综合测试仪数字万用表模块的研究与设计

　　1 引言

　　电信号的时域测量和显示是现代电子技术的重要内容，在现代电子测量仪器中占有重要地位。数字万用表具有用途多、量程广、使用简单方便等优点，是电子测量中最常用的工具。

　　F S 9 7 21是高性能、低功耗、3 3 / 4 带微处理器的模数变换器(ADC+MCU)，内部包含有8位微处理器、运算放大器、交流整流运算放大器电路等。FS9721带有微处理器，通过I/O进行逻辑功能控制，用M EA1~M EA4进行管脚编码组合就可以实现各种功能的测量。通过设置RANGE、SELECT、HZ/DUTY、RS232、R ESET实现量程、功能切换、频率和占空比测量、数据传输和复位等功能。

　　FS9721可测种类包括交/直流电压、交/直流电流、电阻、电容、频率、占空比、二极管及通断检测等。这些功能通过MEA1~MEA4组合和SELECT选择来实现。

　　本设计采用模块化设计，控制简单方便，制板体积小，可以添加到其他电子测量仪器中，在实现电信号时域测量、频域分析的同时实现电阻测量，通断检测等功能。数字万用表功能的引入使测量仪器的应用场合大大增加，功能也得到进一步的完善。

　　2 硬件电路设计

　　此数字万用表是综合测试仪的一个模块，考虑到安全性、成本、控制复杂度因素，本设计中对FS9721测量功能进行了一些裁剪，只保留了用户最常用的交/直流电压，交/直流电流，电阻、二极管和通断检测功能，电流测量通过测量参考电阻两端电压的方法实现。

　　此设计中，用户通过菜单选择测量功能，DSP根据菜单的状态发送控制命令，控制FS9721的测量功能和前端衰减电路。为了节约成本，此次设计中把测量模块的功能分为两大模式，一是电压测量，包括直流电压和交流电压;二是电阻、二极管及通断检测功能。用一个单刀双掷开关和MEA1~MEA4配合选择测量模式，通过发送SELECT脉冲选择具体测量功能。

　　出于安全性考虑，FS9721前端加入了衰减电路，如图1所示，并对控制信号、输入电源和输出串行数据进行了隔离。输入信号隔离芯片选用ADI公司的ADUM5240。它能同时实现电源和两路信号的隔离。输出串行数据采用光耦隔离。布线方面，参照CATⅢ300V标准，爬电距离不小于3.0mm。

　　3 软件设计

　　由于FS9721的设计是面向便携式数字万用表，其串行数据用于直接液晶显示，所以本设计中需要对串行数据进行译码。FS9721的RS232传输协议为：方向：单向至FPGA;波特率：2400bps;数据位：8位;奇偶校验：无;数据形式：hex;数据长度：14bytes。

　　本设计中FS9721输出的串行数据在FPGA中先进行串并转换，存放在FIFO中，FIFO的深度设计为串行数据长度即14bytes，当FIFO存满后给DSP发送FIFO满信号，DSP读走数据并发送FIFO复位信号。DSP进行数据有效性分析后进行译码获取数值和单位，校正后送显示模块显示。