CN2263349Y - 全电路测试智能表 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种将万用表、逻辑笔、频率计、信号发生器、数字集成电路离线及在线测试仪和线路故障自动诊断仪等七种常用必备维护用仪表功能综合，并达到微型化“掌上式”体积的全电路测试智能表，它以单片机和A/D芯片为核心，分别构成数字和模拟二板块线路，二块线路由人工控制按测试内容交替供电，单片机中还设有功耗自动控制和休眠唤醒线路，本仪表还采用了分时复用线路设计，以及五个仿真按键用人机对话方式完成操作使得本仪表元器件数量及功耗大大降低，本仪表体积、功耗及价格和现有数字万用表相当，国内外尚未见有同类产品。

Description

全电路测试智能表

本申请涉及电子及电气行业维护设备时所必备的检测仪表，特别是一种微型“掌上式”全电路测试智能化仪表。

电子和电气行业在维护设备时，已由多年前主要涉及摸拟电路发展为广泛涉及摸拟、数字和摸、数混合电路(简称全电路)，最常用的有四种仪表。万用表、逻辑笔、频率计和信号发生器，另外还有三种仪表，虽然在检修数字电路时很有用，但因其价格高，体积大，功耗高而无法普及使用，它们是：数字集成电路芯片离线及在线测试仪和线路故障自动诊断仪，缺少这三种仪表、检修数字电路时困难较大。以上七种仪表总价格需数万元，使用时得放满一张桌子，总耗电220V电源几个安培电流。

能否将以上七种检修常用必备仪表合为—体，并将其微型化，使其在价格、体积和功耗方面与目前使用的“掌上式”数字万用表相当，就是本申请的发明目的。

为了实现本申请的目的，需要解决二个技术难点，一是存贮器的容重问题，因为目前测试数字电路芯片均采用的是传统“穷举学习法”，如测试某一型号芯片，辅入脚数为N，则计算机需在设计时对该型号好片穷举学习2N组测试码，每一组编码为N位二进制数的多字节，进行实测，得到的测试结果作为永久码存贮在仪表内，仪表制成后，若测试同型号芯片，则通过与存贮在仪表内的永久码逐一比较，即能判别被测芯片的好坏。如一个仪表要存贮几百片芯片的码本，其数据库必然巨大，而且由于测试时间长、功耗必然大，仪表难以使用干电池作电源，体积也必然增大。因此，国内外至今未见有将以上七种仪表合并做到微型化的先例。

本实用新型解决了上述技术难点，在国内外首次将七种常用检测仪表的主要功能综合成—体，并实现了微型化，技术方案如下：本仪表的电子线路分为摸拟和数字两个板块，摸拟板块是以A/D转换燕液晶驱动芯片为核心，配置运算放大器、液晶小数点驱动器及蜂鸣器驱动芯片组成，通过置于机壳上的功能量程选择波段开关及插座、孔完成交直流电压测量，交直淹电流测量、电阻电容测量、晶体二、三级管测量、信号源摸拟信号产生和摸拟电路信号寻迹排障；数字板块是以存有程序和数据库的单片机为核心，配置地址译码电路、频率和逻辑状态测试电路、数据锁存电路、集成电路芯片测试驱动兼数字信号源电路、扩展输入口和数字电路液晶显示驱动器组成，通过置于机壳上的仿真按键及测试插座孔，完成摸拟和效字信号频率测量，数字信号逻辑状态测量，数字电路寻迹排障、数字集成电路芯片离线及在线测试、线路故障自动测试和信号源数字信号产生；数字板块中各电路的连接特点为：单片机数据线连数据锁存器的输入端，单片机一条输出线作功耗控制连数据锁存器总输出允许端，单片机地址线连地址译码电路的辅入，地址译码电路的输出提供数据锁存器中多片芯片锁存触发信号，数据锁存器的输出与数字集成电路芯片驱动器辅入相连，数字集成电路芯片驱动器各输出与数字集成电路芯片测试插座脚相连，测试插座测试芯片的每一脚与扩展输入口输入相连，扩展输入口辅出与单片机输入线相连，单片机一根中断线作休眠唤醒与数个仿真按键的公共接点相连，每一仿真按键的另一端是分别与单片机输出线相连，地址译码的一个片选接数字电路液晶驱动芯片，单片机输出线连接该芯片数据输入和位输入脚；测量插孔座输入的频率及逻辑测试信号送频率和逻辑测试电路整形和分频、分解出的高低频信号分别接单片机高低频输入口，逻辑状态由逻辑输入线连扩展输入口，经扩展口转换后由单片机-输入线采集，功耗线连频率和逻辑状态测试电路作高阻状态判别，单片机可编程信号缘输出脚与测试插座对应脚相连。模拟和数字板块的二片液晶显示驱动芯片相同字符段驱动输出脚并接，模拟板块A/D芯片电源正脚由电源正极经稳压限流后供给，模拟板块A/D芯片电源负脚由电源正极经正负电源转换芯片产生的负压供给，数字板块液晶驱动芯片正电源脚由电源正极经降压后供给，该芯片负电源脚接地，A/D芯片电源正、负电源和数字液晶芯片电源正的供电线路中还接有电解滤波电路；数字块板与摸拟板块的电源供电由置于机壳上的二波段多刀开关中一刀切换，一块供电，则另一块断电，此开关另一刀将同步切换二板块的二个液晶驱动芯片的背电极脚，只有一个芯片背电极与液晶显示屏背电极相连，显示屏背电极与稳压管负极相连，稳压管正极接地；数字板块电路中利用程序将各工作信号的工作时间综合分析，找出在时域上不相重合的信号复用，它们是：单片机数据输出线(D₀～D₇)为数据锁存电路所有输出触发器对应D₀～D₇输入脚多路复用，输出线(AD₄)连接按键、移位寄存器、液晶显示驱动器三路复用，输出线(AD₁～AD₃)连接按键、液晶显示驱动器二路复用，输出线(AD₅)连接移位寄存器、液晶显示驱动器二路复用，可编程信号源输出脚(AD₀)连接插座、按键、液晶显示驱动器三路复用。

下面结合附图及实施例对本仪表的工作过程及操作特点作进一步叙述。

图1为本实用新型的结构方框图；

图2为本实用新型摸拟板块线路图；

图3为本实用新型数字板块线路图；

图4、图5为本实用新型机壳外型图。

参看图1-5，为了实现七种仪表功能合一，并达到小型化的目的，本仪表线路划分为摸拟和数字二大板块，数字板块中中的地址译码电路是一片译码器芯片，频率和逻辑状态测试电路是一片施密特整形器和一片分频器，数据锁存电路是五片三态输出触发器，集成电路芯片测试兼数字信号源电路是三片达林顿驱动器，扩展输入口是二片移位寄存器，摸拟板块中的运放是三片运放芯片。摸拟板块主要零部件布置在仪表正面的印刷线路板上(上板)，数字板块主要另部件布置在仪表反面的印刷线路板上(下板)。仪表加电后由操作员根据测试对象是摸拟测量还是数字测量拨动电源选择开关向一个板块供电，另一板块则断电。摸拟板块工作消耗电流已达五号电池使用指标不作进一步功耗控制，数字板块功耗进行进一步自动控制，它是由单片机功耗控制线和休眠唤醒线来实施控制，功耗控制线连接数据锁存电路中全部三态输出触发器的输出允许脚，休眠唤醒线连接所有仿真按键的公共端，两个板块二片液晶驱动芯片相同字符段驱动脚并接分时驱动共用的一个液晶显示屏段输入脚。数字板块各电路和主要连接特征为：单片机八根数据线连接数据锁存电路所有三态输出触发器对应D输入端。单片机功耗控制输出线(AD₆)接这些触发器输出允许端。单片机三位地址线(AD₇～AD₉)与写控制线(AD₁₀)分别接地址译码电路中译码器芯片地址脚和输入允许脚。译码器输出片选信号(CS₁～CS₅)分别接每片三态输出触发器时钟脚。三态触发器所有输出脚(T₁～T₄₀)接达林顿驱动器输入脚。驱动器输出脚(P₁～P₁₀，P₁₅～P₂₄)接插座脚和扩展输入口的输入。扩展输入口将众多输入脚使用移位寄存器实施并-串变换后，其输出(D₈～D₁₁，D₁₅)连接单片机输入线。仿真按键公共接点线连单片机休眠唤醒线。每一仿真按键另一个端点分别连接单片机输出线(AD₀～AD₄)。地址译码器一个片选(CSO)液晶驱动芯片，单片机输出线(AD₀～AD₅)连接该芯片数据输入和位输入脚。测量插座输入的频率或逻辑测试信号经插孔切换(K开关中二刀)送达频率和逻辑状态测试电路经斯密特电路整形，数字分频器分频后，分解出高频信号从D₁₄线接单片机高频计数输入口，低频信号从D₁₃线接单片机低频计数输入口，逻辑状态从逻辑输入线(L)连扩展输入口输入，经扩展输入口转换后被单片机输入线D₈采集。功耗控制线(AD₆)连频率和逻辑状态测试电路来作高阻抗状态判断使用。单片机可编程信号源输出脚(AD₀)连接插座P₁₁脚。

两个板块液晶驱动芯片相同字符段驱动输出脚并接，闯入了数字集成电路芯片二态输出脚不能并接的禁区。它必需有以下几个连接特征作保证，否则液晶不能正常显示甚至烧毁芯片。它的连接特征为：摸拟板块单片A/D转换兼液晶驱动芯片正电源脚必需是由电源正极经电阻和稳压管稳压和限流而供给的(此电压命名为V+)，而该芯片的负电源脚必需是电源正极经正负电源转换芯片产生的负压(命名为V-)而供给的。数字板块液晶驱动芯片正电源脚是由电源正极经二个硅二极管降压后供给(命名为Vc)，该芯片负电源脚接电源负极(接地)。由于二个板块供电电源是由K开关中的一刀进行双向切换，始终只可能有一个液晶驱动芯片得到电源。K开关中另一刀将双向同步切换这二个液晶驱动芯片的背电极脚，只有一个芯片背电极脚与液晶显示屏背电极脚相连。液晶显示屏背电极连一个稳压管负极，该稳压管正极接地(电源负极)。V+，V-和Vc都必需接有电解电容滤波。数字板块元器件连接线很多，为节约连线和少用输入输出扩展芯片，本实用新型采用以下分时多路复用独特连接，单片机的程序将有效控制分时复用。具体为：①单片机数据线(D₀～D₇)为五片三态输出触发器复用，使用单片机3根地址(AD₇～AD₉)一个写控制线AD₁₀输给译码器，译码后得到CS₁～CS₅分别连5片三态输出触发器的时钟脚来实施时分多路复用。

②输出线AD₄连接按键，移位寄存器，液晶显示驱动器三路复用。

③输出线(AD₁～AD₃)连接按键，液晶显示驱动器二路复用。

④输出线(AD₅)连接移位寄存器，液晶显示驱动器二路复用。

⑤可编程信号源线(AD₀)连接插座、按键，液晶显示驱动器三路复用。

⑥功耗控制线(AD₆)连接数据锁存电路所有三态输出触发器的输出允许脚，斯密特整形器，达林顿驱动器多路复用。

⑦休眠唤醒线(D₁₂)连接所有仿真接键公共端点多路复用。

⑧集成电路测试插座P₁脚即作芯片测试时第1脚又作在信号源功能时每秒输出32个强驱动脉冲二路复用。

⑨仪表4个表笔插孔有三个复用，它们是V和，CoM GND，MA和F。

⑩液晶显示屏时分复用。

一个液晶显示屏分时为二个板块服务，二个板块二片液晶驱动芯片各自27根相同段驱动脚和显示屏相同段输入脚，实施三者直接连接。

五个仿真按键复用达到本仪表实际需要21个按健的作用。

数字板块中最重要基本测试为一组测试码作用于测试插座每一脚。其作用特征为：功耗控制线在复位时已置高电平，数据锁存器输出禁止。每一组测试码有五个字节组成(每一字节是8位二进制数)。单片机按字节使用5个地址分5次从D₀～D₇数据线送入数据锁存电路锁存。锁存完毕后，单片机才使功耗控制线输出低电平，锁存器输出允许打开，40位二进制码同时输出，它送达达林顿驱动器输入，达林顿驱动器根据这40位二进制编码，将产生测试插座20个脚每一个脚三种状态的一种(高电平、低电平、高阻)，达林顿驱动器在高电平能送出最大100mA，低电平最大能吸收100mA，所以能兼容充当芯片电源脚和在线测试强驱动信号。需要时被测对象激励的脚(输入脚)送达高电平或低电平激励，需要测试被测对象响应的脚(输出脚)将送达高阻。响应电位将决定于被测对象本身在仪表激励下的反应。单片机通过扩展输入口读入这些响应状态，一旦读入完毕此时单片机置功耗控制线为高电平，数据锁存电路全部输出脚为高阻，这些输出脚的高阻将使达林顿驱动器进入静态微功耗状态，其输出也都呈现高阻抗。单片机此时再对这组激励和响应作处理。每组测试码作用期间只有几十微秒。几组基本测试码组的不同配合将形成多种群测试码，完成不同的任务，而几十组甚至几百组群测试码将完成某一芯片或多条线路故障诊断。单片机使用一根功耗控制线，采用先分组锁存完毕，再集体一起输出，将能避免分送过程中的过渡错误组合。数据锁存与达林顿驱动器工作时间只维持几十微秒，使得即然有错码也不会危及仪表内部芯片和被测芯片的安全。

本实用新型采用中小规模数字集成电路芯片离线测试，中小规模数字集成电路芯片在线测试和线路故障自动诊断三项功能硬件电路全兼容，简化硬件电路，用软件加以不同处理，它是有单片机配有数据锁存电路，地址译码电路，数字集成电路芯片测试驱动器，扩展输入口四个部分连接而成。数据锁存电路特征为锁存单片机分时送出的一组测试码(它有多个字节组成)。它的最佳方案为使用多片有输出允许控制能实施三态输出的D触发器或D锁存器组成。使用二态输出的D触发器和D锁存器以及微机输入输出接口芯片也能完成此功能。地址译码电路用于数据锁存电路多片触发器或锁存器对单片机数据线时分复用时区分数据应该由那片触发器或锁存器锁存。驱动器的特征为：每一个输出脚具有三种状态高电平100mA以上驱动电流能力，低电平有吸收100mA以上电流能力，高阻抗时芯片内驱动该脚电路耗电微小。每一输出脚三种状态有其对应二个输入脚三个二进制编码得到，具有此条件驱动器就能在此电路工作，最佳方案增加这二个输入脚为高阻时，其对应内部驱动电路呈现无功耗，在功耗控制时对锁存器先置使驱动器为高阻编码，锁存再进一步使输出允许无效，使锁存器输出为高阻，进行双保险对驱动器功耗控制。

扩展输入口是为把测试芯片插座每一脚状态提供给单片机。它可以是采用移位寄存器实施并串变换，串行输入单片机输入口，也可采用并行直接送达单片机输入口，也可利用三态门和地址译码器与单片机数据总线和地址总线连接而实施。也可利用微型计算机输入输出接口芯片实施。也能几个方案结合使用。

本实用新型采用模拟信号频率测试，数字信号频率测试，数字信号逻辑五状态测试三项功能硬件电路为全兼容，简化硬件，使用软件加以不同处理的技术，该技术方案特征为：测试信号先分为直流和交流二个通道，直流通道有高电阻限流并起保护作用，有施密特整形电路、整形，将此信号加工后，由单片机输入口读取其状态，采用单片机一根输出线，作判决测试点是否无信号呈现高阻抗使用。

模拟或数字交流信号，经交流通道，先有隔直流电容去掉直流成份，再施加一个固定直流电压到达施密特整形电路的阀值电平附近，经限流和频率补偿电中中以及限幅保护电路到施密特整形电路输入端，经整形后输出的数字信号分两路，一路直接输入单片机另一测频输入口。单片机使用这三个口利用软件算法能对三项功能进行自动测试。

本仪表改变传统电路仪表一开机所有元器件都耗电设计，设计一种不增加操作者操作复杂度功耗控制型特征。具体为：1、如上所述，整机设计为二个板块结构，操作员选择板块功能时，使用二档波段开关，已使整机功耗大范围减少。

2、模拟板块耗电少，不再作功耗进一步控制。

3、数字板块再进一步作自动功耗控制。单片机有二个功耗状态，工作功耗和休眠功耗。单片机完成某一功能后即自动休眠，操作员再进行别的功能，按键后则通过D₁₂线休眠唤醒单片机进入工作状态。单片机只有在测试码作用期间通过AD₆功耗控制线置低电平，才唤醒数据锁存电路和集成电路芯片测试驱动电路工作，一旦不需其工作，AD₆线置高电平使其进入休眠静态微功耗。

4、本仪表供电有内部供电和外接稳压源供电二种方式。由于在线测试数字集成电路芯片和线路故障，仪表通过在线测试附件，将芯片测试插座每一脚驱动信号延伸到焊接在线路板上被测芯片各管脚上和被测线路上，所以它不但要驱动被测芯片和被测线路，而且还要通过线路板上连线驱动其它芯片和元器件，因此此时仪表采用使用被测设备电源驱动被测设备自身测试对象和仪表所需电源。仪表采用外接稳压源方式与被测设备同时由被测设备供电。仪表其余功能消耗电流小，采用机内可充电池直接供电，仪表配有可充电池充电插座。

下面结合实施例将各主要电路介绍如下：

一、模拟板块电路

模拟板块电路主要以U₁₈(实施例子为7106、7126或7136)和多档多刀功能量程开关(X)为核心组成电路，它同DT890C+数字万用表电路，国内外已广泛使用这种通用电路，不作介绍。三片运放中U₁₆、U₂₁选用TL062，U₂₂选用LM358小数点驱动器U₂₀选用CD4070，蜂鸣器驱动器U₁₅选用CD4011。该板块的AC/DC转换和蜂鸣器电路在下板，即U₁₅和U₁₆二片芯片组成电路部分。对其改动只有电源供给部分和液晶驱动部分连接。

二、数字板块液晶驱动电路和按键电路

由于液晶和按键必需在仪表正面，所以它们的电路放在上板。液晶驱动芯片采用4位七段液晶驱动芯片U₁₇(实施例子为7211AM)。向液晶驱动芯片用AD₀～AD₃送4位显示字符代码，AD₄，AD₅指示显示在那一位，CS₀为片选。五个仿真按键，公共并联触点连单片机D₁₂体眠唤醒线，AD₀～AD₄分别接五个键另一触点。单片机在完成某一任务后，下一步操作一定为操作员按键操作时，将AD₀～AD₄置为低电平，自动休眠。只有操作员进行按键操作，按任一键，D₁₂线将由按键触点耦合为低电平，D₁₂线低电平将唤醒单片机，单片机此时通过AD₀～AD₄和D₁₂配合可进一步得知为何键按下，进行对应指定操作，操作完成，又置AD₀～AD₄低电平再休眠。AD₀～AD₄在单片机不休眠，工作期间将为别的元器件工作服务。

数字板块与模拟板块的液晶驱动芯片段驱动线条有27根，采用简单并联驱动一个液晶驱动屏(实施选用25mm字高三位半液晶显示屏)。这二个板块只会有一个供电。此二个驱动芯片背电板线不采用并联，而采用二档四刀波段开关中一刀K-4随板块切换跟着切换。液晶显示屏背电极接一个稳压管负极，稳压管正极接地。两个板块液晶驱动芯片特殊连接法将保证液晶正常工作。

三、插孔切换电路

本仪表只用4个表笔插孔，在数字板块功能中测频率和逻辑状态需要从表笔引入信号。使用K-1和K-2二档四刀波段开关中二刀随板块切换跟着同步切换。

四、单片微型计算机电路

本仪表功能主要借助单片微型计算机的超大规模集成电路U₁选型有如下要求：

①工作电流要求在电池能接受平均25mA以下，休眠电流为工作电流以三分之一以下。这二个电流自然越小越好。并具有一个休眠唤醒，通过外界电平变化，能将其从休眠状态唤醒。

②内部有8K字节以上只读存贮器，内部单片机除使用寄存器外，有256个字节随机存贮器。无此条件使用外扩存贮器设计也行，但将增加仪表的体积。

③内部有二个16位计数器作为测频率时高低频测量口使用，有一个16位定时器能作为可编程信号源分频器使用。

④具有八位数据线，3根地址线，一个写控制线，13根输入输出两用线。

⑤具有石英晶振电路(大于6兆赫兹)，复位电路。

符合这些特征的单片机，实施实例有68HC705C8，87C52和89C52等。

五、中小规模数字电路芯片和线路故障诊断电路

本仪表利用仪表正面24脚集成电路芯片测试插座20个脚作此部分功能用。中小规模数字电路芯片和线路故障诊断最基本测试单元为一组测试码测试。对每组测试码二进制编码的不同，每组测试码独立测试或必要的几组测试码联合测试将组合出各种不同测试特征和性能，从而来完成多种任务。硬件电路实施只需保证一组测试码测试能完成，其余为软件的工作。

对仪表数字集成芯片测试插座20个芯片测试脚，仪表必需对其每一脚实施以下三种状态：①高电平驱动要求驱动电流达100mA以上，输出电压大于电源电压减0.3V，②低电平驱动，要求能吸收电流达100mA以上，输出电压小于0.3V，③高阻抗。这样才能适应其每一脚又对芯片作电源脚驱动，又可作离线或在线测试驱动被测芯片输入脚，又可作离线或在线测试连接被测试芯片输出脚。

一组测试码组作用硬件电路过程如下：

一组测试码组具有40位二进制码(五个字节)，单片机将这五个字节使用五个不同地址通过AD₇～AD₁₀送地址译码电路(U3，实施实例为74HC138)，在此地址输入下，其输出CS₁～CS₅将五个字节数据编码送到其对应三态输出触发器锁存，触发器(U₄～U₈实施实例为74HC374)全都锁存数据完毕后，单片机使AD₅功耗控制线由高电平变为低电平，AD₆线接五片触发器的输出允许脚上，此时输出允许开放，五片触发器40个输出脚T₁～T₄₀同时体现一组测试码的编码状态。T₁～T₄₀连接到三片达林顿驱动器(U₉～U₁₁实施例为94C80)的输入端，输入端接到编码，将会在芯片测试插座20个脚上体现出测试编码，因此被测芯片输入脚和电源脚将得到预定的高或低电平驱动，被测芯片输出脚对应驱动脚为高阻，所以该脚状态决定于被测芯片内部逻辑关系，由被测芯片在仪表外施输入激励下，输出其对应电平状态。被测芯片空脚也使用高阻。被测芯片在离线测试时，电源脚Vcc作为高电平，GND作为低电平驱动。由于本仪表达林顿驱动器每一个输出脚具有100mA驱动能力，所以它们作为电源脚是无问题的。在线测试时被测芯片电源脚为被测线路板供电，所以对应电源脚的驱动脚为高阻抗。单片机需要了解这20脚在测试码作用期间各脚状态，它是通过其扩展输入口D₈、D₉、D₁₀、D₁₁、D₁₅五个输入口得知的。其20脚有16脚接在由U₁₂和U₁₃二个八位移位寄存器(实施例子为CD4021)级联而成的十七位移位寄存器16个输入脚上。单片机输出线AD₅接这二片移位寄存器方式选择脚，其高电平为并行输入方式，低电平为移位方式。输出线AD₄接这二片移位寄存器时钟输入脚。级联的17位移位寄存器串行输出接单片机D₈输入口。单片机通过AD₄，AD₅的作用，能将测试插座16个脚(P₁～P₈，P₁₇～P₂₄，)状态由并行转为串行从D₈输入口串入单片机，单片机读入这16个脚状态。另有4个脚状态单片机直接从D₉、D₁₀、D₁₁、D₁₅输入口读取，它们与测试插座4个脚(P₉、P₁₀、P₁₅、P₁₆)相连。

一旦单片机读取了20个脚状态，该组测试码作用过去，单片机使AD₆功耗控制线由低电平变为高电平，此时五片触发器立即输出为高阻，自己成为静态耗电状态(不带负载)，每片耗电为20μA，三片驱动器此时进入微功耗状态。单片机送出一组测试码后不改变AD₆功耗控制线低电平状态，再送出第二组(全部或部分)测试码，能使该二组测试码进行配合，模拟出所需脚的上升沿或下降沿。同理，多组测试码也能合成作用。多组配合一旦结束，AD₆由低电平置高电平，让此电路进入休眠。一组基本测试码作用期间为微秒级。

在线测试时用仪表附件“在线测试夹”，将驱动脚从测试插座延伸到被测电路板被测芯片管脚上。线路故障诊断用仪表附件“线路测试钩”，将驱动脚从测试插座延伸到被测多条线路上。两条线路是短路还是互不连接，实际是二种不同的逻辑特性，通过特定的驱动方法和算法可以将其分析出来。

六、频率和逻辑状态测试电路

被测信号从F和GND二个插孔导入，通过插孔切换进入频率和逻辑状态测试电路，其有三个通道从单片机直流口(D₈)，交流低频计数口(D₁₃)，交流高频计数口(D₁₄)检测。直流和甚低频(小于每秒一周)状态信号经R₉电阻保护限流经二级斯密特反相器整形U₂-实施例为74HC14)，经17位移位寄存器复用D₈输入口读取其状态。读状态时要与AD₄、AD₅线配合，让移位寄存器作17位移位才能得到直流口状态。AD₆线经R₁₁施加高低电平到被测试点，如果被测点为高电平或低电平，AD₆状态变化经R₁₁高阻(实施为100K)将不会影响被测点状态。如果被测点无信号为高阻状态，单片机从D₈直流口检测状态将随AD₆状态变化而变化。使用此法可检测高阻。

测试点如交流信号经C₁₈隔直流耦合电容，经R₇、R₈、W₄分压电阻提升定量直流电平至U₁₂阀值电平处，调节W₄能调节提升直流电压。再经R₆，C₁₆组成电路限流和高频补偿，经D₃、D₄限幅，U₂斯密特电路整形。能确保输入信号在50mV-18V电压范围，模拟和数字信号都可整形成同频率方波信号，一路直接给单片机D₁₃低频口，一路经U₁₄128分频后(U₁₄实施例子为74HC393)，再到单片机D₁₄高频口。使用这二个口，配合单片机内部的二个十六位计数器，和单片机自动调节闸门时间，能完成1HZ～30MHZ大范围自动测频。由于单片机在测频时是使用石英晶体振荡器作为基准所以频率测试精度高。

七、信号发生器和信号寻迹排障

本仪表利用数字集成电路芯片24脚插座上面4个脚作信号源输出，另有P1脚兼作信号源输出。单片机AD₀为可编程信号源输出口，它引导数字集成电路插座P11脚，可驱动四个TTL负载。操作员可通过仿真按键选择分频值，选择范围N＝1-65535。AD₀输出频率计数公式为1.5兆÷N(使用6兆晶振作单片机时钟)或3兆÷N(使用12兆晶振)。电容测试插座CX左侧有400HZ正弦信号可引出。数字集成电路插座P1脚有每秒32个脉冲的强驱动数字信号(驱动电流达100mA)。P14有液晶背电极数字方波信号(50HZ)，模拟板块工作时有U₁₈提供，数字板块工作时有U₁₇提供。P₁₂和P₁₃。有一秒—次单脉冲驱动数字信号，由单片机输出线AD₆供给变化信号。信号源方波信号不但有基波成份可以利用，它的高次谐波也可为模拟电路利用。而方波信号本身是适合数字电路使用的。

将信号发生器与本仪表自身测量电压，电流，频率和逻辑五状态测试配合使用，可实施模拟电路和数字电路信号寻迹排障。

八、电源供给电路

机内电源和外接稳压电源地线直接与电路地相连。正稚经电源开关(PSW)控制电源开或关。再到板块选择二档四刀波段开关中K-3一刀上。此刀放置D档时，电源供给数字板块VD以电源，又经二个硅二板管降压(D17、D18)转化为Vc供数字液晶驱动电路使用。VD将直接供给达林顿驱动器使用，VD经—个硅二板管降压后转化为Vcc，供其它芯片使用。此时模拟板块无电源接通。当K-3放置A档，数字板块电源切断，电源正极经R74限流电阻稳压管DWl稳压后转化为V+，电源正极经U19(实施例子TCLT660)将其转换为V-。使用V+和V-对本仪表模拟板块供电。充电插座采用与电源开关(PSW)互锁形式充电，只有在PSW开关放置OFF位置才能充电，这样将保证不会因为误操作充电电压进入仪表电路。该电略使用电压5-6.3V，机内使用5节5号可充电电池，电路能在电池极性接反时起保护作用。

本仪表的操作使用方法如下：

一、模拟板块操作

使用多档多刀功能量程开关(X)来进行功能和量程选择操作。

二、数字板块操作

数字板块操作采用人机对话方式；仪表显示提示，操作者使用按键操作。仪表实施全部操作实需21个按键(0-9个数字键和11个功能键)但经巧妙设计只使用5个键仿真21个键的操作，命名为仿真键)，这是本实用新型独有的，它使得微型仪表缩小了体积，造型简单美观，五个按键的标识和布置如图4所示。数字板块全部操作分四类：

第一类：数字输入操作，仪表需要用输入二位或三位十进制数字(例被测芯片型号、分频值等)，需输入二位液晶个位或十位显示为“0”，需输入三位，液晶在百位，十位，个位显示“0”。操作使用按键定义在按键下部标识即能实现。方法：+1，+2，+5三个按键负责液晶正在显示个位数字加按键值，其和十位丢弃。个位显示到个位上。

负责二位数字或三位数字左循环移动，按一次移一位(二位或三位仪表自己知道)。 键负责结束数字辅入操作，最后确定液晶当前显示值为使用者告之仪表值。

第二类：功能选择操作

仪表液晶显示“1-5L”，此时使用按键上部左边标识。I键为线路故障自诊断功能选择。F键为频率和逻辑状态测试功能选择。S键为数字集成电路芯片在线测试功能选择。LV键为数字集成电路芯片离线测试。

第三类：测试芯片系列选择操作

仪表液晶显示：“1750”，此时使用按键上部右标识。P键选择专用芯片系列(工厂和个人自行设计制造芯片)74键选择74系列，40键选择CD4000系列，45键选择CD4500系列与75系列。

第四类：测试方法选择

当液晶显示“UPU2”时，使用按键上方标识，P表示选择综合特征码测试法，2选择2N测试法。当进行学习测试好芯片学习完毕，更换芯片为被测芯片后，按LN键仪表将进行学习测试。

由于本实用新型体积，功耗，价格类似万用表，可装入口袋随身携带，操作简易，功能强。无疑是对通用仪表的一个重大变革。使用它可直接提高电路维修质量和速度，减少各单位和个人投资仪表和维护仪表的费用。本实用新型适用于各大专院校的实验课使用，各研究机构在研制开发测试电路使用以及各工厂、企业、个人维修电子和电气设备使用，商店在销售电子元器件和数字集成电路芯片测试时也可使用。

Claims (4)

1、一种应用于电子及电气领域维护设备所必备的“掌上式”全电路测试智能表，以现有万用表、逻辑笔、频率计、信号发生器、数字集成电路芯片高线及在线测试仪和线路故障自动诊断仪七种常用仪表的结构为基础并将以上七种仪表的主要功能结合于一体，其特征是：本仪表的电子线路分为摸拟和数字两个板块，摸拟板块是以A/D转换兼液晶驱动芯片为核心，配置运算放大器、液晶小数点驱动器及蜂鸣器驱动芯片组成，通过置于机壳上的功能量程选择波段开关及插座、孔完成交直流电压测量，交直流电流测量、电阻电容测量、晶体二、三级管测量、信号源摸拟信号产生和摸拟电路信号寻迹排障；数字板块是以存有程序和数据库的单片机为核心，配置地址译码电路、频率和逻辑状态测试电路、数据锁存电路、集成电路芯片测试驱动兼数字信号源电路、扩展输入口和数字电路液晶显示驱动器组成，通过置于机壳上的仿真按键及测试插座孔，完成摸拟和数字信号频率测量，数字信号逻辑状态测量，数字电路寻迹排障、数字集成电路芯片离线及在线测试、线路故障自动测试和信号源数字信号产生；数字板块中各电路的连接特点为；单片机数据线连数据锁存器的输入端，单片机一条输出线作功耗控制连数据锁存器总输出允许端，单片机地址线连地址译码电路的输入，地址译码电路的输出提供数据锁存器中多片芯片锁存触发信号，数据锁存器的输出与数字集成电路芯片驱动器输入相连，数字集成电路芯片驱动器各输出与数字集成电路芯片测试插座脚相连，测试插座测试芯片的每一脚与扩展输入口输入相连，扩展输入口输出与单片机输入线相连，单片机一根中断线作休眠唤醒与数个仿真按键的公共接点相连，每一仿真按键的另一端是分别与单片机输出线相连，地址译码的一个片选接数字电路液晶驱动芯片，单片机输出线连接该芯片数据输入和位输入脚，测量插孔座输入的频率及逻辑测试信号送频率和逻辑测试电路整形和分频、分解出的高低频信号分别接单片机高低频输入口，逻辑状态由逻辑输入线连扩展输入口，经扩展口转换后由单片机-输入线采集，功耗线连频率和逻辑状态测试电路作高阻状态判别，单片机可编程信号缘输出脚与测试插座对应脚相连；模拟和数字板块的二片液晶显示驱动芯片相同字符段驱动输出脚并接，模拟板块A/D芯片电源正脚由电源正极经稳压限流后供给，模拟板块A/D芯片电源负脚由电源正极经正负电源转换芯片产生的负压供给，数字板块液晶驱动芯片正电源脚由电源正极经降压后供给，该芯片负电源脚接地，A/D芯片电源正、负电源和数字液晶芯片电源正的供电线路中还接有电解滤波电路；数字块板与摸拟板块的电源供电由置于机壳上的二波段多刀开关中一刀切换，一块供电，则另一块断电，此开关另一刀将同步切换二板块的二个液晶驱动芯片的背电极脚，只有一个芯片背电极与液晶显示屏背电极相连，显示屏背电极与稳压管负极相连，稳压管正极接地；数字板块电路中利用程序将各工作信号的工作时间综合分析，找出在时域上不相重合的信号复用，它们是：单片机数据输出线(D₀～D₇)为数据锁存电路所有输出触发器对应D₀～D₇输入脚多路复用，输出线(AD₄)连接按键、移位寄存器、液晶显示驱动器三路复用，输出线(AD₁～AD₃)连接按键、液晶显示驱动器二路复用，输出线(AD₅)连接移位寄存器、液晶显示驱动器二路复用，可编程信号源输出脚(AD₀)连接插座、按键、液晶显示驱动器三路复用。

2、根据权利要求1所述的全电路测试智能表，其特征是数字板块中的地址译码电路是一片译码器芯片，频率和逻辑状态测试电路是一片施密特整形器和一片分频器，数据锁存电路是五片三态输出触发器，集成电路芯片测试兼数字信号源电路是三片达林顿驱动器，扩展输入口是二片移位寄存器，摸拟板块中的运放是三片运放芯片。

3、根据权利要求1或2所述的智能表，其特征是机壳上设有五个仿真复用按键，以入机对话方式实现数字板块测试操作，机壳上还设有四个表笔插孔复用，由机壳上的二波段四刀开关中二刀随二个板块供电同步切换，一个集成电路芯片测试与信号源输出插座复用。

4、根据权利要求1或2所述，其特征是本仪表电源为机内干电池和机外稳压电源二种，仪表在线测试时，用外接电源供电，此外接电源即是被测设备的电源。

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