数字电压表设计.docx

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数字电压表设计

数模电课程设计

课题：

数字电压表的设计与制作

专业：

电子信息工程

班级：

N11电信-1F

学生姓名：

汤济安、王翔

学号（考号）：

24112200014、24112200015

指导教师：

闫保双

日期：

2013年12月12日

摘要

随着科学技术的发展，数字电压表的种类越来越多，功能越来越丰富，当然应用的领域也越来越广泛，给人们的工作和生活带来许多方便。

本文主要介绍的是基于ICL7107数字电压表的设计的设计，ICL7107是目前广泛应用于数字测量系统是一种集三位半转换器段驱动器位驱动器于一体的大规模集成电路，ICL7107是目前广泛应用于数字测量系统的一种31/2位A/D转换器，能够直接驱动共阳极数字显示器，够成数字电压表，此电路简洁完整，稍加改造就可以够成其他电路，如数字电子秤、数字温度计的等专门传感器的测量工具。

ICL7107是目前广泛应用于数字测量系统是一种集三位半转换器段驱动器、位驱动器于一体的大规模集成电路，官地方官方主要用于对不同电压的测量和许多工程上的应用，调频接口电路，它采用的是双积分原理完成A/D转换，全部转换电路用CMOS大规模集成电路设计。

应用了ICL7107芯片数码管显示器等，芯片第一脚是供电，正确电压时DC5V，连接好电源把所需要测量的物品连接在表的两个端口，从而可以在显示器上看到所需要的结果。

在软件设计上，主要编写了实现计数频率的调节和单片机功能的相关程序，,最后把软件设计和硬件设计结合到一起，然后进行调试。

本文阐述了硬件设计中具体的硬件结构和功能和软件设计中具体写入的程序还有相应的调试过程。

关键词：

ICL7107芯片、数字电压表、数字电子秤、数字温度计、31/2位A/D转换器

目录

一、数字电压表基本组成及主要技术指标1

二、数字电压表基本原理1

三、电路调试1

四、心得感悟1

五、参考文献:

1

六、附录（包括：

整机逻辑电路图、PCB板图、实物图、调试图及实验元件）1

一、数字电压表基本组成及主要技术指标

数字电压表的基本组成如图1.1所示。

它由模拟电路与数字电路两大部分组成，模拟部分包括输入放大器A、A/D转换器和基准电压源；数字部分包括计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。

其中，A/D转换器是数字电压表的核心部件，它将输入的模拟量转换成数字量。

由图可见，模拟电路与数字电路是互相联系的，由逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中各组模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常运行。

A/D转换结果通过计数译码电路变换成笔段码，最后驱动显示器显示出相应的数值。

图1.1数字电压表的组成框图

数字电压表的主要技术指标为:

●测量范围数字电压表的测量范围通常以基本量程为基础，借助于衰减器扩展量程。

●输入阻抗由于集成电路本身的输入阻抗很高，所以数字电压表的输入阻抗主要由衰减器的阻抗决定。

●显示位数数字电压表的位数是指完整显示位，即能够显示0～9十个数字的那些位。

例如，3½位（读作三位半）的数字电压表，只有3位完整显示位；因其最高位只能显示0或1，故称为半位。

●测量速度测量速度是指每秒钟对被测电压的测量次数，或一次测量全过程所需的时间，它主要取决于A／D变换器的转换速率。

●分辨率分辨率是数字电压表能够显示被测电压的最小变化值，即显示器末位跳一个字所需的最小输入电压值。

例如，最小量程为199.9mV，末位变化为0.1mV，则这台表的分辨率为0.1mV。

2、数字电压表基本原理

（一）模拟电路

模拟电路由双积分式A\D转换器构成，如图1.2所示。

2.8V基准源（EO）、缓冲器（AL）、积分器（A2）、比较器（A3）和模拟开关的组成。

缓冲器A4专门用来提高COM端带负载的能力，可谓设计数字多用表的电阻挡、二极管挡和hFE挡提供便利条件.这种转换器具有转换准确高度、抗串模干扰能力强、电路简单、成本低等优点。

适合做低速\模转换。

每个转换周期分为三个阶段进行，自动调零（AZ）、正向积分（INT）、反向积分（DE），并按照AZ到INT到DE到AZ的顺序进行循环。

令计数脉冲的周期为TCP。

图1.2ICL的模拟电路

（二）数字电路

数字电路如图4所示，主要包括8个单元：

（1）时钟振荡器，

（2）频分器；

（3）计数器；

（4）锁存器；

（5）译码器；

（6）异或门相应为驱动器；

（7）控制逻辑；

（8）LCD显示器。

时钟振荡器由ICL7106内部相反器F1、F2以及外部阻容元件R、C组成。

若取R为120千殴，C为100皮法，则F0=40kHz。

F0经过4分频后得到计数频率，fPC=10kHz,即TCP=0.1ms。

此时测量周期T=16000T0=4000TCP=0.4s.测量速率为2.5次每秒。

F0还经过800分频。

图1.3ICL7107数字电路

（三）小数点驱动电路

为了显示小数点，需采用CD4030四异或门（或CD4077四异或非门），电路如图。

图1.4小数点驱动电路

S为晓数点选择开关，DP1到DP3一次为个位、十位、百位的小数点驱动端，LCD的背电极接BP。

剩下一个异或门还可驱动标识符。

控制逻辑有三个作用：

第一，识别积分器的工作状态，适时发出控制信号，使A\D转换正常进行；第二，判定输入电压极性并龙智LCD的负极性显示；第三，超量程时发出溢出信号使千位显示1，其余位消除。

用计数器的输出信号ABC控制小数点电路，若最高位到最低位小数点依次用Dp1、Dp2、Dp3及Dp1表示，则可以写出其真值表，如表1（1表示点亮）所示。

输入

输出

A

B

C

Dp4

Dp3

Dp2

Dp1

0

0

0

1

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

0

0

0

0

1

表1小数点显示真值表

（4）液晶电压表电路设计

主要技术指标要求

测量范围分5档200mV、2V、20V、200V、1000V。

其中，基本量程为200mV；测量速率2.5次/s；输入阻抗Ri=10MΩ；显示位数3½位。

1.液晶显示3½位数字电压表电路如图9.4.5所示。

其中，R10、Rl1、Rl2与异或门、开关S2等组成的电路用来驱动和控制小数点；R5～R9组成的电阻衰减网络及开关S1实现量程的手动转换，各档量程分别为200mV、2V、20V、200V和1000V，其中200mV为基本量程，该表的输入阻抗Ri=R5+R6+R7+R8+R9=10MΩ，各档衰减后的电压Vx与输入电压Vi的关系式为Vx=Vi（Rx／Ri），式中，Rx为开关S1的动端对地电阻；R3为限流电阻。

熔断丝起过载保护作用。

两只二极管与电容C3起过压保护作用。

图1.5液晶显示3½位位数字电压表电路

（5）自动量程转换电路设计

自动量程转换就是根据被测电压的大小，自动选择合适的量程，以得到最佳测量精度。

⑴量程转换信号产生电路

①升量程信号的获取。

3½位数字电压表的最大显示值为1999，再增加一个字就产生溢出，只在千位上显示“1”，其余位全部消隐。

此溢出信号可作为升量程信号。

②降量程信号的获取。

ICL7107A／D转换器是以静态方式驱动LCD显示器，无BCD码输出端，因此不能直接获得降量程信号，但可利用其它信号来获得。

例如，当干位消隐，而百位为0时就需要降量程。

由于LCD显示器只有在笔段输出信号为高电平时，相应的笔段才发光，所以通过分析7段显示器的字形结构可以发现，当百位显示0时，一定满足条件b3=f3=1，且

=1（即g3=0，百位的g段消隐），千位为0时，

=1（即bc4=0）。

图1.6是一种获得升量程和降量程信号的电路。

图中，升量程信号

，当UR=1时，应升高量程。

降量程信号

，当OR=1时，应降低量程。

UR和OR信号由各段输出信号与BP端信号异或后，通过组合逻辑电路得到。

图1.6升降量程信号产生电路

三、电路调试

按照图1.5所示电路安装好以后，接入正、负电源，先调节电位器RP使基本量程为200mV时的基准电压VREF=100mV，然后在电压表输入端Vx接入被测直流电压199.9mV或1.999V，这时在显示器上应分别显示199.9或1.999。

调试时应注意小数点的定位开关S2与量程开关S1要分别对应。

电路调试完成后，还应检查电压表的其它功能，其检查步骤如下：

①零电压测量。

将正输入端Vi+与负输入端Vi-短接，仪表读数应显示“0000”。

②基准电压测量。

将Vi+与VREF+短接，读数应为100.0±1。

③显示器笔段全亮的测试。

将TEST端（第37脚）与VDD短接，读数应为“1888”。

④负号与溢出功能检查。

将Vi+与VEE短接，应显示“-”号（千位g段亮）。

当Vi超过仪表量程后即溢出，千位应显示“1”（千位的b、c段亮），而百位、十位、个位均不亮。

4、心得体会

经过一个多星期的数字电压表线路设计，并在闫老师的指导下，顺利完成了该课程设计，并和我的同组者学到了很多东西。

这是我们两个第一次做设计，深深的感到设计的艰难程度，但是设计完成之后的那种喜悦都令我们万分欣喜。

当然我们对实验原理有了更深的理解。

课上的学习，只是一种理论，但是通过实验亲自动手，才能体会到其实际作用。

通过该课程设计掌握了工作的基本过程及其个阶段的基本任务，熟悉了数字显示频率计的总流程框图与基本电路图生成过程。

构造工具及其相关技术，对课本上的知识有了更深的理解，原来书本上很深的知识变得简单，对实验原理有了更深的理解，我们通过综合运用所学的知识，从而提高分析问题、解决问题的能力。

5、参考文献

 1华中科技大学电子技术课程组编，康华光主编，电子技术基础数字部分（第五版）.高等教育出版社，2006年 

2 谢自美主编.电子线路设计实验第三版.华中科技大学出版社，2006年 3、 

3张肃文，陆兆熊.高频电子线路（第三版）.北京高等教育出版社，1993年

六、附录

实验测量的数据

输入电压

2.0V

3.0V

1.5V

7.5V

9.8V

测量电压

1.9V

2.8V

1.3V

7.4V

9.6V

实物图：

电路图：

PCB图：

实验元件

共阳极数码管HDSP_503B

电容0.01uF，0.47uF,0.1uF，100pF，0.22uF

滑动变阻器1K

导线红色和蓝色

二极管D1，D2

电阻120K，1M,9.1M，910K，91K,9.1K,1K，56K

芯片ICL7107等。