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基于STM32的数字化万用表校验仪制作

作者：魏保立王云飞张凯

来源：《科技创新与应用》2013年第19期

摘要：针对现有的万用表校验仪存在的不能实现自校准，显示不清晰，器件老化精度降

低等问题，设计了一种基于STM32的数字化万用表校验仪，详细介绍了该校验仪各单元的电

路设计。改进后的校验仪校验结果准确度高，操作方便，大大提高了工作效率。

关键词：万用表；校验仪；制作

引言1

萬用表是电工必备的仪表之一，在万用表实训过程中同学们往往需要对自己制作的万用表

进行校准，以便使自己装的万用表准确度更高。通常我们采用的方法是用固定的电阻、电压、

电流来对万用表进行校准，这样做往往误差很大，而且工作量大，仅能对固定几个档位进行校

准，使校准工作烦琐而且不准确。国内市场上生产万用表校验仪的厂家不多，其主要使用对象

是针对工厂或者研究院，集成功能多，操作非常繁琐，且价格昂贵，不适合学生实习实训使

用。本文设计了一种基于STM32的数字化万用表校验仪，是在原有的万用表校验仪的基础上

进行技术改造，解决了其电压输出不稳，不能自校准，显示不清晰，精度低、操作不方便等问

题。

校验仪2整体方案设计

标2.1准电阻网络：设计制作能够通过软件控制输出特定阻值电阻硬件电路，并能够满足

微调功能；包含程序模块，并为嵌入整机程序留好端口。

电2.2流源网络：设计制作一个输出电流数控可调的电路，并有微调功能；包含程序模

块，并为嵌入整机程序留好端口。

电2.3压源网络：设计制作一个0～500V的50HZ正弦波电压可数控调节的电路，并有微

调功能；包含程序模块，并为嵌入整机程序留好端口。

整机软2.4件测控网络：设计编写液晶+按键+旋钮的人际交互界面，并设计制作AD采集

网络单元；程序部分留有接入以上各部分程序端口。

校验仪3硬件设计

电3.1阻档电路

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图中，P402插件留的位置是接入微调电位器，目的是方便微调，并配合软件计算实现校

验仪自动识别所校验万用表存在的误差。

电流档电路3.2

通过三极管恒流源电路设计可控恒流源电路，采用开环增益大的运放作为闭环控制，减小

由于三级管的非线性误差。由于此电路依然是电压控制输出，所以可以通过软件控制数/模来

实现输出电流的控制。

电压档电路3.3

控制电路3.4

控制电路主要是继电器、光耦隔离器、74LS138等组成。光耦是用来隔离继电器电路对

CPU的I/O口的干扰的，74LS138则是用来集中控制光耦藕合隔离器的，借助每次只能输出一

个低电平来实现3个端口控制8路通道，减少I/O的使用数量。

电源电路3.5

电源是电子设备中的必备的电路模块，电源方案的设计与电源电路特性的好坏直接影响电

路工作的稳定程度。本机电源主要分为几个部分：放大器供电电路、恒流源供电电路、数字电

路电源、继电器网络供电电源。

其中继电器供电电源与数字电路供电电源均是由DC-DC开关电源担负，放大器供电和恒

流源供电则均是由线性集成稳压器来提供。

校验仪软件设计4

校验仪软件包括主程序、初始化子程序、触摸屏扫描子程序、按键扫描子程序、AD/DA

转换子程序、档位切换子程序、短路报警子程序、数据反馈子程序、数据处理子程序等。本文

主要介绍主程序、数据处理、显示子程序。

主4.1程序

校验仪上电后首先初始化STM32及其外设，待有按键或触摸屏输入时，进入相应的子程

序进行校验功能，并将结果显示在LCD上。主程序流程如图5所示。

数4.2据处理、显示子程序

数据处理子程序中，交流电压档对50HZ的交流信号一个周期内采集了1000个数据，求

取其最大值，然后采用中值平均滤波算法和递推平均滤波算法对数据进行处理。直流电压档和

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电阻档也是采集多组值经排序取中间值后进行中值平均滤波和递推平均滤波。经滤波后避免了

因偶然因素引起的波动干扰，对周期性干扰有良好