三位半液晶顯示數(shù)字交流電流表

1、課程設(shè)計(論文)題 目 名 稱 三位半液晶顯示數(shù)字交流電流表的設(shè)計 課 程 名 稱 電氣測量技術(shù) 學 生 姓 名 黃子天 學 號 1341203012 系 、專 業(yè) 電氣系 測控技術(shù)與儀器 指 導 教 師 邱雄邇 2013年 12 月 20 日邵陽學院課程設(shè)計（論文）任務(wù)書年級專業(yè)2011級測控學生姓名 鐘俊文學 號 1141203047題目名稱三位半液晶顯示數(shù)字交流電流表的設(shè)計設(shè)計時間2013年12月8日2013年12月20日課程名稱電氣測量技術(shù)課程編號121201202設(shè)計地點智能儀器與開發(fā)實驗室（314）/創(chuàng)新實驗室（214）一、課程設(shè)計（論文）目的 課程設(shè)計是在校學生素質(zhì)教育的重要環(huán)節(jié)

2、，是理論與實踐相結(jié)合的橋梁和紐帶。電氣測量技術(shù)課程設(shè)計，要求學生更多的完成軟硬結(jié)合的動手實踐方案，解決目前學生課程設(shè)計過程中普遍存在的缺乏動手能力的現(xiàn)象. 電氣測量技術(shù)課程設(shè)計是繼電子技術(shù)、和單片機原理與應(yīng)用課程之后開出的實踐環(huán)節(jié)課程，其目的和任務(wù)是訓練學生綜合運用已學課程電氣測量技術(shù)的基本知識，獨立進行電氣測量的應(yīng)用技術(shù)和開發(fā)工作,掌握電氣測量技術(shù)的應(yīng)用、調(diào)試和電路設(shè)計、分析及調(diào)試檢測。二、已知技術(shù)參數(shù)和條件 1. 當輸入為020A交流電流時，利用感應(yīng)然后整流的方法得到020mA直流信號。 2. 送入ICL7106中得到相應(yīng)的顯示。顯示輸入信號的有效值。三、任務(wù)和要求設(shè)計

3、一塊三位半液晶顯示數(shù)字交流電流表，1. 要求能測量020A交流電流。2. 利用ICL7106 完成模擬輸入到數(shù)字輸出的轉(zhuǎn)換。并利用LCD 進行結(jié)果顯示。3. 自行繪制原理框圖，并實現(xiàn)各部分的功能，完成單元電路設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇。（注意所選器件經(jīng)濟性、實用性）。注：1此表由指導教師填寫，經(jīng)系、教研室審批，指導教師、學生簽字后生效；2此表1式3份，學生、指導教師、教研室各1份。四、參考資料和現(xiàn)有基礎(chǔ)條件（包括實驗室、主要儀器設(shè)備等）智能儀器與開發(fā)實驗室（314）/創(chuàng)新實驗室（214）陳立周編 電氣測量第三版，機械工業(yè)出版，2011，2申忠如 等編著電氣測量技術(shù)，科學出版社

4、，2012，1。五、進度安排2013年12月8日-9日：收集和課程設(shè)計有關(guān)的資料，熟悉課題任務(wù)和要求2013年12月9日-10日：總體方案設(shè)計2013年12月10日-12日：硬件電路設(shè)計2013年12月12日-15日：軟件設(shè)計2013年12月16日-18日：系統(tǒng)調(diào)試改進2013年12月19日：整理書寫設(shè)計說明書2013年12月20日：答辯并考核六、教研室審批意見教研室主任（簽字）： 年 月 日七|、主管教學主任意見 主管主任（簽字）： 年 月 日八、備注指導教師（簽名）： 學生（簽名）：邵陽學院課程設(shè)計（論文）評閱表學生姓名 黃子天 學 號 1341203012 系 電氣工程系 專業(yè)班級 測控

5、技術(shù)與儀器2013級 題目名稱 三位半液晶顯示數(shù)字交流表的設(shè)計 課程名稱 電氣測量技術(shù) 一、學生自我總結(jié) 本人經(jīng)過這次課程設(shè)計的學習，我懂得了許多關(guān)于電子測量技術(shù)的相關(guān)知識，學習到了如何通過電子設(shè)計設(shè)計出三位半液晶顯示數(shù)字交流表，學習了軟件proteus的使用。并且在小組共同合作的過程中，了解到了團隊合作的意義，而在老師的指點關(guān)照下，了解了以前未接觸到的領(lǐng)域，豐富了我的視野，極大的幫助到了我在未來電子設(shè)計的學習，在測控專業(yè)知識上的理解與掌握。接下來我會更加努力在鉆研的道路上前行。 學生簽名： 年 月 日二、指導教師評定評分項目平時成績論文答辯綜合成績權(quán) 重304030單項成績指導教師評語： 指

6、導教師（簽名）： 年 月 日注：1、本表是學生課程設(shè)計（論文）成績評定的依據(jù)，裝訂在設(shè)計說明書（或論文）的“任務(wù)書”頁后面；2、表中的“評分項目”及“權(quán)重”根據(jù)各系的考核細則和評分標準確定。摘要 電學參量測量技術(shù)涉及范圍廣，特別是電壓、電流表廣泛適用于學校、工業(yè)、科研、國防等各種領(lǐng)域，供實驗室和工業(yè)現(xiàn)場測試用。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)字化、智能化、科技化為主的今天，數(shù)字化電流表已成為電流表設(shè)計的主要方向，在當前電流測量系統(tǒng)心中占有非常重要的位置。本文介紹了其中的ICL7106轉(zhuǎn)換器的基本功能及外圍元件參數(shù)，利用ICL7106完成模擬輸入到數(shù)字輸出的轉(zhuǎn)換，并利用LCD進行結(jié)果顯示并設(shè)計了一個三位

7、半的數(shù)字交流電流表，利用感應(yīng)將測量的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號，當輸入為020A交流電流時，利用感應(yīng)然后整流的方法得到020mA直流信號。送入ICL7106中得到相應(yīng)的顯示，顯示輸入信號的有效值。關(guān)鍵詞：A/D采樣；ICL7106；交流電流 目錄摘 要I1 緒論11.1 課題研究的意義11.2 設(shè)計任務(wù)與要求分析12 系統(tǒng)模塊設(shè)計22.1 系統(tǒng)機構(gòu)總框架22.2 各模塊的方案論證與選擇22.2.1 A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計22.2.2 交流/直流轉(zhuǎn)換模塊32.3 電路的工作原理32.4 proteus的簡介43 系統(tǒng)元件選擇53.1 元件清單53.2 元件介紹53.3 數(shù)碼管顯示電路94 仿真分析105 心

8、得體會11參考文獻121.緒論1.1研究課題意義 在電子技術(shù)高速發(fā)展的今天，因為電子行業(yè)所需的測量高精度的交流電流的需要，測量儀器數(shù)字交流電流表扮演了越來越來重要的角色，而本次課題則提供了我們接觸了三位半液晶顯示數(shù)字交流電流表的設(shè)計，從而能跟好的跟上時代的發(fā)展，獲得更多的經(jīng)驗，為未來的學習工作提供好的前提。只有通過自身實踐才能提高自己的動手能力，也只有親歷親為才能夠真正的收獲并掌握到已經(jīng)學過的知識，而且在設(shè)計的過程中也能學到不少的新的未曾接觸過的新知識。1.2 設(shè)計任務(wù)與要求分析設(shè)計一塊三位半液晶顯示數(shù)字交流電流表，1. 要求能測量020A交流電流。2. 利用ICL7106完成模擬輸入到數(shù)字輸

9、出的轉(zhuǎn)換。并利用LCD進行結(jié)果顯示。3. 自行繪制原理框圖，并實現(xiàn)各部分的功能，完成單元電路設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇。（注意所選器件經(jīng)濟性、實用性）。2.系統(tǒng)模塊設(shè)計2.1 系統(tǒng)機構(gòu)總框架電流電壓轉(zhuǎn)換電路交流值轉(zhuǎn)換電路信號采集A/D轉(zhuǎn)換電路數(shù)碼管顯示電路開始結(jié)束圖 2.1 系統(tǒng)軟件總框圖2.2 各模塊的方案論證與選擇2.2.1.A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計本次所測電流信號為模擬信號，為實現(xiàn)方便精確的測量信號，必須將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再將數(shù)字信號用十進制顯示出來，系統(tǒng)上電后，初始化各參數(shù)。啟動A/D轉(zhuǎn)換，判斷A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，結(jié)束則清標志位、取數(shù)據(jù)，否則再延時，繼續(xù)判斷A/D是否結(jié)束。ICL710

10、6是高性能、低功耗的三位半A/D轉(zhuǎn)換器電路。它包含有七段譯碼器、顯示驅(qū)動器、參考源和時鐘系統(tǒng)。是一種將高精度、通用性和真正的低成本很好的結(jié)合在一起的高級芯片。用它實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，并實現(xiàn)三位半的數(shù)字顯示，是一種很好的選擇。流程圖如圖2-2-1所示：開啟A/D轉(zhuǎn)換 延時A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 清位、取數(shù)據(jù)結(jié)束圖2-2-12.2.2 交流/直流轉(zhuǎn)換模塊本電流表為電流有效值測量電表，為實現(xiàn)準確測量交流電流信號，方案為AD736是單片精密真有效值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換器，可以用于將各種波形的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。其主要特點有靈敏性好（滿量程為200mVRMS）、測量速率快、準確度高、頻率特性好（工作頻率范圍可達0

11、460kHz）、功耗低等。用它來完成交流轉(zhuǎn)直流，電路設(shè)計也較簡單和可行，而且考慮到其現(xiàn)實意義的價格適宜，測量誤差不超過±3%。2.3 電路的工作原理本次設(shè)計主要有4步。1，將交流輸入020A電流經(jīng)電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)后輸出020mA交流電流， 并通過電阻將電流轉(zhuǎn)換成電壓信號。 2，將交流電壓信號通過AD736芯片轉(zhuǎn)換輸出真有效值直流電壓。3，利用A/D轉(zhuǎn)換芯片將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。4，采用數(shù)碼管顯示所得到的電流有效數(shù)值。2.4 proteus的簡介Proteus軟件是來自英國Labcenter electronics公司的EDA工具軟件。Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使

12、用，除了其具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動的，針對微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，您不需要別的，Proteus為您建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境！尤其重要的是Proteus Lite可以完全免費，也可以花微不足道的費用注冊達到更好的效果；功能最強的Proteus專業(yè)版也非常便宜，人人用得起，對高校還有更多優(yōu)惠。Proteus組合了高級原理布圖、混合模式SPICE仿真,PCB設(shè)

13、計以及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設(shè)計系統(tǒng)。此系統(tǒng)受益于15年來的持續(xù)開發(fā),被電子世界在其對PCB設(shè)計系統(tǒng)的比較文章中評為最好產(chǎn)品“The Route to PCB CAD”。Proteus 產(chǎn)品系列也包含了我們革命性的VSM技術(shù),用戶可以對基于微控制器的設(shè)計連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實時采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計進行交互仿真。其功能模塊：個易用而又功能強大的ISIS原理布圖工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真； ARES PCB設(shè)計。PROSPICE 仿真器的一個擴展PROTEUS VSM:便于包括所有相關(guān)的器件的基于微處理器

14、設(shè)計的協(xié)同仿真。此外，還可以結(jié)合微控制器軟件使用動態(tài)的鍵盤，開關(guān)，按鈕，LEDs甚至LCD顯示CPU模型。支持許多通用的微控制器，如PIC,AVR,HC11以及8051；交互的裝置模型包括：LED和LCD顯示,RS232終端,通用鍵盤；強大的調(diào)試工具；包括寄存器和存儲器,斷點和單步模式；IAR C-SPY 和KeiluVision2等開發(fā)工具的源層調(diào)試；應(yīng)用特殊模型的DLL界面-提供有關(guān)元件庫的全部文件。3 系統(tǒng)元件選擇3.1、元件清單硬件名稱型號數(shù)量電流互感器L1AC/DC轉(zhuǎn)換器AD7361電壓比較器LM3931集成電路ICL71061表3.13.2、元件介紹1、電流互感器:原理是依據(jù)電磁感

15、應(yīng)原理的。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次繞組匝數(shù)很少，串在需要測量的電流的線路中，因此它經(jīng)常有線路的全部電流流過，二次繞組匝數(shù)比較多，串接在測量儀表和保護回路中，電流互感器在工作時，它的2次回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護回路串聯(lián)線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態(tài)接近短路。2、穩(wěn)壓二極管：又叫齊納二極管,此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件。在這臨界擊穿點上，反向電阻降低到一個很小的數(shù)值，在這個低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定，穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的，因為這種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準元件使用。而本次設(shè)計中，使用穩(wěn)壓二極管來控

16、制充電完成時的電流14.7V，從而停止充電。3、AC/DC轉(zhuǎn)換器:AD736是經(jīng)過激光修正的單片精密真有效值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換器。其主要特點是準確度高、靈敏性好（滿量程為200mVRMS）、測量速率快、頻率特性好（工作頻率范圍可達0460kHz）、輸入阻抗高、輸出阻抗低、電源范圍寬且功耗低最大的電源工作電流為200A.用它來測量正弦波電壓的綜合誤差不超過±3%。AD736采用雙列直插式8腳封裝，其管腳排列如圖3-1所示： 圖3-2-1各管腳的功能如下： +Vs：正電源端，電壓范圍為2.816.5V； -Vs：負電源端，電壓范圍為-3.2-16.5V； Cc：低阻抗輸入端，用于外接低阻抗的

17、輸入電壓（200mV），通常被測電壓需經(jīng)耦合電容Cc與此端相連，通常Cc的取值范圍為1020F.當此端作為輸入端時，第2腳VIN應(yīng)接到COM； VIN：高阻抗輸入端，適合于接高阻抗輸入電壓，一般以分壓器作為輸入級，分壓器的總輸入電阻可選10M，以減少對被測電壓的分流。該端有兩種工作方式可選擇：第一種為輸出AC+DC方式。該方式將1腳（Cc）與8腳（COM）短接，其輸出電壓為效流真有效值與直流分量之和；第二種方式為AC方式。該方式是將1腳經(jīng)隔直電容Cc接至8腳，這種方式的輸出電壓為真有效值，它不包含直流分量。COM：公共端； Vo：輸出端； CF：輸出端濾波電容，一般取10F；CAV：平均電容。

18、它是AD736的關(guān)鍵外圍元件，用于進行平均值運算。其大小將直接響應(yīng)到有效值的測量精度，尤其在低頻時更為重要。多數(shù)情況下可選33F.4、集成電路：ICL7107是一塊應(yīng)用非常廣泛的集成電路。它包含3 1/2位數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動LED數(shù)碼管，內(nèi)部設(shè)有參考電壓、獨立模擬開關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動、自動調(diào)零功能等。如圖3-2所示為ICL7107芯片。 圖3-2-2管腳1和26：正負極。COM：模擬信號的公共端，簡稱模擬地。TEST：測試端。POL：負極性指示的驅(qū)動端。BP：LCD背面公共電極的驅(qū)動端。 CAZ：接自動調(diào)零電容。BUF：緩沖放大器輸出端。INT：積分器輸出端。3.3數(shù)碼管顯示電路本實驗采用數(shù)碼管顯示，如圖所示： 圖 3-3-1、共陰數(shù)碼管原理圖圖3-3-2、共陽數(shù)碼管原理圖數(shù)碼管實際上就是八個發(fā)光二極管，它們以兩種方式連接，若其陰極連接在一起，這種方式構(gòu)成共陰數(shù)碼管；若其陽極連接在一起，這種方式構(gòu)成共陽數(shù)碼管。4.仿真 圖 4-1 交流電流表仿真參考文獻1張克農(nóng).數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.高等教育出版社，2003：263-270.2劉湘濤.江世民.單片機原理與應(yīng)用M.電子工業(yè)出版社，2006：184-201. 3余小平.奚大順.電子系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)篇M.航空航天大學出版社，2008:209-213.4朱清慧,張鳳蕊等.Proteus教程制版