數(shù)字電壓表課程設(shè)計實驗報告

1、電子技術(shù)課程設(shè)計課題：數(shù)字電壓表的設(shè)計指導(dǎo)老師：楊老師 程老師學(xué)院：信 息學(xué) 院姓名學(xué)號： 班級： 電 信12-2BF12 / 12文檔可自由編輯打印目 錄一設(shè)計課題3二設(shè)計要求3三設(shè)計方案31、主要芯片的選擇32、量程轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)43、電壓顯示的實現(xiàn)54、小數(shù)點的驅(qū)動65、電源濾波電路：6四實驗過程7五調(diào)試過程、參數(shù)測試及結(jié)果分析81.調(diào)試過程：82.參數(shù)測試：93.結(jié)果及其分析：9六設(shè)計、安裝及調(diào)試中的體會10七附錄11附錄A 數(shù)字電壓表原理圖11附錄B PCB板圖11附錄C 數(shù)字電壓表實物圖11一、設(shè)計課題：液晶（或發(fā)光二極管）顯示的3.1/2位數(shù)字電壓表設(shè)計。二、設(shè)計要求：主要技術(shù)指標(biāo)：

2、直流電壓測量范圍0200V，共分四擋：200mv、2v、20v和200v；分辨率0.1mv。主要功能要求：具有正、負(fù)電壓極性顯示，小數(shù)點顯示、超量程顯示，量程自動轉(zhuǎn)換等功能。學(xué) 習(xí) 要 求：了解三位半數(shù)字電壓表的基本構(gòu)成；掌握雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理，以及通用數(shù)字電壓表的設(shè)計方法與調(diào)試技術(shù)。三、設(shè)計方案1、主要芯片的選擇：本課程設(shè)計要將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，本將數(shù)字量通過計數(shù)譯碼電路變換成筆段碼。由于對轉(zhuǎn)換速度沒有要求，則可以選擇雙積分型ADC轉(zhuǎn)換器，又由于要對數(shù)字量進(jìn)行譯碼，則可以選擇ICL7107型ADC，其主要缺點是精度比較低，且內(nèi)部電壓轉(zhuǎn)換和控制部分不可控制。優(yōu)點是價格低廉

3、。ICL7107功能介紹：雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7107是一種間接A/D轉(zhuǎn)換器。它通過對輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時間間隔，然后利用脈沖時間間隔，進(jìn)而得出相應(yīng)的數(shù)字性輸出。它包括積分器、比較器、計數(shù)器，控制邏輯和時鐘信號源。 計數(shù)器對反向積分過程的時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)?？刂七壿嫲ǚ诸l器、譯碼器、相位驅(qū)動器、控制器和鎖存器。 分頻器用來對時鐘脈沖逐漸分頻，得到所需的計數(shù)脈沖fc和共陽極LED數(shù)碼管公共電極所需的方波信號fc。 譯碼器為BCD-7段譯碼器，將計數(shù)器的BCD碼譯成LED數(shù)碼管七段筆畫組成數(shù)字的相應(yīng)編碼。 驅(qū)動器是將譯碼器輸出對應(yīng)于共陽

4、極數(shù)碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅(qū)動相應(yīng)筆畫的方波?？刂破鞯淖饔糜腥齻€：第一，識別積分器的工作狀態(tài)，適時發(fā)出控制信號，使各模擬開關(guān)接通或斷開，A/D轉(zhuǎn)換器能循環(huán)進(jìn)行。第二，識別輸入電壓極性，控制LED數(shù)碼管的負(fù)號顯示。第二，當(dāng)輸入電壓超量限時發(fā)出溢出信號，使千位顯示“1 ，其余碼全部熄滅。釣鎖存器用來存放A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，鎖存器的輸出經(jīng)譯碼器后驅(qū)動LED 。它的每個測量周期自動調(diào)零（AZ）、信號積分（INT）和反向積分（DE）三個階2、量程轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)：各擋量程可以用多個電阻組成的電阻衰減網(wǎng)咯以及一個開關(guān)實現(xiàn)量程的手動轉(zhuǎn)換，設(shè)計如下圖。各檔量程為200mv、2v、20v、200v、1000v五個不

5、同檔位，其中200mv為基本量程輸入阻抗Ri=R7+R9+R10+R13+R14=10M，各檔位衰減后的電壓Vx與輸入的電壓Vi關(guān)系為：Vx=Vi.Rx/Ri，式中，Rx為開關(guān)S1的動端對地的電阻。R12為限流電阻，保險絲起過載保護(hù)電路，兩只二極管和電容C9起過壓保護(hù)電路。3、電壓顯示的實現(xiàn)：數(shù)碼管顯示原理圖1.1-6數(shù)碼管原理圖設(shè)計中采用的是4段LED數(shù)碼管來顯示電壓值。LED具有耗電低、亮度高、視角大、線路簡單、耐震及壽命長等優(yōu)點，它由4個發(fā)光二極管組成，其中3個按8字型排列，另一個發(fā)光二極管為圓點形狀，位于右下角，常用于顯示小數(shù)點。把4個發(fā)光二極管連在一起，公共端接高電平，叫共陽極接法，

6、相反，公共端接低電平的叫共陰極接法，我們采用共陰極接法。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一段筆畫或點就發(fā)亮，從而形成不同的發(fā)光字符。其8段分別命名為dp g f e d c b a。例如，要顯示“0”，則dp g f e d c b a分別為：00111111B；若要顯示多個數(shù)字，只要讓若干個數(shù)碼管的位碼循環(huán)為高電平就可以了。數(shù)碼管的顯示電路4、小數(shù)點的驅(qū)動：和量程檔的選擇一樣，小數(shù)點的驅(qū)動也要用到短路帽，當(dāng)Header 3X2的1和2短接時從左到右的第一個數(shù)碼管亮；當(dāng)Header 3X2的3和4短接時從左到右的第二個數(shù)碼管亮；當(dāng)Header 3X2的5和6短接時從左到右的第三個數(shù)碼管亮。圖1.1-

7、8.小數(shù)點驅(qū)動電路5、電源濾波電路：圖1.1-2濾波電路如上圖所示，電路圖的作用為濾波，通過兩個電容將電源的交流成分濾掉，其目的為穩(wěn)定電源輸入量，減小因電源中的交流成分帶來的不穩(wěn)定及對電路的損害。四、實驗過程該課程設(shè)計的主要任務(wù)是要求我們自己利用ICL7107及電阻電容去設(shè)計一個三位半的數(shù)字電壓表，能夠?qū)崿F(xiàn)200mv、2v、20v、200v、1000v五個不同檔位的電壓測量。整個過程以下環(huán)節(jié)：畫原理圖，PCB布局，電路版的打印及制作，打孔，焊錫元器件，調(diào)試，誤差分析等。整個過程要求我們先學(xué)會Altium Designer Release 10或者Altium Designer Release

8、6.9或者protel 99se等軟件將原理圖畫出來及PCB的布局連線；其次制作PCB板時時要求我們掌握如何去打印PCB圖，讓我們知道了電路板上的銅線是怎么布上去的；然后在錫焊元器件的時候從很大一部分考驗了我們錫焊的功底，同時又鍛煉了我們的錫焊能力，提高了我們對錫焊能力培養(yǎng)的重視；最后在調(diào)試和誤差分析的時候，讓我知道在做電子類的產(chǎn)品的時候，并不是所有的理論在實踐中都管用，讓我們知道了理論和實踐之間還是有很大的距離，提醒我們實踐出真知，只有通過實踐我們才可以更好的掌握和理解書本上理論。即主要為下面七步：1、理解數(shù)字電壓表的原理。2、用AD6.9畫出數(shù)字電壓表的原理圖，然后合理布線。3、去制版室制

9、作PCB板。4、找齊元器件，焊接到PCB板上。5、進(jìn)行調(diào)試，并測量相關(guān)數(shù)據(jù)。6、誤差分析。7、寫實驗報告。五調(diào)試過程、參數(shù)測試及結(jié)果分析1.調(diào)試過程：將已知的待測電壓從數(shù)字電壓表的兩個輸入端輸入，接入正、負(fù)電源，先調(diào)節(jié)電位器RP使基本量程為200mv是的基準(zhǔn)電壓Vref=100mv，然后在電壓表輸入端Vx接入被測直流電壓199.9mv或1.999v，這時顯示器上分別顯示199.9mv或1.999v。調(diào)試時應(yīng)該注意小數(shù)點的定位開關(guān)S2與量程開關(guān)S1要分別對應(yīng)。電路調(diào)試完成后，其他檢查步驟如下：1、零電壓測量。將正輸入端V+與負(fù)輸入端V-短接，儀表應(yīng)顯示“0000”。2、基準(zhǔn)電壓測量。將V+與VR

10、EF+短接，讀書為99101mv。 3、顯示器筆端全亮測試。將TEST端（第37引腳）與VDD短接，讀數(shù)應(yīng)該為1888.4、負(fù)號與溢出功能檢測，將V+與VEE短接，應(yīng)顯示“”號。當(dāng)Vi超過量程后即溢出，千位應(yīng)該顯示“1”。而百位、個位、十位均不亮。2.參數(shù)測試：用萬用表測量ICL7107的35和36號管腳的電壓，使輸入電壓接近100mv。3.結(jié)果及其分析：數(shù)據(jù)結(jié)果如圖 項目量程已知電壓/v測量電壓/v12341234200mv0.0500.1340.0560.1302v0.3180.3891.131.90.280.351.031.7420v2.236.4515.020.01.845.1614.

11、6719.45200v15.217.521.824.814172124圖1.1-9.電壓表測試數(shù)據(jù)結(jié)果誤差分析由上圖可知我自己做的電壓表測的電壓不是很準(zhǔn)確，通過計算和測量發(fā)現(xiàn)有一下原因：(1)在量程選檔的5個電阻值R5R9并不是完全為9.1M,910K,91K和1K，其用到的電阻的測量值為10.2M,910.2k,89.2K和0.96K；通過對比發(fā)現(xiàn)電阻值整體取的較高，所以所測量的電壓相對與標(biāo)準(zhǔn)電壓值要小。(2)觀察到測量電壓越大，誤差也越大，因為標(biāo)準(zhǔn)電壓的校準(zhǔn)時用萬用表測的ICL7107的35和36號管腳的電壓不為標(biāo)準(zhǔn)的100mv，約為82.8mv。(3)電路所選擇的ADC為雙積分型，其本身精度不是很高。六設(shè)計、安裝及調(diào)試中的體會做了這個數(shù)字電壓表，從設(shè)計電路，到焊接，到調(diào)試，到最后成功的做出來一個完全屬于自己的電壓表，我將模擬電路和數(shù)字電路的理論應(yīng)用與實際的電子產(chǎn)品中，讓我對于理論有一個更深的理解，同時也讓我知道理論和實踐之間是有差別的，只有加強自己的動手能力，學(xué)好理論的同時，多