电压表设计报告.docx
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电压表设计报告
1.绪论
数字电压表，简称DVM，是采用数字化测量技术，把连续的模拟信号转换成不连续的离散数字形式并加以显示的仪表，数字电压表的类型很多，其输入电路，计数电路和显示电路基本相似，只是电压—数字转换方法不同，常见的直流电压—数字转换方法有：
V-T转换法；V-F转换法和逐位逼近法。
与传统的指针电压表相比，其精度高，看干扰能理强，具有可扩展，集成方便等优点。
本设计是通过所学知识对常用的数字电压表进行设计。
采用ICL7106A/D转换电路组成的数字电压表电路，就是一款最通用和最基本的电路。
与ICL7106相似的是ICL7107，前者使用LCD液晶显示，后者则是驱动LED数码管作为显示，除此之外，两者的应用基本是相通的。
如果把它应用在基本量程为±200.0mV的数字电压表上，就相当于把分辨力提高了10倍。
在电流或者电压的测量中，经常遇见测量的并不是直流而是交流，这时候，绝对不可以把交流信号直接输入到数字电压表去，必须先把被测的交流信号变成直流信号后，才可以送入数字电压表进行测量。
ICL7106是美国Intersil公司专为数字仪表生产的数字仪，满幅输入电压一般取200mV或2V。
该芯片集成度高,转换精度高,抗干扰能力强,输出可直接驱动LCD液晶数码管,只需要很少的外部元件,就可以构成数字仪表模块。
ICL7106数字电压表可以测量的直流电压的范围（0-200V）:
共分5档分别是200mV，2V，20V，200V它们的大小主要是由介入电阻的大小来控制换挡；通过该题目的设计和实验,可以了解数字电压表的电路组成与基本工作原理，掌握通用数字电压表的设计方法与电路调整、测试技能。
掌握双积分型A/D转换器的工作原理，更加深入理解与掌握模拟电子技术和数字电子技术的理论，增进工程实践能力选用ICL7106的一个好处是，它充分考虑到输出型号与数字显示板的连接，在片内已集成了七段译码电路和液晶动态驱动电路，所以不用附加电路，只需将各数码的字段及公共端相应联接即可。
2.数字电压表的设计与制作电路原理
2.1总体设计要求
2.1.1基本设计内容
设计并制作一个通用液晶显示
位的数字电压表电路，技术指标要求是：
1）．直流电压测量范围（0-200V）:
共分5档0200mV2V20V200V；
2）．基本量程:
200mV，测量速率（2-5）次任选；
3）．分辨率0.1mV;
4）．测量误差：
5）．具有正、负电压极性显示、小数点显示和超量程显示。
2.1.2设计要求
1）．给定A/D转换器为ICL7106，液晶显示器为EDS801A.
2）．设计电路并计算所用元件的参数值，画出数字电压表的原理电路图。
3）．安装所设计的电路，按照数字电压表的调试步骤，逐步进行调整与功能测试。
4）．撰写实验报告
2.2.3发挥实验
实现电压表的量程自动切换。
2.2电路设计思想及方案
电路设计的总体框图如图1所示:
图2.1电路的总体框图
本设计提供的电源是用电池提供的9v的电压。
量程开关是由接入的电阻的大小来控制的。
接入的电阻越大测量的量程就越小，反之接入的电阻越小它的量程也就越大。
此电路的量最大可以达到1000v。
时钟电路是由外接震荡电路产生的。
A/D转换电路是由给定的转换器ICL7106组成，液晶显示器则为EDS801A它的小数点则由外接电路来驱动.
3．电路设计、参数计算及器件选择
3.1电路的总体设计
下面是电路设计的总体电路图
图3.1电路的总体设计原理图
如图所示，电路主要的是由ICL7106组成它实现A/D转换。
R1、C1分别为振荡电阻与振荡电容。
R2与电位器RP构成基准电压分压器，RP宜采用精密多圈电位器，调整RP使UREF＝UM/2＝100.0mV，满量程即定为200mV，二者呈1∶2的关系。
R3、C3为模拟输入端高频阻容式滤波器，以提高仪表的抗干扰能力。
C2、C4分别为基准电容和自动调零电容。
R4、C5依次为积分电阻和积分电容。
仪表采用9V叠层电池供电，测量速率约2.5次／秒。
IN－端、UREF端、COM端互相短接。
3.2单元电路的设计
3.2.1小数点驱动电路
由于液晶的驱动要求是交流电压，所以小数点的驱动采用图2所示的异或门电路。
异或门的一个脚为ICL7106输出的背板电极电压BP，此电压为一个方波电压。
异或门的另一个脚为小数点的点亮逻辑DPL，当需要点亮小数点时，DPL为1，异或门的输出DP是背板电压的“非”逻辑，则DP与BP之间的电压为一交流方波电压，小数点被点亮。
当不要小数点亮时，DPL为0，异或门的输出与背板电压相同，则DP与BP之间的电压为0，小数点不亮。
图3.2小数点驱动电路
3.2.2液晶显示器LCD的驱动方式
液晶必须采用交流驱动方式。
当液晶显示器的字符笔划电极与背电极（BP）呈等电位时，液晶不显示（消隐）；当二者存在电位差时，液晶方可显示。
通常是把两个频率与幅度相同而相位相反的方波电压分别加于笔画引出端与BP端之间，利用二者电位差来驱动该笔画字符发光。
一般选择频率为50~60Hz，幅度为4~6V的方波电压。
3.2.3量程控制模块
图3.3量程转换控制图
由上图可以看出接入电阻的大小就可以决定了量程的大小。
我们只要更换接入的电阻大小就可以更换更换电压表的量程。
3.3器件选择
3.3.1集成块ICL7106与EDS801
主要器件提供：
ICL7106A/D转换器，液晶显示器EDS801A，异或门CC4070或CC4030。
选用ICL7106的一个好处是，它充分考虑到输出型号与数字显示板的连接，在片内已集成了七段译码电路和液晶动态驱动电路，所以不用附加电路，只需将各数码的字段及公共端相应联接即可。
ICL7106及
位液晶数码显示器EDS801的引脚如图5所示.ICL7106用作满量程2V电压表的典型接法。
2—25脚接液晶数码显示器的相应脚，CP1、CP2和CP3是内部时钟的外接电阻和电容引脚。
VRH和VRL是参考电压的输入端，参考电压决定着AD转换器的灵敏度，它是由UDD分压而来，调节
分压比可调节灵敏度（调满）。
两个CR脚是基准电容的外接引脚。
AZ、BUF和INT分别是自动调零端、缓冲控制端和积分器输出端。
图3.4ICL7106管脚功能图图3.5EDS801管脚功能图
ICL7106的主要特点:
1）采用7～15V单电源供电，可选用9V叠层电池。
低功耗（约16mW）。
2）输入阻抗高（1010Ω）。
内设时钟电路、+2.8V基准电源、异或门输出电路，能直接驱动3位半液晶显示器。
3）A/D转换精度高达±0.05%，且具有自动调零、自动判定极性等功能。
4）外围电路简单，仅需配5只电阻、5只电容和LCD显示器，即可构成一块DVM（直流电压表）表头。
其抗干扰能力强，可靠性高。
ICL7106的管脚功能：
ICL7106采用DIP－40封装，引脚排列如图1所示。
其引脚功能分别是：
UCC
（1）、USS（26）分别接9V电源（E）的正、负极。
COM（32）为模拟信号的公共端，简称模拟地，使用时应与IN－、UREF－端短接。
TEST（37）是测试端，该端经内部500Ω电阻接数字电路的公共端（GND），因二者呈等电位，故亦称作数字地。
该端有两个功能：
1作测试指示，将它接U＋时LCD显示全部笔段1888、可检查显示器有无笔段残缺现象；
②作为数字地供外部驱动器使用，来构成小数点及标志符的显示电路。
a1～g1、a2～g2、a3～g3、bc4分别为个位、十位、百位、千位的笔段驱动端，接至LCD的相应笔段电极。
千位b、c段在LCD内部连通。
当计数值N＞1999时显示器溢出，仅千位显示“1”，其余位消隐，以此表示仪表超量程（过载溢出）。
POL为负极性指示的驱动端。
BP为LCD背面公共电极的驱动端，简称“背电极”。
OSC1～OSC3为时钟振荡器引出端，外接阻容元件可构成两级反相式阻容振荡器。
UREF＋、UREF－分别为基准电压的正、负端，利用片内U＋－COM之间的＋2.8V基准电压源进行分压后，可提供所需UREF值，亦可选外基准。
CREF＋、CREF－是外接基准电容端。
IN＋和IN－为模拟电压的正、负输入端。
CAZ端接自动调零电容。
BUF是缓冲放大器输出端，接积分电阻RINT。
INT为积分器输出端，按积分电容CINT。
需要说明，ICL7106的数字地（GND）并未引出，但可将测试端（TEST）视为数字地，该端电位近似等于电源电压的一半。
3.3.2集成块CC4070
该芯片是异或门，它的主要作用是用来驱动液晶显示的小数点的显示。
小数点的显示也可以选择的。
图3.6CC4070管脚功能图
4．组装调试
将电路连接好后接通9v的直流电源。
开始下列的调试:
测试TEST（37）是测试端，该端经内部500Ω电阻接数字电路的公共端（GND），因二者呈等电位，故亦称作数字地。
该端有两个功能：
作测试指示，将它接U＋时LCD显示全部笔段1888、可检查显示器有无笔段残缺现象；作为数字地供外部驱动器使用，来构成小数点及标志符的显示电路。
ICL7106的功能检查：
功能检查的目的是判断ICL7106的质量好坏，进而区分DVM或DMM的故障范围究竟在A/D转换器还是在外围电路。
以200mV量程的DVM为例，功能检查分4步进行，内容如下：
①检查零输入时的显示值。
将ICL7106的IN＋端与IN－端短接，使UIN＝0V，仪表应显示“00.0”；
②检查比例读数。
将UREF端与IN＋端短接，用UREF来代替UIN，即UIN＝UREF＝100.0mV，仪表应显示“100.0”，此步骤称为“比例读数”检查，它表示UIN/UREF＝1时仪表的显示值；
③检查全显示笔段。
将TEST端接U＋端，令内部数字地变成高电平，全部数字电路停止工作。
因每个笔段上部加有直流电压（不是交流方波！
），故仪表应显示全部笔段“1888”（此时小数点驱动电路也不工作）。
为避免降低LCD使用寿命，做此步检查的时间应控制在1分钟之内；
④检查负号显示及溢出显示。
将IN＋端接U－端，使UIN远低于－200mV。
仪表应显示“－1”。
4.1在测试的时候遇到的问题
电路连接好后，开始对电路进行了调试，通过仪器测量，测试各模块的工作是否正常，分别选用不通的量程进行测量，将电压输出在液晶显示屏上，但显示数值不稳定，存在不稳定的跳动，通过检测发现是小数点驱动电路连接错误以及电路导线接触不良导致显示不稳定。
通过纠正后重新测量，结果达到预期的目的，显示的效果良好。
5．实物图
图5.1数字电压表实物图
6．小结与体会
本次设计为要求我们制作由ICL7106组成的数字电压表。
在本设计过程中我们对ICL7106芯片所组成的数字电压表电路及各模块功能以及其电路原理有了更深入的了解。
通过本次电子线路设计还让我们对面包板的排列更加的了解，对面包板的应用更佳的熟悉。
在面包板的布局上应该注意电路整体的排版，还要注意不要虚接，一定要尽可能的插深一点，和板中的铁片尽可能的接触。
还有就是注意接线板的本身连接情况，万不可以短路。
通过本次数字电压表的设计与制作不仅提高了在专业知识上的应用，同时也提高了自己的动手能力，在这次实践当中我们的收获是很大的，首先制作的成功是我们的信心得到了很大的提升，也使以后我们在做相关东西的时候有了更多的经验。
但是我们还有很多很多的不足，并且再一次的深深的体会到理论和实践之间还有很到的差别。
在以后的学习中应该多多的注意实践知识的训练和积累。
在以后的学习生活中要不断的开拓自己的动手能力，不断的训练自己的动手能力。
这次课程设计让我深深的明白了自己以后该做什么，该怎么去做。
7.参考文献
[1]谢自美.电子线路设计·实验·测试（第三版）.武汉：
华中科技大学出版社,2006.8
[2]康华光.电子技术基础.北京：
高等教育出版社,2006.1
[3]吴慎山.电子线路设计与实践——高等学校电子信息类教材.电子工业出版社,2005.9
[4]明宏.电工实习指导书.武汉理工大学教材中心，2007
[5]吴友宇.模拟电子技术基础.清华大学出版社，2009
数字电压表元器件清单
序号
器件
规格
数量
备注
1
集成芯片
ICL7106
1
2
集成芯片
EDS801A
1
3
集成芯片
CC4070
1
4
定值电阻
1M
4
5
定值电阻
9M
1
6
定值电阻
900
1
7
定值电阻
90K
1
8
定值电阻
9K
1
9
定值电阻
1K
1
10
定值电阻
56K
1
11
定值电阻
120K
1
12
定值电阻
24K
1
13
电位器
1K
1
精密多圈
14
电容
100pf
1
电容
0.1uf
1
电容
0.22uf
1
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