專利名稱：數(shù)字式萬能測量儀的自動量程選擇器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量電阻、電流和電壓值的數(shù)字式萬能測量儀，特別涉及數(shù)字式萬能測量儀的量程的自動選擇器，測量某一對象時，該種萬能測量儀在自動選擇了某一測量中的量程以后，通過模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換，換算成被測值的讀數(shù)。
諸如萬能測量儀之類的傳統(tǒng)測量儀，均是在選好量程后才獲得測值的。這樣也就存在著對每次測量必須手動地選擇量程的麻煩。
因此，數(shù)字式萬能測量儀經(jīng)改進后，只需隨著量程的自動選擇就可進行這種測量，從而避免了這類麻煩。就這種自動選擇量程的方法而言，一種是量程用一換算的數(shù)字值來選擇，另一種是量程由高速計數(shù)器和低速計數(shù)器的獨立計數(shù)來選擇的。
在前一種情況下，被測模擬值是在A/D轉(zhuǎn)換之后計得，若計數(shù)值超出現(xiàn)量程的全刻度數(shù)值時再轉(zhuǎn)換到下一量程，從而使得從最低量程到最高量程的轉(zhuǎn)換要耗費大量時間。
在后一種情況下，對被測值的顯示需要高精度，故采用低速計數(shù)器，而其它精度要求不高的象量程這樣的功能，則用高速計數(shù)器，從而使其能迅速選擇量程。然而，量程至少應(yīng)轉(zhuǎn)換一次，而其轉(zhuǎn)換時間是受A/D轉(zhuǎn)換器的時間常數(shù)所限制的。
本發(fā)明的目的是為給數(shù)字式萬能測量儀提供一種自動量程選擇器，該選擇器，使測量某研究對象時可更快地獲得要求一次以上的自動量程選擇。
本發(fā)明的這一目的可通過以數(shù)字信號形式選擇量程來實現(xiàn)，該數(shù)字信號是在一衰減器的被測值與利用一并行A/D轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部基準電平相比較后通過一編碼器產(chǎn)生的。
根據(jù)本發(fā)明所提供的數(shù)字式萬能測量儀的自動量程選擇器包括一用于衰減研究對象的被測電壓值的衰減器;一用于將所述衰減器的模擬輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換器;對所述A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出信號進行計數(shù)的計數(shù)器;一并行A/D轉(zhuǎn)換器，用以通過將衰減器的輸出信號同內(nèi)部基準電壓相比較而提供并行數(shù)字輸出信號;和一控制邏輯和測量量程選擇器，用以根據(jù)所述并行A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出信號控制衰減器的輸出電壓。
本發(fā)明的上述和其它目的，特征和優(yōu)點將從參照附圖對其最佳實施例的下列說明中了解得更清楚，附圖中

圖1是傳統(tǒng)數(shù)字式萬能測量儀電路圖;
圖2是說明傳統(tǒng)數(shù)字式萬能測量儀的操作流程圖;
圖3是圖2所示傳統(tǒng)數(shù)字式萬能測量儀的另一實施例;
圖4是根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字式萬能測量儀的方框圖;和圖5是根據(jù)本發(fā)明用于自動選擇量程的一并行A/D轉(zhuǎn)換器的電路圖。
現(xiàn)參考諸附圖，更詳細地描述本發(fā)明。
圖1示出一傳統(tǒng)型數(shù)字式萬能測量儀的電路圖，該萬能測量儀由一經(jīng)換算的數(shù)字值來選擇量程。該傳統(tǒng)型數(shù)字萬能測量儀包括一衰減器1，用以衰減被測電壓值Vin，一A/D轉(zhuǎn)換器2，用以將衰減器1的輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，一計數(shù)器3，用于對A/D轉(zhuǎn)換器2的數(shù)字信號進行計數(shù)，和一控制邏輯與測量量程選擇器4，以將控制信號加到A/D轉(zhuǎn)換器2和計數(shù)器3從而用A/D轉(zhuǎn)換器2和計數(shù)器3的輸出信號去控制衰減器1的衰減比。
當研究對象的被測輸入電壓Vin通過衰減器1加到A/D轉(zhuǎn)換器2時，A/D轉(zhuǎn)換器2將該模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號、再由計數(shù)器3對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行計數(shù)。
當被計數(shù)超出現(xiàn)量程的全刻度值時，控制邏輯和量程選擇器4便控制衰減器1將量程轉(zhuǎn)換到下一個。此時，衰減器1的輸出便減小到被測電壓的1/10。因此，若所加被測電壓甚大時，則由于要將量程從最低轉(zhuǎn)換至最高，這一選擇過程就需耗費相當多的時間。例如，對輸入電壓Vin為30V的情況來說，選擇操作從最低的200.0mv量程經(jīng)2V和20V轉(zhuǎn)換至200V的量程，才顯示被測值為“30.0V”。當轉(zhuǎn)換一次量程的時間需400ms時，這一選擇操作時間就得化1.6秒。
圖2示出為說明圖1所示傳統(tǒng)型數(shù)字式萬能測量儀的操作順序的流程圖。
操作中，對N＝0，在步驟S3根據(jù)被測輸入電壓Vin而計算要加到A/D轉(zhuǎn)換器2的衰減器1的輸出電壓Vx。在步驟S4和S5，判定電壓Vx是否在給定值范圍內(nèi)，若電壓Vx是在該給定值范圍內(nèi)則說明該值在現(xiàn)量程內(nèi)，于是在步驟S8顯示該電壓Vx。但，若電壓Vx值超出現(xiàn)量程，則在步驟S11增大量程并重復(fù)同一操作。當被測值大到超出允許的最大量程時，則由步驟S10顯示待測量值過載。
圖3是該傳統(tǒng)型數(shù)字式萬能測量儀的另一實施例。在圖3中，量程是由高速和低速計數(shù)器獨立計數(shù)而選擇的，該萬能測量儀包括一衰減器，用于衰減研究對象的被測電壓Vin，各低速和高速A/D轉(zhuǎn)換器5和6用以將衰減器1的輸出電壓Vx轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，各低速和高速計數(shù)器7和8分別接到低速和高速A/D轉(zhuǎn)換器5和6，用以對各數(shù)字輸出進行計數(shù)，和一控制邏輯和量程選擇器4用以給低速和高速A/D轉(zhuǎn)器器5，6和計數(shù)器7，8提供控制信號并借助A/D轉(zhuǎn)換器5和6的輸出控制衰減器1的衰減比。
研究對象的被測輸入電壓Vin通過衰減器1加到低速和高速A/D轉(zhuǎn)換器5和6，于是加到A/D轉(zhuǎn)換器5和6的各個模擬信號各被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。低速A/D轉(zhuǎn)換器5的數(shù)字輸出由低速計數(shù)器7計數(shù)，而高速A/D轉(zhuǎn)換器6的數(shù)字輸出則由高速計數(shù)器8計數(shù)，在此情況下，低速計數(shù)器7依次計1，2，3……而高速計數(shù)器8依次計10，20，30……，這樣，高速計數(shù)器8比低速計數(shù)器7的計數(shù)快5至10倍，高速計數(shù)器8的計數(shù)值被加到控制邏輯和測量量程選擇器4以通過控制衰減器1去選擇所需的量程。
然而，即使使用此法，花費在測量量程上的計數(shù)時間仍以毫秒計，并受高速A/D轉(zhuǎn)換器6的時間常數(shù)所限制。若A/D轉(zhuǎn)換器6還包括電阻和電容器則許多芯片和附加外部元件所需的面積就很大。
圖4為說明本發(fā)明的一個實施例的數(shù)字式萬能測量儀的方塊圖。圖4中，該數(shù)字式萬能測量儀包括衰減器1，用于以一預(yù)定單位衰減來自研究對象的被測輸入電壓Vin;一個A/D轉(zhuǎn)換器2，用于轉(zhuǎn)換衰減器1的輸出電壓Vx;一計數(shù)器3，用于對A/D轉(zhuǎn)換器2的一個輸出進行計數(shù)并給鎖存器和顯示器提供一計數(shù)輸出;一個三位并行A/D轉(zhuǎn)換器10，用于通過接收衰減器1的輸出Vx而提供并行數(shù)字輸出;和一個控制邏輯和量程選擇器4，用以借助3位并行A/D轉(zhuǎn)換器10選擇量程?？刂七壿嫼土砍踢x擇器4控制衰減器1以預(yù)定的單位衰減被測電壓。其控制邏輯產(chǎn)生邏輯信號以控制A/D轉(zhuǎn)換器2和計數(shù)器3，與此同時控制3位并行A/D轉(zhuǎn)換器10的驅(qū)動。雖然本發(fā)明的這一實施例已具體地描述為3位并行A/D轉(zhuǎn)換器，但本發(fā)明并不局限于此。
圖5為用以選擇量程的3位并行A/D轉(zhuǎn)換器10的電路圖，以說明本發(fā)明的一實施例。圖5中，比較部件12用于將衰減器1的輸出電壓Vx同基準電壓進行比較，該部件12包括用于分配電壓的分壓電阻R1～R6，和比較器CP1～CP5。由電阻R1～R6建立的基準電壓+a，+b，0，-b和-a分別加到比較器CP1～CP5的同相輸入端(+)。衰減器1的輸出電壓Vx共同加到待比較的比較器CP1～CP5的反相輸入端(-)，而比較器CP1～CP5的輸出加到一編碼器EN，以提供3位數(shù)字信號。
在本發(fā)明中，將研究對象的被測輸入電壓Vin加到衰減器1從而產(chǎn)生衰減后的電壓Vx。衰減器1產(chǎn)生的輸出電壓Vx為根據(jù)開關(guān)(轉(zhuǎn)換)控制的電阻R1～R6所分配。
被測輸出電壓Vx既加到3位并行A/D轉(zhuǎn)換器10也加到A/D轉(zhuǎn)換器2。3位并行A/D轉(zhuǎn)換器10將電壓Vx同內(nèi)部基準電壓相比較，從而給控制邏輯和量程選擇器4提供3位數(shù)字信號以控制衰減器1。這樣，就提供了與量程相對應(yīng)的衰減器1的輸出電壓Vx。在此情況下，3位并行A/D轉(zhuǎn)換器10借助比較器CP1～CP5將電壓Vx同基準電壓±aV，±bV和OV進行比較，并產(chǎn)生3位并行數(shù)字信號。
下一步，若證實被測輸入電壓Vin確是大于控制邏輯部件中現(xiàn)量程的允許電壓，則量程選擇部件控制衰減器1以使輸入電壓Vin減小到1/10并使輸出電壓Vx為輸入電壓Vin的1/10。
重復(fù)這些步驟便可選定一個正確的量程。例如，即使從最低量程至最高量程，這些步驟要重復(fù)4或5次，但由于并行轉(zhuǎn)換時間很短，故可避免由“過載”引起的過多的時間耗費。同時量程選擇是在A/D轉(zhuǎn)換器2的自動調(diào)零狀態(tài)下完成。
在參考圖5的3位并行A/D轉(zhuǎn)換器的操作中，衰減器1的輸出電壓Vx被加到比較器CP1～CP5的反相輸入端(-)，而為電阻器R1～R6所分壓的基準電壓+a，+b，0，-b和-a則被加到其同相輸入端(+)。
這樣，衰減器1的輸出電壓Vx便同基準電壓相比較，而比較器CP1～CP5的輸出被加到編碼器EN，從而產(chǎn)生3位并行數(shù)字輸出。在此情況下，若電壓Vx超過基準電壓+a，即與超量程相對應(yīng)，而若電壓Vx未到基準電壓-b，則對應(yīng)于“欠量程”(under-range)。
編碼器EN可借助5個比較器CP1～CP5完成6種情況的編碼，并給控制邏輯和量程選擇器4提供3位并行數(shù)字輸出，以使衰減器1受待轉(zhuǎn)換的控制，從而選定合適的量程。輸出電壓Vx的最終量程是在一個極短的時間內(nèi)選定的，而且，量程一旦選定，待轉(zhuǎn)換的輸出電壓Vx的值則處在A/D轉(zhuǎn)換器2的自動調(diào)零周期狀態(tài)下。A/D轉(zhuǎn)換器2將在最終選定量程中的電壓Vx轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后計數(shù)器3對A/D轉(zhuǎn)換器2的數(shù)字輸出信號進行計數(shù)。這樣，使用很短的時間便可能測量某種目標值，因為來自A/D轉(zhuǎn)換器2的這類測值只轉(zhuǎn)換了一次即被直接產(chǎn)生。
正如上面已提及的，在根據(jù)本發(fā)明的自動量程選擇過程中，某一測量量程是由某一并行A/D轉(zhuǎn)換器所識別并通過一編碼器提供并行數(shù)字信號去控制衰減器的開關(guān)轉(zhuǎn)換并將相應(yīng)于最后量程的測量值轉(zhuǎn)換為待顯示的數(shù)字信號。因此，本發(fā)明能在不耽誤量程自動選定過程中的若干次轉(zhuǎn)換情況下，縮短測量時間。
本發(fā)明決不局限于上述實施例情況。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明所公開的實施例的各種改型及其它實施例在參考本發(fā)明說明書情況下，將可能是顯而易見的。因此，所附權(quán)利要求書將企圖包羅落入本發(fā)明實質(zhì)范圍內(nèi)的所有改型或別的實施例。
權(quán)利要求
1.數(shù)字式萬能測量儀的一種自動量程選擇裝置，包括衰減器，用于衰減研究對象的被測電壓值；A/D轉(zhuǎn)換器，用于將所述衰減器的模擬輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；計數(shù)器，用于對所述A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出信號進行計數(shù)；并行A/D轉(zhuǎn)換器，用于通過將所述衰減器的輸出信號同內(nèi)部基準電壓進行快速比較，以提供并行數(shù)字輸出信號；和控制邏輯和量程選擇器，用于根據(jù)并行A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出信號控制衰減器的輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)字式萬能測量儀的自動量程選擇裝置，其中所述并行A/D轉(zhuǎn)換器包括電阻器，通過對電源電壓進行分壓而提供基準電壓;比較器，將所述衰減器的輸出電壓同基準電壓進行比較;和編碼器，連到所述比較器，用于提供并行數(shù)字輸出信號。
全文摘要
數(shù)字式萬能測量儀的量程自動選擇器，包括衰減被測電壓的衷減器；將衰減器的輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換器；對A/D轉(zhuǎn)換器的輸出信號進行計數(shù)的計數(shù)器；產(chǎn)生并行數(shù)字輸出的并行A/D轉(zhuǎn)換器，它包括產(chǎn)生基準電壓的電阻，將衰減器輸出電壓同基準電壓進行比較的比較器和連到比較器的編碼器，以及根據(jù)并行A/D轉(zhuǎn)換器的輸出信號控制衰減器的輸出電壓的控制邏輯和量程選擇器。本發(fā)明所需測量值由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換一次便可直接產(chǎn)生，故測量時間極短。
文檔編號G01R15/12GK1052951SQ90108459
公開日1991年7月10日 申請日期1990年10月13日 優(yōu)先權(quán)日1989年12月29日
發(fā)明者白承凡, 李成浩 申請人:三星電子株式會社