做一台usb接口的五位半万用表模块

yyp20034

在做项目的过程中，我发现大多数的小的测试系统，其实用一个万用表+开关就能完成，因此萌发了做万用表模块的想法，自己动手做一个吧。主要功能如下：
（1）USB接口，支持外供电；
（2）支持SCPI指令，兼容Agilent指令；
（3）基础量程五位半，目标六位半，对标Agilent34401；
（4）支持数据采集功能，也就是说，降低ADC的分辨率可以做普通采集卡使用；

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（1）        直流电压测量功能：
（2）        直流电流测量功能；
（3）        两线电阻测量功能；
（4）        四线电阻测量功能；
（5）        交流电压测量功能；
（6）        交流电流测量功能；
（7）        交流信号频率测量功能；
（8）        脉冲信号占空比测量功能；
（9）        二极管测量功能；
（10）        导通测量功能；
（11）        热电阻测温；
（12）        热电偶测温；

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顶一下

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今天终于将USB-DMM5.5正式版布线完毕，准备投板了，3D图如下所示，先露个脸：
   1、为什么是五位半而不做六位半？
        这个DMM在设计之初的确是按照六位半进行设计的，在实际的测试中在基本档位上实现六位半的分辨率也是毫无压力，这个版本也提供六位半分辨率的数据输出，即便这样，我也依然将这个版本定位为五位半，主要受限于两个因素：
     第一，ADC的积分非线性。
     第二，增益电阻的稳定性。
    第一个问题还好解决， 当前所采用的ADC芯片对于积分非线性还不满足六位半要求，设计多斜积分ADC，虽然费点功夫，但是肯定能实现，第二个问题就非常的困难。要想增益稳定性达到六位半的水平，增益电阻必须封装在一起，跟随温度系数达到3ppm以下才有可能。要定制这些电阻，受限于国内的电阻制作水平，非常难以达到要求，如果国外定制，目前对于个人而言几乎没有可能实现。
2、会不会出“套件”
       这个产品历经了多次改版，断断续续的在调试修改，最近终于能够全职做这个事情，所以加快了更新的步伐，也算是给自己前期的工作交个答卷。这个版本设计之初就定义为工业应用，并不是实验板和测试板，所以没有所谓“套件”，全部为完整产品。
   本版本提供USB接口和RS485接口，可以仅仅用一跟USB线完成供电和通讯，支持仪器通用的SCPI指令，Agilent34401的绝大多数指令都兼容。也可以使用RS485总线，但是必须提供外部供电电源，RS485总线支持modbus协议，方便现场接入SCADA系统。
    本版本设计之初就定义为USB 万用表模块，主要应用于系统集成和测试，整版尺寸非常小，160mmX97mm，非常易于系统集成应用。为了考虑更多的用户需求，本次改版增加了外部扩展接口，后续可能有带显示屏和锂电池的手持仪表，我们也会开放接口，方便大家进行DIY，变成手持仪表。
    本版本提供外部触发接口，可以根据触发信号实现数据采集。
3、关于成本
   既然作为一款工业应用模块，用料确实非常扎实。为了提高采集精度，前端分压电阻、电流采样电阻均定制，也是我能找到国内供应商里面的顶级水平了，成本确实不低。
   (1)前端分压电阻，跟踪温度系数为5ppm;
   (2)2A档位采样电阻为0.1Ω，温度系数为15ppm;
   (3)200ma档位采样电阻为1Ω，温度系数为10ppm;
（4）20mA档位采样电阻为10Ω，温度系数为5ppm;
       工业应用对于4~20mA采集应用广泛，本模块设计之初就保留了20mA档位，电流采样采用全查分采集，将这个档位的性能发挥到极致。

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如果大家感兴趣，可以关注一下我的微信公众号“高精度万用表的设计和应用”

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我也会在论坛里持续更新最新的进展

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印制板预计下周一返回

admvip

楼主牛叉

xuande

这么高的精度，感觉不容易。

yyp20034

我会在在这里实时更新测试的过程和结果

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直流电压档位 序号        档位        第一级增益        第二级增益        输入阻抗 1        200V        X0.01        X1        10MΩ 2        20V        X0.01        X10        10MΩ 3        2V        X1        X1        输入阻抗10MΩ或者>10GΩ可设置 4        0.2V        X1        X10        输入阻抗10MΩ或者>10GΩ可设置 5        0.02        X1        X100        输入阻抗10MΩ或者>10GΩ可设置 直流电流档位 序号        档位        取样电阻Ω        电压档位        增益 1        2A        0.1        0.2V        X10 2        200mA        1        0.2V        X10 3        20mA        10        0.2V        X10 两线电阻档位 序号        档位        激励恒流源        电压档位        增益        备注 1        200Ω                 1mA                  0.2V        X10        2mw 2        2KΩ                   1mA                   2V        X1        2mw 3        20KΩ                 100uA                2V        X1        0.2mw 4        200KΩ               10uA                 2V        X1        0.02mw 5        1MΩ                  2uA                  2V        X1        2uw 6        10MΩ                0.2uA                2V        X1        0.2uw 7        100MΩ              0.2uA                2V        X1        需要继电器动作，并联10MΩ

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印制板到货，开整