应立式安装（例如板上丝印图画“O”的其他电阻）；电容采用立式安装。PCB板元件。（2） 安装电位器、三极管插座。注意安装方向：三极管插座装在A面而且应使定位凸点与外壳对准、在B面焊接。（3） 安装保险座、R0、弹簧。焊接点大，注意预焊和焊接的时间。（4） 安装电池线。电池线由B面穿到A面在插入焊孔、在B面焊接。红线接“+”黑线接“”。2）液晶屏的安装：（1） 面壳平面向下置于桌面，从旋纽圆孔两边垫起约5mm。（2） 将液晶屏放入面壳窗口内，白面向上，方向标记在右方；放入液晶屏支架。平面向下；用镊子把导电胶条放入支架两横槽中，注意保持导电胶条的清洁。3）旋纽安装方法：（1） V型簧片装到旋纽上，共六个。（2） 装完簧片把旋纽翻面，将两个小弹簧蘸少许凡士林放入旋纽两个孔，在把两小钢珠放在表壳合适的位置上。（3） 将装好弹簧的旋纽按正确方向放入表壳。4）固定印制板：（1） 将印制板对准位置装入表壳（注意：安装螺钉之后再装保险管），并用三个螺钉紧固。（2） 装上保险管和电池，转动旋纽，液晶屏应正确显示。5）总装（1）贴屏蔽膜 将屏蔽膜上保护纸揭去，露出不干胶面。（2）盖上后盖，安装后盖2个螺钉，至此安装、校准、检测全部完毕。四：调试。1、ICL7106的功能检测。 进行功能检测的目的是判断芯片的质量好坏，进而确定数字万用表的故障在芯片还是外围电路，为分析原因提供重要的依据。 对ICL7106做功能的检测包裹以下4项内容。 （1）检查零输入是的显示值。将ICL7106的正、负模拟少输入端IN+、IN-短接，使输入电压Vin=0V，仪表应显示“00.0”。 （2）检查比例读数。将IN+与基准电压正端Vref+短接，用基准电压代替输入电压，几Vin=Vref=100.0Mv，仪表应显示“100.0”，允许有+1个误差。此步骤称做比例读数检查，它表示当比值Vin/Vref=1时仪表的固有显示值。（3）检查液晶显示器的全亮笔段。把测试端TEST与正电源端V+短接，使芯片内部的数字的变成高点平，全部数字电路停止工作。因每个笔段上均加有直流电压，故全部笔段亮。仪表应显示“1888”，此时小数点驱动电路也不工作。由于LED在正常的情况下需用交流方波驱动，而此时为直流电压驱动，因此检查时间必须很短，以免降低LED使用寿命。（4）检查负号及益出显示。将IN+与负电源V-短接，是Vin0V，且|Vin|200Mv。仪表应显示“1”，表示输入为负电压且超量程。2、数字万用表的功能和性能指标检测。（1）校准和检测原理：以集成电路7106为核心构成的数字万用表基本量程为220mv档，其他量程和功能均通过相应转换电路为基本量程。故校准时只须对参考电压100mv进行校准即可保证基本精度。其它功能及量程的精确度由相应元器件的精度和正确安装来保证。（2）使用仪器：KJ802数字万用表校准测量仪（以下简称：校测仪）。注意：该仪器DCV100mV档作为校准电压源，内部用电压基准和运放调整，并用高档仪表校准。（3）装后盖前将转换开关置200mV电压档，插入表笔，将表笔测量端接校测仪的DCV100mV插孔，调节万用表内电位器VR1使表显示99.9100.1mV即可。 （3） 检测：将待测万用表置于校测仪相对应档位，检查显示结果由集成电路和选择外围元器件得到保证，只要安装无误，仅作简单的调整即可达到设计目标。五：性能指标1、具有自动调零和自动显示信号极性的功能。 2、技术指标 DB830型数字万用表的主要技术指标如下表测量项目量程分辨力准确度（23+C）开路电压输入电阻过载保护DCV200mv0.1mv+(0.5%RDG+2字)10M1000V，DC或AC峰值2v1mv20v10mv+(0.8%RDG+2字)200v100mv1100V，DC或AC峰值1000v1vACV(RMS)(45500Hz)200mv0.1mv+(1.0%RDG+5字)10M100PF750V，AC有效值或峰值2v1mv20v10mv200v100mv750v1vDCA200uA0.1 uA+1.0%RDG+2字)200mV0.5A快速熔丝管2mA1 uA20 mA10 uA200 mA100 uA未加保护10 A 1 0 mA+(1.2%RDG+2字)ACA(RMS)(45500Hz)200uA0.1 uA+(1.2%RDG+2字)200mV0.5A快速熔丝管2mA1 uA20 mA10 uA200 mA100 uA未加保护10 A 1 0 mA+(1.2%RDG+5字)0200mv0.1mv+(1.0%RDG+3字)1.5V250V，DC或AC有效值2mv1mv+(1.0%RDG+2字)750mV20v10mv200v100mv+(1.5%RDG+2字)1000v1v+(2.0%RDG+3字)测量项目分辨力测试电流测试电压测量范围过载保护二极管档1mvIp=1+0.5mA2.8VVF=01.5V250V,DC或AC有效值 NPN挡1IB=10uAVCE=2.8VHFE=01000PNP挡蜂鸣器挡0.11.5V20+10附录1：焊接注意事项规范说明：好的焊接方法是安装M-1006K 数字多用表套件最重要的因素，合适的电烙铁也十分重要。本指导说明书推荐一个小的圆锥头型25-40瓦的电烙铁。随时保持烙铁头的清洁和镀锡。安全操作规程焊接时注意防护眼睛电烙铁需放置在方便操作的固定地方。不要将焊锡放入口中。焊锡中含铅和有毒物质。手工焊接后须洗干净双手。确信焊接现场有足够的通风。元件安装下列所有的安装步骤，在没有特别指明的情况下，元件必须从线路板正面装入。线路板上的元件符号图指出了每个元件的位置和方向，根据元件符号的指示，按正确的方向将元件脚插入线路板的焊盘孔中，在线路板的另一面将元件脚焊接在焊盘上。本指导说明书只推荐使用63/37 铅锡合金松香心焊锡丝。禁止使用酸性助焊剂焊锡丝！正确的焊接方法如右图1 将电烙铁头靠在元件脚和焊盘的结合部。注：所有元件从焊接面焊接。2 若烙铁头上带有少量焊料， 可使烙铁头的热量较快传到焊点上。将焊接点加热到一 定温度后，用焊锡丝触到焊接件处，熔化适量的焊料；焊锡丝应从烙铁头的对称侧加入。3 当焊锡丝适量熔化后，迅速移开焊锡丝；当焊接点上的焊料流散接近饱满，助焊剂尚未完全挥发，也就是焊接点上的温度最适当、焊锡最光亮、流动性最强的时刻， 迅速移开电烙铁。4 焊锡冷却后就得到一个理想的焊接了。松香电烙铁放置在不正确位置5、安装副图附录2：产品外观图产品编号：DT-830B型号：DT830B规格：尺寸：126mm*68mm*24mm；重量：120克。产品说明：本产品是目前数字万用表中一种性价比最高的产品，能够测试DCVACVDCA电阻电池电流三极管三极管等。产品求符合CEUL等标准。附录3： DT830B元件清单（一）1（1）底面壳各 1个 （4）旋纽 1个（2）液晶片 1片 （5）屏蔽纸 1张（3）液晶片支架 1个 （6）功能面板 （已装好）2线路板部分 （1）IC：7106 （全检）（已装好） （2）表笔插孔柱3个（已装好）3袋装部分 （1）保险管、座 1套 （8）定位弹簧2.8*5 2个 （2）HFE座 1个 （9）接地弹簧4*13.5 1个 （3）V行触片 6片 （10）2*8自攻螺钉（固定线路板）3个 （4）9V电池 1个 （11）2*10自攻螺钉（固定底壳） 2个 （5）电池扣 1个 （12）电位器201（VR1） 1个 （6）导电胶条 2个 （13）锰铜丝电阻（R0） 1个 （7）滚珠 2个 4附件（1）表笔一付 （2）说明书 （3）电路图及注意要点1张DT830B元件清单（二）代号参数精度代号参数精度R100.990.5%R19220K5%R890.3%R122