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

1、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日目 錄一、摘要.2二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求.2三、設(shè)計(jì)總體方案.2四、單元電路的設(shè)計(jì).3五、調(diào)試過程及結(jié)果分析.6六、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(dòng)器位驅(qū)動(dòng)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位半a/d轉(zhuǎn)換器，能夠直接驅(qū)動(dòng)共陽極數(shù)字顯示器，夠成數(shù)字電壓表，此電路

2、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(dòng)器、位驅(qū)動(dòng)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cmos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，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

3、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(dòng)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(dòng)共陽極的led顯示器，不需要外加驅(qū)動(dòng)原件，使整機(jī)線

4、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.顯示亮度較高。（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檔，2v檔，20v檔，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)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

5、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。icl7107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

6、。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(dòng)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(dòng)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t1=n1*tcp。在此階段積分器輸出電壓vo=-

7、qo/c(因?yàn)関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： qo= vo=-=- 2. 雙積分ad內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖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)充電至的參考電容按與極性相反的方式經(jīng)緩沖器接到積分電路，這樣電容器c將以恒定電流 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)并顯示出計(jì)數(shù)結(jié)果。此階段存在如下關(guān)系： vo+=0 (3)把（2）式代入上式，得： t2=vx (4)從（4）式可以看出，由于t1和vref均為常數(shù)，所以t2與

8、vx成正比，從圖2可以看出。若時(shí)鐘最小脈沖單元為,則，代入（4），即有： n2= vx (5)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),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(dòng)校零的計(jì)數(shù)范圍為29991000，也就是測量周期總保持4000個(gè)不變。即滿量程時(shí)n2max=2000=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(huì)點(diǎn)亮從而顯示

9、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)680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5v的直流電，將跳帽接在200mv檔，然后通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)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）基準(zhǔn)電壓測量：將正極輸入端與vref+短接，讀數(shù)為100.01。（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)

10、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)候就可能會(huì)出現(xiàn)一些不必要的損失，比如說兩根線會(huì)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(huì)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(huì)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