电子技术课程设计报告

信息与电气工程学院。

课程设计说明书。

2009/2010 学年第二学期）

课程名称：电子技术课程设计

题目：自动转换量程数字电压表

专业班级。学生姓名。

学号。指导教师。

设计周数：一个星期。

设计成绩。2010 年 7 月 1 日。

目录。一、摘要3

二、设计任务与要求3

2.1、设计目的3

2.2、设计要求3

三、方案设计与论证4

四、单元电路设计与参数计算和器件选择4

4.1芯片inc7107部分4

4.2电压显示电路7

4.3、自动转换量程开关电路7

4.4关于多量程电路部分8

五、总框图和原理图13

5.1总框图13

5.2设计原理13

5.3总原理图14

六、结论与心得15

七、参考文献15

自动转换量程电压表。

一、摘要。数字电压表（digital voltmeter）简称dvm，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。目前，由各种单片a/d 转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等领域，显示出强大的生命力。

与此同时，由dvm扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本章重点介绍单片a/d 转换器以及由它构成的自动转换量程电压表的工作原理。

数字电压表具有以下九大特点：

1. 显示清晰直观，读数准确。

2. 准确度高。

3. 分辨率高。

4. 测量范围宽。

5. 扩展能力强。

6. 测量速率快。

7．输入阻抗高。

8. 集成度高，微功耗。

9. 抗干扰能力强

二、设计任务与要求。

2.1、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、设计一个自动转换量程数字电压表电路。

2、测量范围：直流电压0v～2v，0v～20v，0v～200 v。

3、组装调试数字电压表。

4、画出自动转换量程数字电压表电路原理图，写出实验报告。

三、方案设计与论证。

设计要求电压表能够转换0～2v，0～20v，0～200v三个电压测量范围，进行电压档的自动转换，因此设计电路使其实现其功能。

选择icl7106，icl7107，mc14433芯片可以将模拟信号转化为数字电路，然后外接数码管从而显示数字。

方案1：主要器件由芯片icl7107和共阳极半导体数码管led和自动转换量程开关电路组成。

关键词：a/d转换器芯片icl7107 共阳极半导体数码管led 自动转换量程开关电路。

由自动转换量程开关电路接入输入信号，然后进入ilc7107，外接显示数码管，显示输入电压。

方案2：主要器件由芯片icl7106和液晶显示器lcd自动转换开关电路组成。

关键词：芯片icl7106 液晶显示器lcd 自动转换开关电路。

方案实现过程同上所述，只需要换液晶显示器lcd,不易实现。

方案3：选用单片机at89s52和a/d转换芯片adc0809实现电压的转换和控制，用四位数码管从而显示出最后的转换电压结果。缺点是**稍贵；优点是转换精度高，且转换的过程和控制、显示部分可以控制。

基于课程设计要求，采用方案一。

四、单元电路设计与参数计算和器件选择。

单元电路设计。

4.1芯片inc7107部分。

icl7107内部包括模拟电路和数字电路两大部分，二者是互相联系的。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。

4.1.1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1 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度高、抗串模干扰能力强、电路简单、成本低等优点，适合做低速模／数转换。

每个转换周期分三个阶段进行：自动调零（az）、正向积分（int）、反向积分（de），并按照az→int→de→az…的顺序进行循环。令计数脉冲的周期为tcp，每个测量周期共需4000tcp。

其中，正向积分时间固定不变，t1＝1000tcp。仪表显示值，将t1＝1000tcp，uref＝100.0mv代入上式得。

只要把小数点定在十位上，即可直读结果。满量程时n＝2000，此时um＝2uref＝200mv，仪表显示超量程符号“1”。

欲测量2v以上的直流电压，必须利用精密电阻分压器对uin进行衰减。积分电阻应采用金属膜电阻，积分电容宜选绝缘性好、介质吸收系数小的聚苯乙烯电容或聚丙烯电容。

为了提高仪表抗串模干扰的能力，正向积分时间（亦称采样时间）t1应是工频周期的整倍数。我国采用50hz交流电网，其周期为20ms，应选。

式中，n＝1，2，3，…。例如取n时，t1＝40ms、80ms、100ms，能有效地抑制50hz干扰。这是因为积分过程有取平均的作用，只要干扰电压的平均值为零，就不影响积分器输出。

但n值也不宜过大，以免测量速率太低。

图2 icl7107外围电路图。

4.1.2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。

时钟振荡器由icl7106内部反相器f1、f2以及外部阻容元件r、c组成。若取r＝120kω，c＝100pf，则f0＝40khz。f0经过4分频后得到计数频率fcp＝10khz，即tcp＝0.

1ms。此时测量周期t＝16000t0＝4000tcp＝0.4s，测量速率为2.

5次／秒。f0还经过800分频，图3 icl7107的数字电路。

得到50hz方波电压，接lcd的背电极bp。lcd须采用交流驱动方式，当笔段电极a～g与背电极bp呈等电位时不显示，当二者存在一定的相位差时，液晶才显示。因此，可将两个频率与幅度相同而相位相反的方波电压，分别加至某个笔段引出端与bp端之间，利用二者电位差来驱动该笔段显示。

驱动电路采用异或门。其特点是当两个输入端的状态相异时（一个为高电平，另一个为低电平），输出为高电平；反之输出低电平。

4.2电压显示电路：

设计中采用的是4段led数码管用来显示电压值。led具有耗电低、亮度高、视角大、线路简单、耐震及寿命长等优点，它由4个发光二极管组成，其中3个按‘8’字型排列，另一个发光二极管为圆点形状，位于右下角，常用于显示小数点。把4个发光二极管连在一起，公共端接高电平，叫做共阳极接法，相反，公共端接低电平的叫做共阴极接法，我们采用共阳极接法。

当发光二极管导通时，相应的一段笔画或点就发亮，从而形成不同的发光字符。其8段分别命名为dp g f e d c b a。例如，要显示“0”，则dp g f e d c b a分别为：

11000000b；若要显示多个数字，只要让若干个数码管的编码为低电平就可以了。

右图是数码管的结构图。

图4 led显示部分连接。

4.3、自动转换量程开关电路。

运用六个比较器将输入电压的分量分为三段进行比较，分别从三个传输门通过，有且只有一路信号通过，从而达到自动转换量程的作用。

图5 自动转换开关电路。

自动转换开关电路的真值表如下：

集成电路输出真值表。

表1逻辑与之后的真值表。

表24.4关于多量程电路部分。

也有许多场合，希望数字电压表(数字面板表)的量程大一些，那么，只需要更改 2 只元器件的数值，就可以实现量程为 ±2.000v 了。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 在有了一只数字电压表(数字面板表)之后，按照下面的图示，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 到 ±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利用数字电压表做成的多量程电阻表，采用的是“比例法”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，下图示中所配置的一组电阻就叫“基准电阻”，就是通过切换各个接点得到不同的基准电阻值，再由 vref 电压与被测电阻上得到的 vin 电压进行“比例读数”，当 vref ＝ vin 时，显示就是 vin/vref*1000=1000 ，按照需要点亮屏幕上的小数点，就可以直接读出被测电阻的阻值来了。

在产品数字万用表中，为了节省成本和简化电路，测量电流的分流电阻和测量电压的分压电阻以及测量电阻的基准电阻往往就是同一组电阻。这里不讨论数字万用表的电路，仅仅是帮助读者在单独需要使用某种功能时，可以有一定的参考作用。下图是一个最简单的 10 倍放大电路，运算放大器使用的是精度比较高的 op07 ，利用它，可以把 0～200mv 的电压放大到 0～2.

000v。在使用的数字电压表量程为 2.000v 时，（例如 icl7135 组成的 41/2 数字电压表，基本量程就是 2.

000v。）特别有用。

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