基于ICL7107数字电压表的设计.doc

摘 要基于ICL7107数字电压表的设计摘 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ABSTRACTWith the development of science and technology, the type of digital voltmeter, more and more function more and more rich, of course, areas of application are increasingly being used to give people a lot of work and life easy.In this paper, is based on the design of digital voltmeter ICL7107 design, ICL7107 is widely used in digital measuring system is a set of three and a half drive digital converter section of the drive in one of the large scale integrated circuits, ICL7107 is a widely usedA digital measurement system at 31 / 2 A / D converter, able to directly drive common anode LED digital tube, enough for a digital voltage meter, this circuit is simple and complete, little can be enough to transform into other circuits, such as digital electronicsscales, digital thermometers and other specialized sensors measuring tools.ICL7107 is widely used in digital measuring system is a set of three and a half drive digital converter section of the drive in one of the large scale integrated circuits, the official local government is mainly used for the measurement of different voltages and many engineering applications, FM Interfacecircuit, which uses the principle of complete double integral A / D converter, all conversion circuits for CMOS VLSI design.Application of the ICL7107 chip digital display and so on, the chip is the first foot-powered, correct voltage DC5V, connect the power supply to the items to be measured by connecting the two ports in the table, so you can see the need to monitor the results of.In software design, mainly the preparation of the regulation to achieve count rate and SCM functions related procedures, and finally the combination of software design and hardware design together, and then debug it.This paper describes the hardware design of the structure and function of specific hardware and software design, there are specific written procedures for the appropriate debugging process.Key words: ICL7107 chip, digital voltmeter, digital electronic scales, digital thermometers, 31 / 2 A / D converter 目 录 i目 录第一章 绪论11.1 数字电压表的概术11.2 数字电压表的结构11.3 数字电压表应用领域21.4设计目的2第二章 课程设计方案、要求、任务实验原理32.1方案选择32.2 系统方框图42.3设计要求52.4设计任务52.5实验原理6第三章 课程设计框图及工作原理133.1工作原理133.2 ICL7107的工作原理143.3关于多量程电路部分173.4原理图20第四章 电池选择和电路仿真214.1 电源介绍214.2电路仿真22第五章 系统调试及结果分析255.1系统调试255.2 硬件实物图25第六章 总结27致 谢27参 考 文 献29 第一章 绪论 1第一章 绪论1.1 数字电压表的概术 电表是常用的电学测量仪器，有关电表的基本原理和应用技术实验在电学实验中是不可缺少的，我们把数字电表基本原理和应用技术引入普通电学实验中，其原因是：数字仪表应用日益广泛；数字电表基本原理简单，它也是一种比较法，对电容器在待测电压Vx与参考电压下的充、放电时间关系进行比较。了解了数字电表基本原理及常用模数转换芯片外围元件的作用、参量选择原则后可在万用表设计中灵活应用数字电表的模数转换芯片。随着科学的发展，数字电压表应用越来越广泛，下面介绍一下数字电压表的组成和应用领域。1.2 数字电压表的结构数字电压表有以下几个个组成部分： ICL7107芯片LED数字显示器三位半驱动段驱动位驱动 数字电压具有以下九大特点： 1.显示数据直观，度数准确。 2.准确度高。 3.分辨率高。 4.测量范围宽。 5.扩展能力强。 6.测量速率高。 7.输入阻抗高。8.集成度高，微功耗。 9.抗干扰能力强。1.3 数字电压表应用领域数字电压表通常被应用以下任务： 1.对一些工程上的测量； 2.完成大规模集成电路的转换； 3.应用于大规模的数字测量； 4.实现三位半集成电路的应用和其他电路的应用；本文主要是研究基于ICL7107芯片、数字显计数器的应用。1.4设计目的1.综合运用数字电路和模拟电路，巩固所学知识。2.了解双积分A/D转换器的工作原理。3.掌握ICL7107构成数字直流电压表的方法。4.了解数字显示电路的扩展应用。5.了解产品设计的基本思路和方法。6.掌握常用电子元件的选择方法和元件参数的7.加强计算机运用、查阅资料和独立完成电路设计的能力 第二章 课程设计方案、要求、任务实验原理 9第二章 课程设计方案、要求、任务实验原理2.1方案选择方案1：主要器件由芯片ICL7107和液晶显示器LCD组成。 由于7107是把模拟电路与逻辑电路集成在一块芯片上，属于大规模CMOS集成电路. 因此本方案有主要以下特点：1.采用单电源供电，可以使用9V迭层电池，有助于实现仪表的小型化。2.芯片内部有异或门输出电路，可以直接驱动LCD液晶显示器。3.耗功低。芯片本身消耗电流仅1.8mA,功耗为16mW。4.输入阻抗极高，对输入信号无衰减作用。5.能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动显示极性功能。6.噪声低，失调温标和增益温标均很小。具有良好的可靠性，使用寿命长。7.整机组装方便，无须外加有源器件，可以很方便的进行功能检查。方案2：主要芯片有ICL7107和共阳极半导体数码管LED组成。 本方案的主要特点是： 1.能够直接驱动共阳极的LED显示器，不需要外加驱动原件，使整机线路简化。 2.采用+5V和-5V两组电源供电。 3.LED属于电池控制原件，芯片本身功耗较小。 4.显示亮度较高。方案3：主要器件有芯片MC14433和共阴极半导体数码管LED组成。 MC14433是美国摩托罗拉公司生产的单片A/D转换器，它适合构成带BCD码输出的31/2位LED显示数字电压表，是目前应用较为普遍的一种低速A/D转换器。MC14433的主要性能特点：1.MC14433属于CMOS大规模集成电路，其转换准确度很高，内时钟振荡器，仅需外接一个振荡电阻。能获得超量程（OR）、欠量程（UR）信号，便于实现自动转换量程。能增加度数保持（HOLD）功能，电压量程分两挡：200mV、2V,最大显示值分别为：199.9mV和19999V。量程与基准电压成1比1关系。即UM=UREF.原理方框图.图2.1-12.2 系统方框图方案一 是采用ICL7107芯片原理和相关电路相结合设计的数字电压表显计数器，电路如图所示本文的电压表是一个31/2位半直流电压测量的数字式电压表。测量范围为直流0到199mV，0到1.99V，0到19.99V，0到199.9V，0到1999V，功5个量程。电压值显示稳定，读数方便，能测量正负电压和自动切换量程，使用方便，本系统可分为测试电压转换、模拟电压通道、数据电压通道、数码显示、小数点驱动电路5部分。图2.2-1 系统方框图2.3设计要求1.利用芯片ICL7107来实现电路功能；2.选择合适的电阻、电容、液晶显示器等器件；3.完成全电路理论设计、制作、调试，并画出电路原理图；4.撰写设计报告；5.上交制作产品一件。2.4设计任务1. 设计一个数字电压表电路；2. 通过设计，可以实现数字测量； 3.测量范围：直流电压0V到1.999V，0V到19.99V,0V到199.9V,0V到1999V.4.组装调试数字电压表。5.画出数字电压表电路原理图，写出实验报告。2.5实验原理 1 双积分模数转换器（ICL7107）的基本工作原理当输入电压为Vx时，在一定时间T1内对电量为零的电容器C进行恒流（电流大小与待测电压Vx成正比）充电，这样电容器两极之间的电量将随时间线性增加，当充电时间T1到后，电容器上积累的电量Q与被测电压Vx成正比；然后让电容器恒流放电（电流大小与参考电压Vref成正比），这样电容器两极之间的电量将线性减小，直到T2时刻减小为零。所以，可以得出T2也与Vx成正比。如果用计数器在T2开始时刻对时钟脉冲进行计数，结束时刻停止计数，得到计数值N2，则N2与Vx成正比。双积分AD的工作原理就是基于上述电容器充放电过程中计数器读数N2与输入电压Vx成正比构成的。现在我们以实验中所用到的3位半模数转换器ICL7107为例来讲述它的整个工作过程。ICL7107双积分式A/D转换器的基本组成如图1所示，它由积分器、过零比较器、逻辑控制电路、闸门电路、计数器、时钟脉冲源、锁存器、译码器及显示等电路所组成。下面主要讲一下它的转换电路，大致分为三个阶段：第一阶段，首先电压输入脚与输入电压断开而与地端相连放掉电容器C上积累的电量，然后参考电容Cref充电到参考电压值Vref，同时反馈环给自动调零电容CAZ以补偿缓冲放大器、积分器和比较器的偏置电压。这个阶段称为自动校零阶段。第二阶段为信号积分阶段（采样阶段），在此阶段Vs接到Vx上使之与积分器相连，这样电容器C将被以恒定电流Vx/R充电，与此同时计数器开始计数，当计到某一特定值N1（对于三位半模数转换器，N1=1000）时逻辑控制电路使充电过程结束，这样采样时间T1是一定的，假设时钟脉冲为TCP，则T1=N1*TCP。在此阶段积分器输出电压Vo=-Qo/C(因为Vo与Vx极性相反)，Qo为T1时间内恒流（Vx/R）给电容器C充电得到的电量，所以存在下式： Qo= (1) Vo=-=- (2) 图2.5-1 双积分AD内部结构图第三阶段为反积分阶段（测量阶段），在此阶段，逻辑控制电路把已经充电至的参考电容按与极性相反的方式经缓冲器接到积分电路，这样电容器C将以恒定电流 放电，与此同时计数器开始计数，电容器C上的电量线性减小，当经过时间T2后，电容器电压减小到0，由零值比较器输出闸门控制信号再停止计数器计数并显示出计数结果。此阶段存在如下关系： Vo+=0 (3)把（2）式代入上式，得： T2=Vx (4)从（4）式可以看出，由于T1和Vref均为常数，所以T2与Vx成正比，从图2可以看出。若时钟最小脉冲单元为,则，代入（4），即有： N2= Vx (5) 可以得出测量的计数值N2与被测电压Vx成正比。对于ICL7107，信号积分阶段时间固定为1000个,即N1的值为1000不变。而N2的计数随Vx的不同范围为01999，同时自动校零的计数范围为29991000，也就是测量周期总保持4000个不变。即满量程时N2max=2000=2*N1,所以Vxmax=2Vref，这样若取参考电压为100mV，则最大输入电压为200mV；若参考电压为1V，则最大输入电压为2V。下面阐述它的引脚功能和外围元件参数的选择。ICL7107双积分模数转换器引脚功能、外围元件参数的选择图2.5-2 ICL7107芯片引脚图ICL7107芯片的引脚图如图3所示，它与外围器件的连接图如4所示。图4中它和数码管相连的脚以及电源脚是固定的，所以不加详述。芯片的第32脚为模拟公共端，称为COM端；第34脚Vr+和35脚Vr-为参考电压正负输入端；第31脚IN+和30脚IN-为测量电压正负输入端； Cint和Rint分别为积分电容和积分电阻，Caz为自动调零电容，它们与芯片的27、28和29相连，电阻R1和C1与芯片内部电路组合提供时钟脉冲振荡源，从40脚可以用示波器测量出该振荡波形，该脚对应实验仪上示波器接口CLK，时钟频率的快慢决定了芯片的转换时间（因为测量周期总保持4000个Tcp不变）以及测量的精度。下面我们来分析一下这些参数的具体作用： Rint为积分电阻，它是由满量程输入电压和用来对积分电容充电的内部缓冲放大器的输出电流来定义的，对于ICL7107，充电电流的常规值为Iint=4uA，则Rint=满量程/4uA。所以在满量程为200mV，即参考电压Vref=0.1V时，Rint=50K,实际选择47K电阻；在满量程为2V，即参考电压Vref=1V时，Rint=500K,实际选择470K电阻。Cint=T1*Iint/Vint,一般为了减小测量时工频50HZ干扰，T1时间通常选为0.1S ，具体下面再分析，这样又由于积分电压的最大值Vint=2V，所以：Cint=0.2uF,实际应用中选取0.22uF。对于ICL7107，38脚输入的振荡频率为：f0=1/(2.2*R1*C1)，而模数转换的计数脉冲频率是f0的4倍，即Tcp=1/(4*f0)，所以测量周期T=4000*Tcp=1000/f0，积分时间（采样时间）T1=1000*Tcp=250/fo。所以fo的大小直接影响转换时间的快慢。频率过快或过慢都会影响测量精度和线性度，同学们可以在实验过程中通过改变R1的值同时观察芯片第40脚的波形和数码管上显示的值来分析。一般情况下，为了提高在测量过程中抗50HZ工频干扰的能力，应使A/D转换的积分时间选择为50HZ工频周期的整数倍，即T1=n*20ms,考虑到线性度和测试效果，我们取T1=0.1m(n=5)，这样T=0.4S，f0=40kHZ，A/D转换速度为2.5次/秒。由T1=0.1=250/f0，若取C1=100pF，则R1112.5K。实验中为了让同学们更好的理解时钟频率对A/D转换的影响，我们让R1可以调节，该调节电位器就是实验仪中的电位器RWC。图2.5-3 ICL7107和外围器件连接图（1）直流电压测量的实现（直流电压表） : 当参考电压Vref=100mV时，Rint=47K。此时采用分压法实现测量02V的直流电压 ,电路图见图5。:直接使参考电压Vref=1V，Rint=470K来测量02V的直流电压，电路图如图。（2）直流电流测量的实现（直流电流表）直流电流的测量通常有两种方法，第一种为欧姆压降法，即让被测电流流过一定值电阻Ri，然后用200mV的电压表测量此定值电阻上的压降Ri*Is（在Vref=100mV时，保证Ri*Is200mV就行），由于对被测电路接入了电阻，因而此测量方法会对原电路有影响，测量电流变成Is=R0*Is/(R0+Ri),所以被测电路的内阻越大，误差将越小。第二种方法是由运算放大器组成的I-V变换电路来进行电流的测量，此电路对被测电路的无影响，但是由于运放自身参数的限制，因此只能够用在对小电流的测量电路中，所以在这里就不再详述。如下图所示图2.5-4电阻值测量的实现（欧姆表）:当参考电压选择在100mV时，此时选择Rint=47K，测试的接线图如图8所示，图中Dw是提供测试基准电压，而Rt 是正温度系数（PTC）热敏电阻，既可以使参考电压低于100mV，同时也可以防止误测高电压时损坏转换芯片，所以必需满足Rx=0时，Vr100mV。由前面所讲述的7107的工作原理，存在： Vr=(Vr+)(Vr-)=Vd*Rs/(Rs+Rx+Rt) (6) IN=(IN+)(IN-)=Vd*Rx/(Rs+Rx+Rt) (7)由前述理论N2/N1=IN/Vr有： Rx=（N2/N1）*Rs （8）所以从上式可以得出电阻的测量范围始终是02Rs。: 当参考电压选择在1V时，此时选择Rint=470K，测试电路可以用图9实现，此电路仅供有兴趣的同学参考，因为它不带保护电路，所以必需保证Vr1V。在进行多量程实验时(万用表设计实验)，为了设计方便，我们的参考电压都将选择为100mV，除了比例法测量电阻我们使Rint=470K和在进行二极管正向导通压图2.5-5降测量时也使Rint=470K并且加上1V的参考电压。常用万用表需要对交直流电压、交直流电流、电阻、三极管和二极管正向压降的测量等，图10为万用表测量基本原理图。下面我们主要讲讲提到的几种参数的测量：实验使用的DH6505型数字电表原理及万用表设计实验仪，它的核心是由双积分式模数A/D转换译码驱动集成芯片ICL7107和外围元件、LED数码管构成。为了同学们能更好的理解其工作原理，我们在仪器中预留了9个输入端，包括2个测量电压输入端(IN+ 、IN-)、2个基准电压输入端(Vr+、Vr-)、3个小数点驱动输入端（dp1、dp2和dp3）以及模拟公共端（COM）和地端（GND）。交流直流变换器基准电压数字显示屏（LED或液晶）小数点驱动分档电阻分流器分压器过压过流保护过压过流保护模/数转换，译码驱动直流交流电阻电压电流被测量输入 图2.5-6 数字万用表的组 第三章 课程设计框图及工作原理 9第三章 课程设计框图及工作原理3.1工作原理 ICL7107是双积型的A/D转换器，还集成了A/D转换器的模拟部分电路，如缓冲器、电压比较器、积分器、正负电压参考源和模拟开关，以及数字电路部分如振荡器、计数器、锁码器、译码器、驱动器和控制逻辑电路等，使用时只需外加少量的电阻、电容元件显示器件，就可以完成模拟到数字量的转换，从而满足设计要求。显示稳定可读和测量显示速度快，是本设计的关键，ICL7107是一个受气为用4000个计数脉冲时间作为A/D转换的一个周期时间，每个周期分为自动稳零（AZ）、信号积分（INT）和反积分（DE）3个阶段。内部逻辑控制电路不断的重复产生AZ=、INT、DE、3个阶段的控制信号，适时的指挥计数器、锁存器、译码器等协调工作。使输出对应输入信号的数值，而输入模拟信号的数值在其内部数值上等于计数数值T，即：VIN的数值=T的数值或Vin=Vref(T/1000)式中：1000为积分时间（1000个脉冲周期）：T为反积分时间（满度时间为2000）。管脚1和26是ICL7107的正、负极。COM为模拟信号的公共端，简称模拟地，使用适应与IN-、UREF-端短接。TEST是测试端，该端经内部500殴电阻接数字电路的公共端（GND），因二者呈等电位，故称作数字地。该端有两个功能：（1）做测试指示，将它接U+LCD显示全部笔段1888，可检查笔段有无残缺现象，（2）作为数字地供外部驱动器使用，来构成小数点及标识符的显示电路。a1到 g1、a2到g2、a3到g3、bc4分别为各位、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在LCD内部连通。当计数值N1999时，显示器溢出，仅千位显示“1”，其余位消隐，一次表示仪表超越量程（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到OSC3为时钟振荡器引出端，外接阻容元件可构成两极反向式阻容振荡器。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，可提供所需的UREF值，亦可选外基准，CREF+、CREF-是外接基准电容端，IN+、IN-为模拟电压的正、负输入端，CAZ直接自动调零电容。BUF是缓冲放大器输出端，按积分电阻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）并未指出，但可将测试端（TEST）视为数字地，该端电压近似等于电源电压的一半. 3.2 ICL7107的工作原理 二者是相互联系的。亦方面由控制逻辑产生控制信号，按定时序将多路模拟开关接通或断开，保证AD转换正常进行，另一方面模拟电路的比较器输出信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。下面介绍各部分的工作原理。（一）模拟电路 模拟电路由双积分式AD转换器构成，电路如图2所示。主要包括2.8V基准点呀。图3.2-1 ICL 的模拟电路源（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。每个测量周期共需要4000个TCP，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带入上式得。 N=10UIN、或UIN=0.1N。 （2-2）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”。要测量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，积分电容选绝缘性好、介质吸收系数小的聚苯乙烯电容聚丙烯电容。为了提高仪表抗串模干扰能力，正向积分时间（称采样时间）T1应是工频周期的整数倍，我国采用50Hz交流电网，其周期为20ms,应选T1=20n （ms）. (2-3)式中，n=1,2,3，。例如取n=2,4,5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就不影响积分器的输出。但n值也不宜过大，以免测量速率太低。图3.2-2 ICL7107外围电路图（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，（1）频分器；（2）计数器；（3）锁存器；（4）译码器；（5）异或门相应为驱动器；（6）控制逻辑；（7）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3.2-3 ICL7107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到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得状态相异时（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。（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3.2-4 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AD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ABCDp4Dp3Dp2Dp100010000011000010010001100101000001表1 小数点显示真值表3.3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，就可以实现量程为正、负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3.3-1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3.3-2与多量程电流表对应的是经常需要使用多量程电压表，按照下图配置一组分压电阻，就可以得到量程从 200.0mV 至 1000V 的多量程电压表。图3.3-3 测量电阻与测量电流或者电压一样重要，俗称“三用 表”，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 0200mV 的电压放大到 02.000V。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。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，在一些测量领域中，传感器的信号往往觉得太小了，这时，可以考虑在数字电压表前面加上这种放大器来提高分辨力。图3.3-43.4原理图 第四章 电池选择和电路仿真 3第四章 电池选择和电路仿真4.1 电源介绍按照测量正负199.9mV来说明：1).辨认引脚：芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的做下方为第一脚。也可以把芯片的缺口朝左放置，在左下角也就是第一脚了。许多厂家会在第一脚旁边打上一个小圆点作为标记。知道了第一脚之后，按照逆时针方向去走，依次是第2至第40引脚。（1脚与40脚遥遥相对）。2).要牢记关键点的电压：芯片第一脚是供电，正确电压是DS5V。第36脚是基准电压，正确数值是100mV,第26引脚是负电源引脚，正确电压数值是 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。芯片第31引脚是信号输入引脚，可以输入正、负199。9V的电压，在一开始，可以把它接地，造成“0“信号输入，以方便测试。3）.注意芯片27,28,29引脚的元件数值，它们是0.22皮法、47K0.47皮法阻容网络，这三个元件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脚接的电容也不 能使用磁片电容。4）.注意接地引脚：芯片的电源地是21脚，模拟地是32脚，信号地是30脚，基准地是35脚，通常使用情况下，这4个引脚都接地，在一些有特殊要求的应用中（例如测量电阻或者比例测量），30脚或35脚就可能不接地而是按照需要接到其他电压上。-本文不讨论特殊要求。5）.负电压产生电路：负电压电源可以从电路外部直接使用7905等芯片来提供，但是这要求供电需要正负电源，通常采用简单方法，利用一个+5V供电就可以解决问题。比较常用的方法是利用ICL7660或者是NE555等点录来得到。这样需要增加硬件成本。我们常用一只NPN三极管，两只电阻，一个电感来进行信号放大，把芯片38脚的真当信号串接一个20K到56K的电阻连接到三极管“B”极，在三极管“C”极串接一个电阻（为了保护）和一个电感（提高交流放大倍数），在正常工作时，三极管的“C”极电压为2.4V到2.8V为最好。这样，在三极管的“C”极有放大的交流信号，把这个信号通过2只4u7电容和2支1N4148二极管。构成倍压整流电路，可以得到负电压供给ICL7107的26脚使用。这个电压，最好是在-3.2V到-4.2V之间。6）.如果上面的所有连接和电压数值都是正常的，也没有“短路”或者“开路”故障，那么，电路就应该可以正常工作了。利用一个电位器和指针万用表的电阻X1挡，我们可以分别调整出50mV、100mV、190mV三种电压来，把它们依次输入到ICL7107的第31脚，数码管应该对应50.0、1000.0、190.0的数值，允许有2- 3个字的误差。如果差别带大，恶意微调一下36脚的电压。7）.比例度数：把31脚与36脚短路，就是把基准电压为信号输入到芯片的信号端。这时候，数码管显示的数值最好是100.0，通常在99.7 100.3之间。越接近100.0越好。这个测试是看看芯片的比例读数转换情况，与基准电压炉体是多少mV无关，也无法在外部进行调整这个读数。如果差的太多，就需要更换芯片了。8）.ICL7107也经常使用在正、负199.9V量程。这时候芯片27、28、29引脚的元件数值，更换0.22皮法、470千欧、0.047皮法阻容网络，并且把36脚基准调到1.000V就可以使用在正、负1.999V量程了。9）.这种数字电压表头，被广泛应用在许多测量场合，它是进行模拟 数字转换的最基本，最简单而又最低价的一个方法，是作为十字化测量的一种最基本的技能。4.2电路仿真 本设计采用集成芯片ICL7107作为数字电压表的A/D转换及锁存和译码模块,使得电路具有设计简单、集成度及可靠性高的特点。该系统能够实现0199.9mV量程电压值的测量。电路连接图与仿真图如下图所示。1.仿真软件（1）Proteus可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。 （2）Proteus可提供的仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交流直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。 （3）除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。 （4）Proteus可提供的调试手段 Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。电路仿真2. Proteus软件运行流程 Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，如图所示。包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。运行Proteus程序后，进入软件的主界面。侧工具栏中的P(从库中选择元件命令)命令，在Pick Devices 左侧口中选择所需元件的关键字，然后放置元件并调整方向和位置以及参数设置，最后进行连线。如下图所示。3. 将所需的元器件放置好后，绘制成原理图如下图所示 第五章 电池选择和电路仿真 1第五章 系统调试及结果分析5.1系统调试1调试仪器可调直流电源，可调范围：0200mV；万用表，精度：0.1mV。2 调试方法 （1）.电压测量调试：用该表测量一电压，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，观察是否能正常测量；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。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，与万用表有一定的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。5.2 硬件实物图原件清单：ICL7107芯片一个、非极性电容、电阻、电位器、数码管等PCB单路板。 第六章 总结 1第六章 总结2011年1月，我开始了我的毕业论文工作，时至今日，论文基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。历经了几个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。 2月初，在与导师的交流讨论中我的题目定了下来，是：基于CD4553的三位数显计数器的设计。当选题报告，开题报告定下来的时候，我当时便立刻着手资料的收集工作中，当时面对浩瀚的书海真是有些茫然，不知如何下手。我将这一困难告诉了导师，在导师细心的指导下，终于使我对自己现在的工作方向和方法有了掌握。在搜集资料的过程中，我认真准备了一个笔记本。我在学校图书馆，大工图书馆搜集资料，还在网上查找各类相关资料，将这些宝贵的资料全部记在笔记本上，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于论文的撰写。然后我将收集到的资料仔细整理分类，及时拿给导师进行沟通。 3月初，资料已经查找完毕了，我开始着手论文的写作。在写作过程中遇到困难我就及时和导师联系，并和同学互相交流，请教专业课老师。在大家的帮助下，困难一个一个解决掉，论文也慢慢成型。3月底，论文的文字叙述已经完成。4月开始进行相关图形的绘制工作和电路的设计工作。为了画出自己满意的电