高频 数字 电压表

目录

一、设计的任务与要求 (1)

二、方案的选择 (2)

三、系统工作原理 (3)

四、实现中出现的问题 (9)

五、实验数据及处理 (10)

六、收获体会 (11)

七、参考文献 (12)

一﹑设计的任务与要求

1.1设计目的

1﹑了解双积分式A/D转换器的工作原理

2﹑熟悉A/D转换器ICL7107的性能及其引脚功能

3﹑掌握用ICL7107构成直流数字电压表的方法

2.2设计要求

1﹑设计一个数字电压表电路,三位数码管显示，具有手动调零、手动换挡功能。2、兼有测量电流和电阻的功能。

3﹑测量范围：直流电压0V ~1.999v，0V ~19.99V，0 V~199.9V，0V ~1999V。

4、组装调试数字电压表电路原理图，写实验报告。

二、方案的选择

方案一：

采用MC14433，它是一个三位半A/D转换器且能进行实时数字显示，同时搭配采用MC1413七路达林顿驱动器列阵，CD4511 BCD七段锁存-译码-驱动器，能隙基准电源MC1403和共阴极LED发光数码管组成，其原理图如下：

方案二：

主要器件由芯片ICL7107和共阳极数码管LED组成原理

主要特点：能直接驱动共阳极LED显示器，不需要另加驱动器件，使整机线路简化，采用+5V和-5V两组电源供电，LED属于电流控制器件，在三位半数字仪表采用直流驱动方式，芯片本身功耗较小，显示亮度较高。

考虑到元器件和电路原理的复杂程度，本次实验采取第二个方案

三﹑系统工作原理

1﹑系统框图

本设计从各个角度分析了数字电压的设计过程及部分电路的组成和原理，本设计的系统框图如下：

图1 系统框图

本设计主要分为两部分：硬件电路和软件程序。硬件电路分为单片机小系统电路，分压电路，A/D转换器，LED显示电路，各部分电路的设计及原理将会硬件电路设计部分详细介绍。

本设计的电压表是一个3位半直流电压测量的数字式电压表，测量范围为直流0-199mV，0-1.999V，0-19.99V，0-199.9V，0-1999V，共五个量程。电压值显示稳定，读数方便，能测量正，负电压能自动切换量程，使用方便。系统框图（图1所示），本系统可分为测试电压转换，模拟电压通道，数据电压通道（A/D转换及译码锁定），数码显示，小数点驱动电路5部分。

检测：开关按下，数码管全亮。

ICL7107电压表总电路图

2﹑ICL7107的工作原理

ICL7107内部包括模拟电路和数字电路两大部分，两者是互相联系的。一方面由控制逻辑产生控制信号，按规定时序将多路模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行。另一方面模拟电路中的比较器输出信号又控制着数字电路的工作状态和显示结果。下面介绍各部分的工作原理。

（1）模拟电路

模拟电路由双积分式A/D转换器构成，电路如图2所示。主要包括2.8V基准

电压

图2 ICL7107的模拟电路

源(E0)，缓冲器（A1），积分器（A2），比较器（A3）和模拟开关等组成。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档，二极管档和hFE档提供便利条件。

图3 ICL7107外围电路图

(2)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分频器，③计数器，④锁存器，⑤译码器，⑥异或门相位驱动器，⑦控制逻辑，⑧LCD显示器。

(3)小数点驱动电路

为了显示小数点，需要采用CD4030四异或门。电路如图5

图5 小数点驱动电路

S为小数点选择开关，DP1 ~DP3依次为个位，十位，百位的小数点驱动端，LCD的背电极解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，判定输出电压极性并控制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，其余位消隐。

逻辑表达式为：

3﹑关于多量程电路部分

（1）在一些情况下，希望数字电压表的量程大一些。我们只需要更改2只元器件的数值，就可以实现量程为-2.000V至+2.000V。更改的元器件具体位置和数值见图6的28和29两只引脚：

图6

（2）数字电流表

在有了一只数字电压表之后，按照下面图7所示，给它配置一组分流电阻，就可以实现多量程数字电流表，分档从+-200uA至+-20A。但是要注意：在使用20A大电流档的时候，不能再有开关来切换量程，应该专门配置一只测量插孔，以防烧毁切换开关。

图7 图8

（3）数字电压表

与多量程电流表对应的是多量程电压表，按照上图8配置一组分压电阻，就可以得到量程从+-200mV至+-1000V的多量程电压表。

（4）数字电阻表

测量电阻与测量电压和电流一样重要，俗称“三用表”，利用数字电压表做成的多量程数字电阻表，采用是“比例法”来测量，因此，它比起指针万用表的电阻测量来具有非常准确的精度，而且耗电很小。下图9所示，配置一组电阻就叫“基准电阻”。

图9

四、实现中出现的问题

（1）认真辨别芯片的管脚：正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的左下方为第一脚。也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一脚了。芯片第一脚是供电，正确电压为DC5V。第36脚为基准电压，正确数值为100mV,第26引脚为负电源引脚，正确电源数值是负的，在-3V至-5V都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。

（2）注意芯片27,28,29引脚的元件数值，它们是0.22uF，74K，0.47uF阻容网络，这三个芯片属于芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容。芯片的33和34脚接的104电容也不能使用磁片电容。

（3）注意接地引脚：芯片的电源地是21脚，模拟地是30脚，信号地30脚，基准地是35脚，这4个脚是解地。

（4）负电压问题：可以利用面包板上的试验箱，提供一个-5V电源

（5）如果上面的所有连接和电压数值都是正常的，没有短路和开路的故障，那么，电路可以正常工作了。利用一个电位器和指针万用表可以测量出来

（6）数码管应该采取共阳极接法，数码管3，8管脚接上高电平，其他管脚按照管脚图一一对应接上，切记次实验不能采用共阴极接法。

五、实验数据及处理

5.1﹑调试仪器

可调直流电源，可调范围：0 ~200mV：万用表，精度：0.1mV。

5.2﹑调试方法

1.电压测量调试：用该表测量一个电压，再用万用表测量，分别记录电压值。

2.用电位器调试：首先用整数的电压测量，观察是否能正确测量，然后调节电源电压到小数量程的电压值进行测量，观察是否能正常测量。

5.3﹑测试结果分析

1.电压测量：由测量可知该表测量电压较准确，与万用表有一定差异应是分压电阻和模拟开关的导通电阻引起的。

2.自动切换量程测试：由测量可知自动切换量程功能能够实现。

5.4﹑元器件清单

六、收获体会

经过为期一个礼拜的课程设计，我们小组的课题——数字电压表设计取得了成果。这不仅依靠我们小组的团队合作，还有赖于老师的悉心指导。通过这次课程设计，我的确收获了好多书本上没有的东西。

这是我们的第二个课程设计，深知设计的艰难程度，但在设计完成之后的那种喜悦快感，我们还是觉得是值得的。

课程上的学习，只是一种理论，但通过在实验室的动手操作，我们才体会到其实际作用。数字电压表的设计，我们通过在上网查阅资料，找到相关芯片的具体功能管脚分布，进一步了解了芯片的引用，而对于课本上的知识有了根深一层的理解，原来以为深奥的课本知识变得更为简单实在。

其次，实验过程中我们遇到不少问题，得出结论是，我们可以先通过电路仿真软件测试下是否可以，还可以在试验箱连线测试起功能可行性，最后才在电路板上焊接电路，确保电路可行性，还节约了实验的资源。另外，通过万能表测试焊接电路的完整程度是必不可少了步骤。。

总体来说，这次还是课程设计还是锻炼了我们的实验动手能力，希望以后能够有更多这样的机会，使学到的知识得以实际应用。

七、参考文献

（1）《高频电路原理与分析》，曾兴雯﹑刘乃安、陈建，第四版，西安电子科技大学出版社，2006

（2）《模拟电子技术基础》，清华大学调子学教研组编，童诗白，华成英主编，第三版，高等教育业出版社 2000

（3）《电子技术课程设计》，杨志忠（主编）华沙、康广荃（编著），机械工程出版社，2008

（4）《数字电路课程设计及实验》，李维，大连理工大学出版社 2008