長春大學(xué)四位半數(shù)字電壓表課程設(shè)計(jì)內(nèi)頁長大版含摘要

1、位數(shù)字電壓表摘要大約150字，講述設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（宋體小四，行距20磅） 隨著電子科學(xué)技術(shù)、傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子測量成為廣大電子工作者必須掌握的手段，對測量的精度和功能的要求也越來越高，單片機(jī)技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)分支廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器，甚至電子玩具等各個(gè)領(lǐng)域。本文介紹一種以89S52單片機(jī)為核心的數(shù)字電壓測量電路,該電路采用ICL7135高精度、雙積分A/D轉(zhuǎn)換電路，測量范圍直流0-2000伏，使用LCD1601液晶模塊顯示，并可以與PC機(jī)進(jìn)行串行通信。該電路設(shè)計(jì)新穎、功能強(qiáng)大、可擴(kuò)展性強(qiáng)。關(guān)鍵詞：電壓測量 數(shù)字電壓 數(shù)碼管關(guān)鍵字大約5個(gè)

2、左右，每個(gè)關(guān)鍵字之間空2個(gè)格，例如：譯碼器 ICL7135位數(shù)字電壓表的英文Abstract Four in digital design a formSummary As the voltage the table design the electronic science and technology, and sensing technology, automatic control technology and computer technology development, an electronic survey become the workers must acquire th

3、e means of electronics, precision measurement and functional requirements are higher and higher monolithic integrated circuits as computer technology have a wide application in industry, intellectualized instruments, household appliances and electronic toys and other areas. this article introduced a

4、 monolithic integrated circuits 89s52 the numbers measure the voltage electrical circuit used icl7135 high precision, two points a d transforming circuit, a direct measurement range of 0 - 2000 and lcd1601 use lcd modules, and in the pc to the serial communication.Keywords voltage measurement displa

5、yed目 錄第1章 前言11.1 數(shù)字電壓表的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢11.1.1數(shù)字電壓表的特點(diǎn)11.1.2數(shù)字電壓表的發(fā)展趨勢11.2 設(shè)計(jì)要求及方案選擇11.2.1設(shè)計(jì)要求11.2.2設(shè)計(jì)目的2第2章 數(shù)字電壓表單元電路設(shè)計(jì)32.1 A/D轉(zhuǎn)換單元電路設(shè)計(jì)32.1.1A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135的功能介紹32.2 時(shí)鐘產(chǎn)生單元電路設(shè)計(jì)62.2.1ICM7556功能介紹62.2.2ICM7556組成的多諧振蕩器62.3 驅(qū)動(dòng)及譯碼顯示器62.3.1驅(qū)動(dòng)器、譯碼器、數(shù)字顯示器6第3章 調(diào)試要點(diǎn)及測試方法83.1 調(diào)試要點(diǎn)及測試方法83.2 故障及排除8第4章 設(shè)計(jì)心得與體會(huì)94.1 設(shè)計(jì)心得與體會(huì)9參考

6、文獻(xiàn)10第1章 前言隨著電子科學(xué)技術(shù)、傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，電阻、電壓、電流等數(shù)值的測量變得越來越常見，其中電壓的測量最為常見。傳統(tǒng)的指針式電壓表應(yīng)經(jīng)無法滿足如今高精度的要求，數(shù)字電壓表的誕生很好地解決了這一問題。 數(shù)字電壓表(Digital Voltmeter)簡稱DVM,它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。且數(shù)字電壓表精度高，抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)，集成方便,讀數(shù)方便。 目前由各種A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表,已被廣泛應(yīng)用于電子及電工測量，工業(yè)自動(dòng)化儀表，自動(dòng)測試系統(tǒng)等智能化測試領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的生命力。與此

7、同時(shí)，由DVM擴(kuò)展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測量技術(shù)提高到站新水平。綜上所述，數(shù)字電壓表在現(xiàn)在及將來都會(huì)有廣大的應(yīng)用。1.1 數(shù)字電壓表的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢1.1.1數(shù)字電壓表的特點(diǎn)1顯示清晰直觀，讀數(shù)準(zhǔn)確傳統(tǒng)的模擬式儀表必須借助于指針和刻度盤進(jìn)行讀數(shù)，在讀數(shù)過程中不可避免的會(huì)引入人為的測量誤差。數(shù)字電壓表則采用先進(jìn)的數(shù)顯技術(shù)，使測量結(jié)果一目了然，只要儀表不發(fā)生跳讀現(xiàn)象，測量結(jié)果就是唯一的。新型數(shù)字電壓表還增加了標(biāo)志符顯示功能，包括測量項(xiàng)目、符號單位和特殊符號、為解決DVM不能反映被測電壓的連續(xù)變化過程以及變化趨勢這一難題，一種數(shù)字/模擬條圖儀表業(yè)已問世。模擬圖條（Anal

8、 of Bargraph）有雙重含義：第一，被測量為模擬量；第二，利用條狀圖形來模擬被測量的大小及變化趨勢。這類儀表將數(shù)字顯示與高分辨率模擬條圖顯示集于一身，兼有DVM與模擬電壓表之優(yōu)點(diǎn)。智能數(shù)字電壓表均帶微處理器和標(biāo)準(zhǔn)接口，可配合計(jì)算機(jī)和打印機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或自動(dòng)打印，構(gòu)成完整的測試系統(tǒng)。2顯示位數(shù)顯示位數(shù)通常為31/2位、32/3位、33/4/位、41/2位、43/4位、51/2位、61/2位、71/2位、81/2位共9種。判定數(shù)字儀表的位數(shù)有兩條原則：能顯示09所有數(shù)字的位是整數(shù)位；分?jǐn)?shù)位的數(shù)值是以最大顯示值中最高位數(shù)字為分子，用滿量程時(shí)最高數(shù)字作分母。例如，某數(shù)字儀表的最大顯示值為199

9、9，滿量程計(jì)數(shù)值為2000，這表明該儀表有3個(gè)整數(shù)位，而分?jǐn)?shù)位的分子為1，分母是2，故稱之為31/2位，讀作三位半。 3準(zhǔn)確度高準(zhǔn)確度是測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的綜合。 4分辨率高數(shù)字電壓表在最低電壓量程上末位1個(gè)字所代表的電壓值，稱為儀表的分辨力，它反映儀表靈敏度的高低。分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。分辨率是指所能顯示的最小數(shù)字（零除外）與最大數(shù)字的百分比。例如31/2位DVM的分辨率為1/19990.05。需要指出，分辨力與準(zhǔn)確度屬于兩個(gè)不同的觀念。從測量角度看，分辨力是虛指標(biāo)（與測量誤差無關(guān)），準(zhǔn)確度才是實(shí)指標(biāo)（代表測量誤差的大?。?。 5測量范圍寬多量程DVM一般可測量01000V直

10、流電壓，配上高壓探頭還可測上萬伏的高壓。 6擴(kuò)展能力強(qiáng)在數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上，還可擴(kuò)展成各種通用及專用數(shù)字儀表、數(shù)字多用表（DMM）和智能儀表，以滿足不同的需要。1.1.2數(shù)字電壓表的發(fā)展趨勢采用新技術(shù)、新工藝，由LSI和VLSI構(gòu)成的新型數(shù)字儀表及高檔智能儀器的大量問世，標(biāo)志著電子儀器領(lǐng)域的一場革命，也開創(chuàng)了現(xiàn)代電子測量技術(shù)的先河。1廣泛采用新技術(shù)，不斷開發(fā)新產(chǎn)品2模塊化的發(fā)展方向新一代數(shù)字儀表正朝著標(biāo)準(zhǔn)模塊化的方向發(fā)展。預(yù)計(jì)在不久的將來，許多數(shù)字儀表將由標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的模塊所構(gòu)成，給電路設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試、維修帶來極大方便。表面安裝技術(shù)（SMT）和表面安裝元器件（SMD）將獲得普遍應(yīng)用。

11、這項(xiàng)技術(shù)被譽(yù)為世界電子工藝技術(shù)的一項(xiàng)重要突破。所謂表面安裝是將微型化的表面安裝集成電路（SMIC）和表面安裝元件，用粘貼工藝直接安裝在印刷板上，再用波峰焊接機(jī)焊接，由此取代傳統(tǒng)的打孔焊接工藝，使印刷板安裝密度大為增加，可靠性得到明顯提高。 3多重顯示儀表為徹底解決數(shù)字儀表不便于觀察連續(xù)變化量的技術(shù)難題，數(shù)字/模擬條圖雙顯示儀表已成為國際流行款式，它兼有數(shù)字儀表準(zhǔn)確度高、模擬式儀表便于觀察被測量的變化過程及變化趨勢的兩大優(yōu)點(diǎn)。模擬條圖大致分成三類：液晶（LCD）條圖，呈斷續(xù)的條狀，這種顯示器的分辨力高、微功耗，體積小，低壓驅(qū)動(dòng)，適于電池供電的小型化儀表。等離子體（PDP）光柱顯示器，其優(yōu)點(diǎn)是自身

12、發(fā)光，亮度高，顯示清晰，觀察距離遠(yuǎn)，分辨力較高，缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電壓高，耗電較大。LED光柱，它是由多只發(fā)光二極管排列而成。這種顯示器的亮度高，成本低，但象素尺寸較大，功耗高，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。4安全性儀器儀表在設(shè)計(jì)和使用中的安全性，對于生產(chǎn)廠家和廣大用戶都是至關(guān)重要的問題。一方面廠家必須為儀表設(shè)計(jì)安全保護(hù)電路，并使之符合國際標(biāo)準(zhǔn)（例如美國UL認(rèn)證，歐洲GS認(rèn)證，ISO9001國際標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量認(rèn)證）；另一方面用戶必須安全操作，時(shí)刻注意儀表上的各種安全警告指示。儀表的保護(hù)電路在于最大限度的減小或防止因誤操作而造成的危害。以DMM為例，常見的誤操作是用電流檔或電阻檔去測量電壓。5操作簡單化本次課程設(shè)計(jì)我們僅選數(shù)

13、字電壓表中的數(shù)字電壓表來進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.2 設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)目的1.2.1設(shè)計(jì)要求1. 設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表電路。2. 測量范圍：直流電壓0199.99mV,01.9999V,019.999V,0199.99V。3.用199.99mV或1.9999V的模擬電壓作為輸入，校準(zhǔn)電壓表的讀數(shù)。4. 選做內(nèi)容：自動(dòng)量程切換1.2.2設(shè)計(jì)目的1電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)電子技術(shù)十分重要的環(huán)節(jié)之一，是對學(xué)習(xí)電子技術(shù)知識的綜合性實(shí)踐訓(xùn)練。對于鞏固所學(xué)的電子技術(shù)理論知識，培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力，加強(qiáng)基本的技能訓(xùn)練具有明顯的積極作用。2. 掌握數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)原理，組裝、焊接與調(diào)試方法。3. 熟悉集成電路ICL7135、IC

14、M7556、74HC04、74LS47的使用方法，并掌握其工作原理。第2章 數(shù)字電壓表單元電路設(shè)計(jì)2.1 A/D轉(zhuǎn)換單元電路設(shè)計(jì)2.1.1A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135的功能介紹1. ICL7135工作原理ICI7135是4位雙積分A/D轉(zhuǎn)換芯片,可以轉(zhuǎn)換輸出20000個(gè)數(shù)字量,有STB選通控制的BCD碼輸出,與微機(jī)接口十分方便.ICL7135具有精度高(相當(dāng)于14位A/D轉(zhuǎn)換),價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn).其轉(zhuǎn)換速度與時(shí)鐘頻率相關(guān),每個(gè)轉(zhuǎn)換周期均有:自校準(zhǔn)(調(diào)零),正向積分(被測模擬電壓積分),反向積分(基準(zhǔn)電壓積分)和過零檢測四個(gè)階段組成,其中自校準(zhǔn)時(shí)間為10001個(gè)脈沖,正向積分時(shí)間為10000個(gè)脈沖,反

15、向積分直至電壓到零為止(最大不超過20001個(gè)脈沖).故可以采用從正向積分開始計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù),到反向積分為零時(shí)停止計(jì)數(shù).將計(jì)數(shù)的脈沖個(gè)數(shù)減10000,即得到對應(yīng)的模擬量.圖2.1給出了ICL7135時(shí)序,由圖可見,當(dāng)BUSY變高時(shí)開始正向積分,反向積分到零時(shí)BUSY變低,所以BUSY可以用于控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)/停止.圖2.1 1CL7135時(shí)序圖2. ICL7135引腳功能及含義ICL7135為DIP28封裝,芯片引腳排列如圖2.2所示 圖2.2 1CL7135芯片引腳圖ICL7135引腳功能及含義如下: (1)與供電及電源相關(guān)的引腳(共7腳) .-V:ICL7135負(fù)電源引入端,典型值-5V,極

16、限值-9V;.+V:ICL7135正電源引入端,典型值+5V,極限值+6V;.DGND:數(shù)字地,ICL7135正,負(fù)電源的低電平基準(zhǔn);.REF:參考電壓輸入,REF的地為AGND引腳,典型值1V,輸出數(shù)字量=10000(VIN/VREF);.AC:模擬地,典型應(yīng)用中,與DGND(數(shù)字地)一點(diǎn)接地;.INHI:模擬輸入正;.INLO:模擬輸入負(fù),當(dāng)模擬信號輸入為單端對地時(shí),直接與AC相連.(2)與控制和狀態(tài)相關(guān)的引腳 (共12腳) .CLKIN:時(shí)鐘信號輸入.當(dāng)T=80ms時(shí),fcp=125kHz,對50Hz工頻干擾有較大抑制能力,此時(shí)轉(zhuǎn)換速度為3次/s.極限值fcp=1MHz時(shí),轉(zhuǎn)換速度為25

17、次/s.REFC+:外接參考電容正,典型值1F.REFC-:外接參考電容負(fù).BUFFO:緩沖放大器輸出端,典型外接積分電阻.INTO:積分器輸出端,典型外接積分電容.AZIN:自校零端.LOW: 欠量程信號輸出端,當(dāng)輸入信號小于量程范圍的10%時(shí),該端輸出高電平.HIGH:過量程信號輸出端,當(dāng)輸入信號超過計(jì)數(shù)范圍(20001)時(shí),該端輸出高電平.STOR:數(shù)據(jù)輸出選通信號(負(fù)脈沖),寬度為時(shí)鐘脈沖寬度的一半,每次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),該端輸出5個(gè)負(fù)脈沖,分別選通由高到低的BCD碼數(shù)據(jù)(5位),該端用于將轉(zhuǎn)換結(jié)果打到并行I/O接口.R/H:自動(dòng)轉(zhuǎn)換/停頓控制輸入.當(dāng)輸入高電平時(shí);每隔40002個(gè)時(shí)鐘

18、脈沖自動(dòng)啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換;當(dāng)輸入為低電平時(shí),轉(zhuǎn)換結(jié)束后需輸入一個(gè)大于300ns的正脈沖,才能啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換.POL:極性信號輸出,高電平表示極性為正.BUSY:忙信號輸出,高電平有效.正向積分開始時(shí)自動(dòng)變高,反向積分結(jié)束時(shí)自動(dòng)變低. (3)與選通和數(shù)據(jù)輸出相關(guān)的引腳(共9腳).B8B1:BCD碼輸出.B8為高位,對應(yīng)BCD碼;.D5:萬位選通;.D4D1:千,百,十,個(gè)位選通.3. ICL7135主要參數(shù)ICL7135主要參數(shù)如表2.1所示。表2.1 ICL7135主要參數(shù)電源電壓V+6V溫度范圍0 to 70V-9V熱電阻PDIP封裝qJA(/W)55模擬輸入電壓V+ to V-最大結(jié)溫150

19、參考輸入電壓V+ to V-最高儲(chǔ)存溫度范圍-65 to 150時(shí)鐘輸入電壓GND to V+2.2 時(shí)鐘產(chǎn)生單元電路設(shè)計(jì)2.2.1ICM7556功能介紹時(shí)鐘振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖的頻率直接影響A/D轉(zhuǎn)換器的采樣速度和抗干擾的能力。由ICM7556集成定時(shí)器構(gòu)成的振蕩電路，易實(shí)現(xiàn)抗干擾能力強(qiáng)，其相當(dāng)于雙555定時(shí)器構(gòu)成。 圖7 NE555集成電路構(gòu)成多諧振蕩器電路及波形圖2.2.2ICM7556組成的多諧振蕩器多諧振蕩器也稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)毋須外加觸發(fā)脈沖，就能輸出一定頻率的矩形脈沖（自激振蕩），A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135提供工作時(shí)鐘信號，圖7所示為又集成555定時(shí)器組成的多

20、諧振蕩器電路及工作波形圖。電阻RA，RB和電容C構(gòu)成RC定時(shí)電路。電容在間周而復(fù)始進(jìn)行沖放電過程，在輸出端就得到一系列矩形脈沖信號。進(jìn)行分析可知，第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度，即從充電上升到所需的時(shí)間為 第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度，即從放電下降到所需的時(shí)間為 振蕩周期和振蕩頻率分別為 2.3 驅(qū)動(dòng)及譯碼顯示器2.3.1 驅(qū)動(dòng)器、譯碼器、顯示器為了使A/D輸出能點(diǎn)亮發(fā)光數(shù)碼管，所以中間需要驅(qū)動(dòng)器，用5個(gè)NPN型三極管驅(qū)動(dòng)。BCD碼七段譯碼驅(qū)動(dòng)器有共陽和共陰兩類，型號有74LS47（共陽），74LS48（共陰），CC4511（共陰）等。74LS47譯碼器，它是二十進(jìn)制譯碼，轉(zhuǎn)換成七段顯示信號。數(shù)碼顯示器是用

21、來顯示示數(shù)的，用發(fā)光二極管組成，亮度較亮，采用共陽極(與74LS47相匹配)。下面有74LS47為例，其管腳排列如圖10所示。 圖10 74LS47芯片頂視圖該器件輸入信號為BCD碼，輸出端為OA，OB，OC，OD，OE，OF，OG分別對應(yīng)的，共7線，令有3條控制線，/。端為測試端。在 端接如高電平的條件下，當(dāng)=0時(shí)，無論輸入端A，B，C，D為和值，輸出全為低電平，使7段顯示器件顯示“8”字型，此功能用于測試器件。端為清零輸入端。=1，=1的條件下，當(dāng)輸入ABCD=0000時(shí)，輸出全為高電平，可使共陽LED顯示熄滅。而且在輸入A，B，C，D不全為零時(shí)，仍能譯碼輸出，使顯示器正常顯示。端為消隱輸

22、入端。該輸入端具有最高級別的控制權(quán)，當(dāng)該端為低電平時(shí)，不管其他輸入為何值，輸出端均為高電平，這可使共陽顯示器熄滅。另外，該端還有第二個(gè)功能清零信號輸出端，記為。當(dāng)該位輸入的ABCD=0000且=0時(shí)，此時(shí)輸出低電平；若該輸入的A，B，C，D不等于零，則輸出高電平。若與配合使用，很容易實(shí)現(xiàn)多位數(shù)碼顯示時(shí)的清零控制。例如對整數(shù)古部分，將最高位的接地，這樣當(dāng)最高位為零時(shí)“清零”，同時(shí)該位輸出低電平，使下一位的為低電平，古也具有“清零”功能；而對與小數(shù)部分，應(yīng)將最低位的接地，個(gè)位的端懸空或接高電平，低為的接至高位的。其功能見表1 輸入 輸出顯示字型 D C B A 0 1 1 0 1 0 0 0 0

23、0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 18無無1 1 1 0 0 0 01 1 0 0 0 11 1 0 0 1 01 1 0 0 1 11 1 0 1 0 01 1 0 1 0 11 1 0 1 1 01 1 0 1 1 11 1 1 0 0 01 1 1 0 0 11 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 10 1 0 0 1 0 00 1 1 0 0 0 00 0 1 1 0 1 00 0 1 0 0 1 00 0 0 0 0 1 01 1 1 1 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 1 1 0 0 001234567891 1

24、 1 0 1 0 1 1 1 1 1 10 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1無效輸入表1 74LS47功能表第3章 調(diào)試要點(diǎn)及測試方法3.1 調(diào)試要點(diǎn)及測試方法（1）接通電源電壓，ICL7135、ICM7556、74HC04、74LS47的電源端與地端之間的電壓為+5V，ICL7135的1腳電壓為-5V。（2）用示波器觀察555多諧振蕩器是否起振，測量5腳與地端電壓為2.7V左右。（3）采用穩(wěn)壓電源，使其輸出電壓為199.99mV或1.9999V作模擬量出入信號，調(diào)整基準(zhǔn)電壓的電位器，使LED數(shù)碼管顯示值與輸入模擬電壓值相等。（4）基準(zhǔn)電壓測量。將正輸入端與短接，讀數(shù)應(yīng)為1000.01。（5）檢查自動(dòng)調(diào)零功能。將輸入端短路，既沒有輸入信號時(shí)，LED顯示器應(yīng)該顯示00000。（6）檢查超量程溢出功能。調(diào)節(jié)輸入電壓值，當(dāng)超出測量范圍時(shí)觀察LED數(shù)碼管是否有閃爍警告所用。（7）測試線性誤差。將輸入模擬電壓信號從