數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告綜述

1、Hunan Institute of Science and Technology數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題：數(shù)字電壓表專業(yè)：電子信息工程班級：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)老師：日 期：2013年12月10日一、 摘要2二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求三、設(shè)計(jì)總體方案2四、單元電路的設(shè)計(jì)五、調(diào)試過程及結(jié)果分析六、 心得感悟7七、 參考文獻(xiàn)7八、附錄（整機(jī)邏輯電路圖、實(shí)物圖、PCB板 圖）.8-i -一、摘要本文主要介紹的是基于ICL7107數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)，ICL7107是目前 廣泛應(yīng)用于數(shù)字測量系統(tǒng)是一種集三位半轉(zhuǎn)換器段驅(qū)動器位驅(qū)動器于一體的大 規(guī)模集成電路，ICL7107是目前廣泛應(yīng)用于數(shù)字測量系統(tǒng)的一種 3位

2、半A/D轉(zhuǎn)換 器，能夠直接驅(qū)動共陽極數(shù)字顯示器，夠成數(shù)字電壓表，此電路簡潔完整，稍加 改造就可以夠成其他電路，如數(shù)字電子秤、數(shù)字溫度計(jì)的等專門傳感器的測量工 具。ICL7107是目前廣泛應(yīng)用于數(shù)字測量系統(tǒng)是一種集三位半轉(zhuǎn)換器段驅(qū)動器、 位驅(qū)動器于一體的大規(guī)模集成電路，官地方官方主要用于對不同電壓的測量和許 多工程上的應(yīng)用，調(diào)頻接口電路，它采用的是雙積分原理完成 A/D轉(zhuǎn)換，全部轉(zhuǎn) 換電路用CMO大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)。應(yīng)用了 ICL7107芯片數(shù)碼管顯示器等，芯 片第一腳是供電，正確電壓時(shí) DC5V連接好電源把所需要測量的物品連接在表 的兩個(gè)端口，從而可以在顯示器上看到所需要的結(jié)果。在軟件設(shè)計(jì)上，

3、主要編寫 了實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)頻率的調(diào)節(jié)和單片機(jī)功能的相關(guān)程序，最后把軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì) 結(jié)合到一起，然后進(jìn)行調(diào)試。二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1. 設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓表電路，能夠?qū)嶒?yàn)電壓測量；2. 測量范圍：通過小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動電路，直流電壓0V到1.999V，0V到19.99V,0V到 199.9V,0V 到 1999V.3. 畫出數(shù)字電壓表電路原理圖，并作出 PCB圖；4. 利用芯片ICL7107來實(shí)現(xiàn)電路功能；5. 選擇合適的電阻、電容、液晶顯示器等器件；6. 完成全電路理論設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試，制板錫焊；7. 上交制作產(chǎn)品一件。8. 撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告；三、設(shè)計(jì)總體方案（1）方案介紹主要芯片有ICL7107和共陽極半導(dǎo)體

4、數(shù)碼管LED組成。本方案的主要特點(diǎn)是：1. 能夠直接驅(qū)動共陽極的LED顯示器，不需要外加驅(qū)動原件，使整機(jī)線路簡化2. 采用+5V和-5V兩組電源供電。3. LED屬于電池控制原件，芯片本身功耗較小。4. 顯示亮度較咼。（2）.系統(tǒng)框圖四、單元電路的設(shè)計(jì)4.1換擋電路換檔電路圖如下：3.1換擋電路該模塊通過配置如圖所示的“基準(zhǔn)電阻”來采用“比例法”實(shí)現(xiàn)多量程電壓表， 同時(shí)采用跳帽來實(shí)現(xiàn)換擋，從上到下的檔位依此是：200mV當(dāng)，2V檔，20V檔,-5 -200V 檔，1000V 檔。4.2雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ICL7107 ）的基本工作原理當(dāng)輸入電壓為Vx時(shí)，在一定時(shí)間T1內(nèi)對電量為零的電容器 C進(jìn)

5、行恒流（電 流大小與待測電壓Vx成正比）充電，這樣電容器兩極之間的電量將隨時(shí)間線性 增加，當(dāng)充電時(shí)間T1到后，電容器上積累的電量Q與被測電壓Vx成正比；然后 讓電容器恒流放電（電流大小與參考電壓 Vref成正比），這樣電容器兩極之間的 電量將線性減小，直到T2時(shí)刻減小為零。所以，可以得出 T2也與Vx成正比。 如果用計(jì)數(shù)器在T2開始時(shí)刻對時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，結(jié)束時(shí)刻停止計(jì)數(shù)，得到計(jì) 數(shù)值N2,則N2與Vx成正比。雙積分AD的工作原理就是基于上述電容器充放電過程中計(jì)數(shù)器讀數(shù)N2與輸入電壓Vx成正比構(gòu)成的?，F(xiàn)在我們以實(shí)驗(yàn)中所用到的3位半模數(shù)轉(zhuǎn)換器ICL7107 為例來講述它的整個(gè)工作過程。ICL71

6、07雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的基本組成如圖1 所示，它由積分器、過零比較器、邏輯控制電路、閘門電路、計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘脈沖 源、鎖存器、譯碼器及顯示等電路所組成。下面主要講一下它的轉(zhuǎn)換電路，大致 分為三個(gè)階段：第一階段，首先電壓輸入腳與輸入電壓斷開而與地端相連放掉電容器C上積累的電量，然后參考電容 Cref充電到參考電壓值Vref，同時(shí)反饋環(huán)給自動調(diào)零 電容CAZ以補(bǔ)償緩沖放大器、積分器和比較器的偏置電壓。這個(gè)階段稱為自動校 零階段。第二階段為信號積分階段（采樣階段），在此階段Vs接到Vx上使之與積分 器相連，這樣電容器C將被以恒定電流Vx/R充電，與此同時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)， 當(dāng)計(jì)到某一特定值N1 （對于

7、三位半模數(shù)轉(zhuǎn)換器，N1=1000時(shí)邏輯控制電路 使 充電過程結(jié)束，這樣采樣時(shí)間T1是一定的，假設(shè)時(shí)鐘脈沖為TCP則T仁N1*TCP 在此階段積分器輸出電壓 Vo=-Qo/C（因?yàn)閂o與Vx極性相反），Qo為T1時(shí)間內(nèi)恒 流（Vx/R）給電容器C充電得到的電量，所以存在下式：-11 -第三階段為反積分階段（測量階段），在此階段，邏輯控制電路把已經(jīng)充電至Vref的參考電容C冋按與Vx極性相反的方式經(jīng)緩沖器接到積分電路，這樣電容器C將以恒定電流Vrf R放電，與此同時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，電容器C上的電量線性減小，當(dāng)經(jīng)過時(shí)間T2后，電容器電壓減小到0,由零值比較器輸出閘門控 制信號再停止計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)并顯示出

8、計(jì)數(shù)結(jié)果。此階段存在如下關(guān)系：Vo+T2Vref*dt =0把（2）式代入上式，得：T2=衛(wèi) VxVref從（4）式可以看出，由于T1和Vref均為常數(shù)，所以T2與Vx成正比，從圖2 可以看出。若時(shí)鐘最小脈沖單元為 TCP ,則T1=N1 Tcp，T2=N2 Tcp，代入（4），即有：N2= Vx可以得出測量的計(jì)數(shù)值 N2與被測電壓Vx成正比。對于ICL7107,信號積分階段時(shí)間固定為1000個(gè)Tcp ,即N1的值為1000不變。 而N2的計(jì)數(shù)隨Vx的不同范圍為01999,同時(shí)自動校零的計(jì)數(shù)范圍為 2999 1000,也就是測量周期總保持 4000個(gè)Tcp不變。即滿量程時(shí) N2max=2000

9、=2*N1, 所以Vxmax=2Vref，這樣若取參考電壓為100mV則最大輸入電壓為 200mV若參考電壓為1V,則最大輸入電壓為2V。4.3顯示部分顯示部分由共陽數(shù)碼管組成，所以當(dāng)輸入為低電平時(shí)候，段選的那一段將會 點(diǎn)亮從而顯示字符。小數(shù)點(diǎn)顯示部分：由跳帽來點(diǎn)亮，通過串聯(lián)一個(gè)680Q的電阻分流來實(shí)現(xiàn)。數(shù)碼管顯示:五、調(diào)試過程及結(jié)果分析5.1測試儀器：直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字萬用表5.2測試方法：用直流穩(wěn)壓電源給系統(tǒng)提供土 5V的直流電，將跳帽接在200mV檔,然后通過調(diào)節(jié)滑動變阻器調(diào)節(jié)使 Vref值為100mV檢查步驟:(1) 零電壓測量：將正極輸入端與負(fù)極輸入端短接，儀表顯示為“0000”(2

10、) 基準(zhǔn)電壓測量：將正極輸入端與 VRef短接，讀數(shù)為100.0 1。(3) 數(shù)碼管段位全亮測試：將 TEST端與VDd短接，讀數(shù)為“ 1888”。調(diào)試完畢，將直流穩(wěn)壓愿的輸出端調(diào)制5.0V，然后接入到電壓表輸入端，觀察數(shù)碼管上面的顯示。5.3整機(jī)測試數(shù)據(jù)次數(shù)實(shí)際值(V)測量值(V)誤差10.60.591.6%28.28.53.66%315.815.42.5%422.622.80.9%525.725.70%630.830.12.3%六、心得感悟通過本次課程設(shè)計(jì)，讓我對 AD軟件的使用更加熟練了，也了解了一些在畫 板子當(dāng)中應(yīng)該注意到的問題嗎，比如說線距，如果線距沒有處理得恰當(dāng)，那么在 焊接的時(shí)候

11、就可能會出現(xiàn)一些不必要的損失， 比如說兩根線會在焊接的時(shí)候連接 到一起，如果沒注意到后期的調(diào)試工作也必然不會順利的進(jìn)行。還有就是在調(diào)試的工程，懂得了一些怎么去處理問題的能力。比如說在調(diào)試 過程中，一開始數(shù)碼管根本一個(gè)都不會亮，一開始也沒有弄清楚到底是什么原因， 在后來通過看原理圖以及 PCB圖，然后在對照自己所焊接的板子，發(fā)現(xiàn)是連接 數(shù)碼管的那個(gè)電源線出現(xiàn)了問題， 然后通過使用萬用表的測試，發(fā)現(xiàn)那個(gè)線出現(xiàn) 了斷路，之后用錫絲連接上之后，數(shù)碼管就全部都點(diǎn)亮了。在本次課程設(shè)計(jì)中，學(xué)到了很多知識。比如ILC7107芯片是怎么實(shí)現(xiàn)AD(模 數(shù)轉(zhuǎn)換)的。七、參考文獻(xiàn)1 庚華光 電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分2 梁德厚 數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用機(jī)械工業(yè)出版社3 周長源電路理論基礎(chǔ)高等教育出版社4 常用電子測量儀