自制6位半数显万用表

2n3055 · 发表于 2020-10-26 20:32:50

预先声明：本制作电路设计，软件编程来自38度发烧论坛“孟欣、乐逍遥”等坛友，本人在此基础之上根据自己需求进行电路改进、PCB设计及整机制作。衷心感谢他们的研究和付出，让我制作出一块极低成本的高位测试仪表。

话说万用表是无线电爱好者必备的工具，是电气工作中不可或缺的好伙伴，无意间在38度发烧论坛上看到有网友自制6位半万用表，顿时心里痒痒的，仔细检索发现作者公开了制作的全部资料，于是搜集齐全后，决定自己做一个。要说6位半万用表，指的是具有较高分辨率的万用表，正常大家常用的三位半或者四位半万用表，其最高显示范围是±1999及±19999，而6位半万用表，其显示范围可以达到±1999999，分辨率要比三位半高了几个数量级，更高的位数代表着更高的分辨率，也就是这个仪表的检测细小变化的能力越强，如果问我要这么高的分辨率有什么用，我只能说我用不上，平时一块3位半足够了，真要买个HP3456A，3458之类的，完全就是浪费。

但是，实践的观点是Marx主义认识论首要的和基本的观点，伟大领袖曾指出：“无论何人要认识什么事物，除了同那个事物接触，即生活于（实践于）那个事物的环境中，是没有法子解决的。”科学理论的价值就在于回答时代课题、推动实践发展，之所以做这个表，完全是为了享受制作的乐趣以及学习探索万用表的原理。

《实践论》指出：实践、认识、再实践、再认识，这种形式，循环往复以至无穷，而实践和认识之每一循环的内容，都比较地进到了高一级的程度。”这是认识的辩证发展过程。根据这一基本原理，在各项工作中必须坚持“实践、认识、再实践、再认识”的认识路线，不断提高工作水平。

资料收集齐全后，开始制作，首先研读电路图，对项目进行初步认识。
万用表的架构，主要分为3部分：1、显示控制单元 2、测量单元 3、功能模块单元。

这个万用表，核心是采用STM32F103单片机作为主控电路，24-bit的LTC2440作为模数转换，再配合电压采样、欧姆电流源、T-RMS AC-DC转换等电路构成测量仪表，整机采用2单元设计，一块板专管显示控制，一块板专管测量及功能转换，数字模拟分开。

根据电路图画出PCB，送厂家加工，3天后收到

趁PCB打样的时候开始备料，PCB打好了，料也备好了
焊接即可，没有什么难度，按部就班焊

这是ADC LTC2440和基准电压源 ISL21009B
对于高位表来说，基准电压源很重要，因为它决定着仪表的精度
按说，6位半的表，基准电源至少需要用LM399这样的恒温基准甚至LTZ1000这样的超高精度基准
但是，考虑这是电池供电的便携式仪表，决定采用非恒温的基准电源
首选是MAX6350，但是其要求供电电压高，货源少，经过综合考虑，
决定使用Intersil的ISL21009B，3ppm/℃的温度系数，±0.5mV误差，也可以接受

分压电阻们，9.9MΩ和100KΩ构成100：1分压器
其中，这里采用精度0.1% 温漂15ppm的精密贴片电阻
100KΩ为2串2并提高整体性能，9.9M采用3MΩ、1MΩ、300K等电阻串联而成
同时，预留分压电阻网络安装位置，可以安装精度更高的TC1756型分压电阻网络

电流采样电阻，0.039Ω的4线电流采样电阻
个人认为，2A的量程，0.039Ω的采样电阻满量程输出只有78mV，
因此放大电路至少应该采用3运放架构的仪表放大器，以便提高精度

DC-DC电路，分为2路，输入为3.6V锂电池提供的电源
一路升压至6.3V供给基准及ADC等电路
另一路升压至18V，作为欧姆电流源的高压电源

LDO稳压电路，负责将DC-DC输出的6.3V降到5V供ADC，模拟开关等使用

欧姆电流源的保护电路

交流测量电路的程控放大器
通过模拟开关ADG409调节不同的放大倍率以测量交流信号
至于交-直流转换，采用凌特的LT1966，一颗简单的T-RMS转换电路
之前，在我的3位半万用表改造中有用到

欧姆电流源的基准电阻
本万用表测量电阻的原理是恒流法测电阻
也就是说对被测电阻通过一个恒定的直流电流，然后测量电阻两端的电压
就可以根据欧姆定律R=U/I计算出电阻阻值
其中，为了提高精度，恒流源的精度就必须保证
在这里，电流源的电压基准和ADC共用的5V电压基准
2倍到10V，通过精密电阻获得1mA-10uA的测量电流
这是基准电阻，均采用精密金属箔电阻，精度0.01%，100KΩ和1MΩ为0.1%精度

做好的模拟板

然后做数字板，这就简单了，没几个元件

通电试机，嗯，没有烟花，短路，冒烟起火

3.3V数字电路供电正常

硬件是机体，软件是灵魂，烧写程序，为运行做准备

电路都组装完毕了，接上模拟板和屏幕，开机！

初步测试，找了几个电阻测一下功能看看是否正常
短路测试

RX70 90KΩ 0.01% 精密线绕电阻

RX71 20KΩ 0.01% 精密线绕电阻，挡位功能正常
这里仅仅测试功能，精度什么的后续再说

电路搭建基本完毕，合二为一

下面开始制作外壳，找现成的，合适的外壳比较困难，于是打算自己制作一个
首先，找到一块铁质电缆线槽盖

对其进行折弯加工，制作外壳框架
工具简陋，一点一点来

试一试，和设计的一样，尺寸正好，哈！

电池没有用原先计划的18650电池，正好有块拆下来的聚合物电池
安装起来尺寸正好，就是容量小了点，只有900mAh
不过这个表平时耗电也不大，用没了充电就是了

上下层线路板，采用铜柱支撑固定

光这么一个铁皮框架是不够的
周边各个小区里转一转，看到有装修改造的地方就跑一跑，找到一些拆下来的废旧木料
收集起来，做个木头盒子吧

木料需要切割打磨
正好所住小区正在进行老旧小区改造，院子里工人在用切割机切管子
借用一下，将木料切成需要的形状，省得自己锯了
这是锯铁的砂轮片，锯木头浓烟滚滚，切口都炭化了
不过炭化了也没事，耐腐蚀嘛，然后借助砂轮片，顺便还把这些材料打磨了

继续干活，木匠的干活，好久没弄过木头了，手生的很
这些木头也不是好材料，里面长疤的长疤，胶合板开裂的，内部孔洞的，哎
锯啊，钻啊，磨啊，钉啊，反正是玩，玩的开心愉快

破木料，到处开裂掉渣，刷漆，作为保护

安装测试插孔，4mm的香蕉插座

懒得买铅字了，接口标识，手绘吧，自己用不嫌丑

进行最后的组装

完成，由于准备做的有机玻璃盖板还没到货，先敞口一段时间吧
现在，除了暂缺一个上盖外，已经可以使用了

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2n3055 · 发表于 2020-10-26 20:33:42

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junyee · 发表于 2020-10-26 20:52:00

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ly9577 · 发表于 2020-10-26 20:53:03

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hanbaoju · 发表于 2020-10-26 20:54:27

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leohytao · 发表于 2020-10-26 20:57:04

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jbm1 · 发表于 2020-10-26 20:57:43

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myd23 · 发表于 2020-10-26 21:35:26

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suhaiyuan · 发表于 2020-10-26 21:40:25

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our420 · 发表于 2020-10-26 21:48:27

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wawa · 发表于 2020-10-26 22:02:46

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xzcgl · 发表于 2020-10-26 22:03:08

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randy1975 · 发表于 2020-10-26 22:07:18

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在路上795 · 发表于 2020-10-26 22:10:40

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wgm468 · 发表于 2020-10-26 22:19:47

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gps42212 · 发表于 2020-10-26 22:20:05

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忘情居士 · 发表于 2020-10-26 22:44:23

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密码设置错误 · 发表于 2020-10-26 23:35:15

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zwz0106 · 发表于 2020-10-27 00:36:32

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qiujian · 发表于 2020-10-27 00:58:12

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