手持式多功能测试仪表

桂林电子科技大学信息科技学院 张思琦 麻永琪 李贝妮

手持式多功能测试仪表是电子领域的新型测试仪器，主要的功能有覆盖数字示波器和数字万用表，数字示波器一样具有捕获信号的功能、还可以测量得到峰峰值、还具有万用表的测量电压电流和电阻功能。手持式多功能测量仪表具有小巧便携灵敏的特性，大多数都用于生活中的简易测量。包括五位左右的电参量灵敏度,湿度,温度以及海拔高度等多种多样的物理量的测量功能，还有很多种传输控制接口，有IEEE1588精确定时同步的优点，这已经足够便携一体化等多个方面的需求。为学生解决创新性综合设计题目提供了一些便利，也利于学生在公共场合随身携带，例如室内，图书馆，实验室和教室图书馆等。这次设计的产品具有体积小，功耗低，精度高的功能，手持式多功能测试仪表足以在特定领域满足我们的基本需求！所以我们专门研究并且设计有高精度，用途广的手持式多功能测试仪表来进行一表多用，方便我们日常携带和进行推动国内手持式多功能测试仪表技术发展有着重大意义。

1 数字示波器系统设计

数字示波器整体结构如图1所示。

图1 系统整体结构

2 示波器设计

2.1 示波器设计原理

主要原理是对形成的大信号进行衰减，对形成的小信号进行放大再利用ADC信号进行采集数据，再利用软件的编称对数据进行处理最后还原信号。

衰减电路和调挡电路

2.2 示波器硬件设计流程

示波器硬件设计流程图如图2所示。

图2 示波器硬件设计流程图

2.2.1 换挡电路和衰减电路

衰减电路利用了分压电阻，换挡电路则通过主要控制芯片的IO口来控制继电器的导通再对不同放大倍数进行调整。

2.2.2 放大整形电路

利用低噪声的高速运放OPA2277对其输入信号再进行5.1倍的反相放大之后送入7ns的高速比较器AD8561所搭建反相迟滞比较器进行比较，依据数据手册了解到AD8561输出的高电平值为3.5V，低电平为0V。

3 万用表设计

3.1 万用表硬件设计

万用表硬件设计流程如图3所示。

图3 万用表硬件设计流程图

3.1.1 直流和交流电压的测量

我们所利用的直流电压为200V，交流电压2v和20V档位，因为电压过小，ADC采样所得到的数据会出现较大的误差，通过运放来进行放大10倍的测量，通过软件操作来进行衰减，2v的档位恰好处在ADC采样的范围之内，这个档位就不用继续处理20v的档位。因为幅度值偏大，所以用电阻能达到10倍的衰减，再用软件进行放大。

3.1.2 交流和直流电流测量电路的设计

ACS712是一个霍尔传感器，可以检测电流，这个器件具有精准的低偏置线性。霍尔传感器，周围的铜传导路径表面的电路片和电流可以通过铜传导路径形成的磁场感应到被转换后的电压。

3.1.3 电阻测量电路

将标准的电阻和被测量的电阻进行串联，再通过分压的原理，测出被测量电阻两端产生的电压，根据公式计算出电阻值不相同的档位选择不同的标准电阻。

3.1.4 通断电路检测

测量输入后两端的电阻值，如果电阻值小于30欧．主挖芯片所控制的蜂鸣器就会响起。

3.1.5 限幅电路

ADC采样的范围在0-3.3v之间，如果超过0-3.3vADC极容易被烧毁，所以在切换量程时输出信号的幅度有可能会超出输入所给电压的范围为了防止这种情况的发生、我们需要在输入端入起保护作用的电路。采用高速的二极管、所以最后控制由压钳位在0-3.2V。

3.2 万用表软件设计

3.2.1 直流电压软件的测量流程

开始→ADC初始化→ADC采集数据并取200次平均→液晶显示电压值→结束

3.2.2 交流电压测量软件的设计

开始→ADC初始化→ADC采集数据→寻找最大最小值，计算峰峰值→液晶显示电压值→结束

3.2.3 直流电流测量软件设计

开始→A D C初始化→ADC采集数据并取200次平均→转换为电流值并显示→结束

总结：这次试验最终实现信号源和示波器的同步使用，旋转按键对万用表功能进行切换，示波器也具有垂直灵敏档位、水平灵敏度档位和改变触发电平的功能。信号源可以输出三角波，方波和正弦波三种不同波形。幅度可以在0～8V频率可以达到0～10KHz，最小频率可以在1Hz，最大频率为1KHz。通过滑动变阻器来改变输出的幅度，通过旋转按键调节输出波形，频率。万用表可以测量的直流电压在0-20v，交流电压在0-20v范围，交流和直流电流0-5A，电阻0-200k，并且还有通断检测，利用三个波动开关进行实现功能切换还有档位的切换功能。5V电压进行供电，使用RGB液晶屏幕进行显示。

本手持式多功能测试仪表设计构造简单，电路简便，器件相对便宜，主要核心是主控芯片，运用主控芯片的内部资源和外部电路结合来完成整体设计，功能较多，而且体积小、便于携带等很多优点，对于电源需求也十分方便，易上手操作。

本手持式多功能测试仪表主要的使用人群是面向教师和高校师生。在高校中，大部分的学生使用这些仪器仅在实验室，这些仪器中的功能都是相互独立的。采用液晶显示，体积小而且功能全面，重量质量轻、使用起来非常便捷，可以节省造作时间，可以使得很多同学脱离实验室进行测量，还可以让教师在上课的时候针对具体的测量问题，操作更直接，还可以达到实践和理论合一的效果。设计的示波表也适合于电子设备的日常维护和故障诊断，电子测量领域中的一类新型的超级实用的测试仪器，并且实现了价格低，性能高的特点，便于目前市场使用的需求。