專利名稱：多功能測量儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多功能測量儀，適用于直流電壓、交流電壓、頻率、周期電信號的測量，對被測結果可進行處理、顯示和打印。
一般帶微機的插件式電壓、頻率和周期參量的多功能測量設備，測量不同參量，制作對應不同的插件，測量時，通過微機調用相應插件電路。這種測量設備，進行電壓、頻率和周期測量時不能共用一套插件，使電路復雜，體積大，價格貴。
本實用新型的目的是以CPU、計數定時控制器、程序控制數字開關、門電路等子電路組成多功能測量儀，測量時通過微機調用所需的子電路組成電壓、或頻率、或周期測量通道，實現一臺儀器對直流電壓、交流電壓、頻率、周期等多種電參量的測量，使得儀器結構簡單，體積小，成本低。
本實用新型是這樣實現的以CPU、計數定時控制器、程控數字開關、門電路以及電壓信號輸入電路、頻率及周期信號輸入電路組成電壓、頻率和周期電參量的測量裝置。
在測量電壓時，由電壓測量輸入電路、計數定時控制器、數控開關、D觸發器、門電路及CPU組成電壓測量通道。在頻率測量時，由頻率測量輸入電路、計數定時控制器、數控開關、門電路及CPU組成頻率測量通道。在周期測量時，也是利用頻率測量通道。
本實用新型的特征在于利用計數定時控制器、程控開關、門電路和CPU等少量硬件和編程控制的手段，在一臺儀器上實現電壓、頻率和周期等多種電參量的測量。上述的這些功能是借助于CPU、計數定時控制器和程控數字開關等硬件在軟件的控制下得到實現的。如果配以相應的轉換電路或傳感器，本測量儀可實現直流電流、交流電壓、交流電流等電參量的測量，并可通過CPU進行誤差修正。
本實用新型的附圖有四個
圖1多功能測量儀方框圖。
圖2多功能測量儀電壓測量信號輸入電路圖3多功能測量儀頻率、周期測量信號輸入電路圖4多功能測量儀測量信號處理電路本實用新型實施例的多功能測量儀包括三部分(如圖1所示)，第一部分是電壓測量輸入電路，由電壓衰減器(1)、程控繼電器(2)、跟隨器(3)、放大器(4)、程控繼電器(5)、積分器(6)、基準電壓電路(7)和鑒零器(8)組成；第二部分是頻率、周期測量輸入電路，即放大整形電路(9)；第三部分是測量信號處理電路，由CPU(10)、顯示器(11)和程序控制測量信號處理電路組成，程序控制測量信號處理電路除所述的程控繼電器(2)和(5)、CPU(10)、顯示器(11)外，還包括程控鎖存器(12)和(13)、程控輸入輸出接口(14)、計數定時控制器(15)、程控數字開關(16)和(17)、D觸發器(18)以及與非門(19)和(20)、或門(21)、倒相器(22)和十分頻器(23)等。其中，電壓測量通道由電壓衰減器(1)、程控繼電器(2)和(5)、跟隨器(3)、放大器(4)、積分器(6)、基準電壓電路(7)、鑒零器(8)、放大整形電路(9)、CPU(10)、顯示器(11)、程控鎖存器(12)和(13)、程控輸入輸出接口(14)、計數定時控制器(15)、程控數字開關(16)和(17)、和倒相器(22)組成；頻率測量通道由放大整形電路(9)、CPU(10)、顯示器(11)、程控輸入輸出接口(14)、計數定時控制器(15)、程控數字開關(16)和(17)、D觸發器(18)、與非門(19)、或門(21)和十分頻器(23)組成；周期測量通道由放大整形電路(9)、CPU(10)、顯示器(11)、D觸發器(18)、與非門(20)、或門(21)組成。
直流電壓的測量是利用二次積分原理，第一次積分是對被測直流電壓信號進行定時積分，定時積分的時間由計數定時控制器(15)確定，在確定的時間內積分器(6)的電荷積分量與被測電壓大小成正比，第二次積分利用與被測電壓反極性的基準電壓值對第一次積分實施反積分，即對積分器進行放電積分，積分器(6)放電到零電位時，第二次積分終止，放電積分時，在反極性基準電壓值確定的情況下放電積分的速度是不變的，這樣一來第一次積分值越大，第二次放電積分時間越長。利用計數定時控制器(15)計數第二次放電時間，經CPU(10)處理，即可得到被測電壓值。
測量電壓的過程是將被測直流電壓Vxd輸入到電壓衰減器(1)，電壓衰減器(1)在程控鎖存器(13)和程控繼電器(2)和(5)控制下，輸出一個量程合適的電壓信號給跟隨器(3)，再經放大器(4)，程控輸入輸出接口(14)接通程控繼電器(5)的觸點K1，將衰減和放大了的被測直流電壓Vxd加到積分器(6)進行第一次定時積分，這時通過程控數字開關(16)的d－h兩端接通，將計數定時控制器(15)中A通道的輸出接入B通道的輸入，使A、B通道相連，并使計數定時控制器(15)的B通道固定第一次積分時間，本實施例的定積分時間為160ms。當第一次積分至160ms時，CPU(10)通過程控輸入輸出接口(14)，斷開程控繼電器(5)的觸點K1，并從基準電壓電路(7)中選一與被測直流電壓Vxd極性相反的基準電壓，經程控繼電器(5)的觸點K2(或K3)輸入積分器(6)，進行第二次積分，而程控數字開關(16)和(17)斷開d－h兩端，接通a－g、e－j、r－v端，這樣斷開計數定時控制器(15)A、B通道，接通A、C通道，將CPU(10)輸出的時鐘脈沖信號經程控數字開關(16)的φ端送入計數定時控制器(15)的A通道，通過程序控制，使A通道產生160KHz的時鐘脈沖信號，經程控數字開關(16)和(17)、倒相器(22)進入C通道計數。當積分器(6)第二次積分輸出為零時，鑒零器(8)輸出躍變脈沖給程控輸入輸出接口(14)，使其申請中斷，CPU(10)發出控制信號，終止計數定時控制器(15)內C通道的計數，這樣所計的脈沖數反映了第二次積分時間，即反映被測直流電壓Vxd的值。因此上述所計脈沖數經CPU(10)處理，程控鎖存器(13)自動量程轉換，即可在顯示器(11)上顯示出被測直流電壓Vxd值。
測量交流電壓時，被測交流電壓信號Vxa經電壓衰減器(1)后，加給交直流轉換器轉換成直流電壓信號，以后的過程與直流電壓測量過程相同。
頻率測量是在主閘門定時啟閉的時間內，讓被測頻率信號通過主閘門，并對通過的脈沖進行計數，經過處理，得出測量結果。頻率測量通道的主閘門是與非門(19)。
測量頻率的過程是被測頻率信號Fx接入放大整形電路(9)的輸入端，而CPU(10)控制程控數字開關(16)和(17)中a－g、d－h、f－j、k－s端相接，一方面接通計數定時控制器(15)A，B通道，將CPU(10)輸出時鐘脈沖信號經程控數字開關(16)的φ端送入其A、B通道，并使其B通道產生1s(或100ms或10ms)的脈沖信號，經D觸發器(18)二分頻后控制與非門(19)；另一方面，被測頻率信號Fx經放大整形電路(9)放大整形成等幅同頻脈沖信號，由程控數字開關(16)和(17)送至與非門(19)。當D觸發器(18)輸出高電平時，打開與非門(19)，被測頻率信號Fx通過與非門(19)、或門(21)，進入計數定時控制器(15)的C通道計數；當D觸發器(18)輸出低電平時，被測頻率信號Fx不能通過與非門(19)，這時計數定時控制器(15)中C通道所計的脈沖數和與非門(19)導通時間之比即為被測頻率信號Fx，經CPU(10)處理、誤差修正、自動量程轉換，在顯示器(11)上即可顯示出被測頻率信號Fx的值。當被測頻率信號Fx為高頻時，程控數字開關(16)的m－s端相連(這時其k－s端斷開)，將放大、整形后的被測頻率信號Fx經十分頻器(23)進行十分頻，再送至與非門(19)。
在周期測量時，讓主閘門的啟閉時間與被測信號的周期相關，也就是說使被測信號的周期為主閘門啟閉時間的函數，在主閘門的啟閉時間內讓時標脈沖信號通過，并對其進行計數，計得的數值與時標信號周期時間之積，經過CPU(10)處理即可得到被測信號的周期。周期測量通道的主閘門是與非門(20)。
測量周期的過程是被測周期信號Tx接入放大整形電路(9)的輸入端，CPU(10)控制程控數字開關(16)和(17)中的a－g、b－h、e－j、n－u端相接，斷開計數定時控制器(15)的A、B通道，將CPU(10)輸出的時鐘脈沖信號經程控數字開關(16)、(17)的φ端送入計數定時控制器(15)的A通道，并使其A通道產生1μs(或10μs或100μs)的時標脈沖信號，經程控數字開關(16)、(17)后，送至與非門(20)，而被測周期信號Tx經放大整形電路(9)放大、整形后，由程控數字開關(16)送入計數定時控制器(15)B通道十分頻，然后經D觸發器(18)二分頻，控制與非門(20)。當D觸發器(18)輸出高電平時，與非門(20)導通，計數定時控制器(15)中A通道產生的時標脈沖信號經程控數字開關(16)和(17)、與非門(20)、或門(21)進入其C通道計數；當D觸發器(18)輸出低電平時，與非門(20)不通，計數定時控制器(15)中A通道產生的時標脈沖信號不能進入C通道，這時計數定時控制器(15)中C通道所計的時標脈沖數與時標脈沖周期之積，即反映被測周期信號Tx，經CPU(10)處理后，顯示器(11)顯示被測周期信號Tx。
圖2給出了多功能測量儀電壓測量信號輸入電路。R1、R2、R3和R4組成電壓衰減器(1)，R1為電壓衰減器(1)的輸入電阻，電阻R1、R2、R3和R4取值分別為9KΩ、900KΩ、90K Ω和10K Ω；K4、K5、K6是電壓衰減器(1)的電壓量程轉換開關，受程控繼電器(2)控制，程控繼電器(2)選用734D05型集成電路；跟隨器(3)由MA741型集成電路、電阻R5和穩壓二極管D1組成；放大器(4)由MA741型集成電路、電阻R6－R9以及二極管D2、D3組成；積分器(6)由MA741型集成電路、電阻R15－R17、電容C1和C2、二極管D4和D5組成；積分器(6)的輸入受程控繼電器(5)的控制，其中開關K1控制被測電壓第一次積分的輸入，開關K2和K3控制第二次放電積分不同極性基準電壓的輸入。基準電壓電路(7)由電阻R10和R11、穩壓二極管D6和D7組成，D6、D7可選用2DW236型穩壓二極管，R10和R11取值910Ω。R12、R13、R14分別為積分器(6)的輸入電阻；鑒零器(8)由MA741型集成電路、電阻R18－R21、二極管D8、D9、D10組成，其中D10為程控輸入輸出接口(14)的過壓保護電路，鑒零器(8)輸出端A1接程控輸入輸出接口(14)的輸入端A2(參見圖4)。
圖3給出了多功能測量儀頻率、周期測量信號輸入電路，為了獲得良好的測量效果，它包括測量信號隔離、放大和整形三部分。三極管T1－T5、二極管D11和D12、電阻R22－R36、電容C3－C8組成隔離和放大電路，74LS14斯密特電路為信號整形電路，整形電路的輸出端B1加給測量信號處理電路輸入端B2(參見圖4)。
圖4給出了多功能測量儀測量信號處理電路，包括CPU(10)、程控鎖存器(12)和(13)、程控輸入輸出接口(14)、程控數字開關(16)和(17)、D觸發器(18)、與非門(19)和(20)、或門(21)、倒相器(22)。選用的集成電路是CPU(10)為TP801，程控鎖存器(12)和(13)為兩個74LS273，程控輸入輸出接口(14)為Z80－PIO，程控數字開關(16)和(17)為兩個74LS157，十分頻器(23)為74LS90，計數定時控制器(15)為Z80－CTC，D觸發器(18)為MC14013P，與非門(19)、(20)和倒相器(22)為T065B，或門(21)為74LS32。發光二極管D13，D14，D15組成測量工作狀態指示電路，D13代表電壓測量工作狀態，D14代表頻率，D15代表周期。LED1、LED2和LED3為數碼顯示管，組成測量顯示器(11)。
上述的電壓、頻率和周期信號的測量結果均可利用打印機打印。所述的圖2、圖3和圖4電路設計在一塊印刷電路板上，整個多功能測量儀為一長方形，面板略向后傾斜，面板上布置發光二極管D13、D14、D15組成的工作狀態指示器。LED1、LED2和LED3組成的測量顯示器(11)及其各種操作鍵。
權利要求1.一種用于測量電壓、頻率和周期信號的多功能測量儀，包括電壓信號測量輸入電路，它由被測信號的電壓衰減器(1)、跟隨器(3)、放大器(4)、基準電壓電路(7)、對被測電壓和基準電壓進行積分的積分器(6)、鑒別積分器(6)輸出電平的鑒零器(8)組成；頻率和周期信號測量輸入電路，它采用放大整形電路(9)、將輸入的頻率和周期信號整形成等幅同頻脈沖信號，信號處理電路，它由CPU(10)、測量結果的顯示器(11)、程控鎖存器(12)和(13)、程控輸入輸出接口(14)、控制電壓衰減器(1)輸出的程控繼電器(2)和控制積分器(6)輸入的程控繼電器(5)組成，電壓測量電路、頻率和周期測量電路輸出的信號都是加給以CPU(10)為核心的信號處理電路，處理的結果由顯示器(11)給出，本實用新型的特征在于所述的信號處理電路中增加了由計數定時控制器(15)、程控數字開關(16)和(17)、D觸發器(18)、與非門(19)和(20)、或門(21)、倒相器(22)和十分頻器(23)組成的電壓、頻率和周期信號測量的功能轉換電路，計數定時控制器(15)通過數據線與CPU(10)和程控輸入輸出接口(14)相接，程控數字開關(16)的b和f接于放大整形電路(9)的輸出d和e接于計數定時控制器(15)A通道的輸出，g和h分別接于計數定時控制器(15)的A通道和B通道的輸入，i和j分別接于程控數字開關(17)n、r和k，j并接于十分頻器(23)的輸入，十分頻器(23)的輸出接于程控數字開關(17)的m，程控數字開關(17)的s和u分別接于與非門(19)、(20)的各自一個輸入端，v接于倒相器(22)的輸入，計數定時控制器(15)B通道的輸出經D觸發器(18)加給與非門(19)、(20)各自的另外一個輸入端，或門(21)和倒相器(22)的輸出都加給計數定時控制器(15)C通道的輸入，CPU(10)通過程控輸入輸出接口(14)控制程控數字開關(16)、(17)。
2.根據權利要求1所述的多功能測量儀，其特征在于所述的電壓、頻率和周期信號測量的功能轉換電路組成如下其電壓信號測量程序控制電路包括程控繼電器(2)和(5)、程控鎖存器(12)和(13)、程控輸入輸出接口(14)、程控數字開關(16)和(17)、倒相器(22)以及計數定時控制器(15)；其頻率信號測量程序控制電路包括程控輸入輸出接口(14)、程控數字開關(16)和(17)、D觸發器(18)、與非門(19)、或門(21)和十分頻器(23)以及計數定時控制器(15)其周期信號測量程序控制電路包括程控輸入輸出接口(14)、程控數字開關(16)和(17)、D觸發器(18)、與非門(20)、或門(21)以及計數定時控制器(15)。
專利摘要一種應用微機的電壓、頻率和周期的多功能測量儀器。現有多功能測量儀器每種測量功能都須設專用插件，使得設備復雜。本實用新型利用CPU、程控輸入輸出接口、計數定時控制器、程控繼電器、程控數字開關、門電路等少量部件，代替多組寄存器和計數器，測量時通過編制的程序和CPU調用有關電路組成所需功能的測量通道，使用一臺儀器實現電壓、頻率、周期的多功能測量。該儀器電路簡單、成本低、“智能化”程度高。
文檔編號G01R15/12GK2062454SQ89217700
公開日1990年9月19日 申請日期1989年10月18日 優先權日1989年10月18日
發明者馬淑芬 申請人:中國人民解放軍國防科工委指揮技術學院;電話3017404