电子线路设计数字电压表试验内容PPT.ppt

电气与新能源学院 一 实验目的二 实验原理和器件介绍三 数字电压表icl7107实验四 思考题 实验四数字电压表 电气与新能源学院 1 学习精确测量电路设计的方法 2 掌握数字电压表的设计方法 3 熟悉数字仪表专用集成电路icl7107 7106 的原理及应用 一 实验目的 电气与新能源学院 二 实验原理和器件简介 数字电压表icl7107的应用7l07a d转换器的用途非常广泛 用它可以组装成31 2位数字电压表 数字电子秤 数字温度计 数字压力计 数字式水平仪等各种具有体积小 重量轻的数字仪表 用7l07组装的数字式仪表 其整机电路可以分为两部分 第一部分电路将被测的模拟量 各种传感器的物理量 转换成适用于7107的电压信号 第二部分电路将电压信号转换为可读懂的数字信号 电气与新能源学院 二 实验原理和器件简介 数字仪表专用集成电路icl7107 7106 为高性能 低电源31 2位的a d转换器 图 a 为模拟电路 主要功能是对vin进行积分 对 vref进行反积分 反积分电压vo去控制数字逻辑部分电路 电气与新能源学院 二 实验原理和器件简介 图 b 为数字电路部分 主要功能是数字逻辑控制模拟电路进行积分 反积分 译码 显示驱动 电气与新能源学院 逻辑控制电路控制电子开关k2使双积分电路进入自动稳零 az 阶段 自动稳零 0 3000t 后 由运算放大器a1和r c组成双积分电路 开始对 vin进行积分 积分1000个脉冲 t 后 逻辑控制电路 闸门电路 计数器 时钟 vref vref k1 k2 r vo c a1 a2 vin icl7107工作原理框图 电气与新能源学院 icl7107工作原理框图 逻辑控制电路控制电子开关k2使双积分电路进入自动稳零 az 阶段 自动稳零 1000 3000t 后 由运算放大器a1和r c组成双积分电路 开始对 vin进行积分 积分1000个脉冲 t 后 电气与新能源学院 icl7107工作原理框图 逻辑控制电路控制电子开关k1切换到 vref或者是 vref进行反积分 反积分到vo 0时 过零比较器a2关闭闸门电路 计数器停止计数2000t 0 1999t 完成一个工作周期 逻辑控制电路 闸门电路 计数器 时钟 vref vref k1 k2 r vo c a1 a2 vin 电气与新能源学院 icl7l07采用双积分的方法实现a d转换 以4000个计数脉冲周期 即用4000个脉冲的时间作为a d转换的一个周期 每个转换周期分成自动稳零 az 信号积分 int 和反积分 de 3个阶段 各阶段的工作过程如下 a d周期4000个脉冲 0 vo az int de t计数 1000 3000 1000 0 2000 icl7107工作原理 t0 t1 t2 电气与新能源学院 1 自动稳零 az 阶段 进入自动稳零阶段后 通过电路内部的模拟开关 使in 和in 两个输入端与com端短接 闭合反馈回路 自动稳零电容caz充电 使缓冲放大器 积分器和比较器的输出回复到零态 自动稳零阶段的时间taz为 式中 tcl为时钟脉冲入的周期 1000tclvin vref为反积分阶段时间 icl7107工作原理 电气与新能源学院 2 信号积分 int 阶段 信号一旦进入积分阶段 则断开反馈回路 输入端短路消失 使电路从自动稳零阶段转入到对模拟信号进行取样积分阶段 本阶段的时间固定为1000个计数脉冲的时间 输入的模拟信号 vin首先经过缓冲放大器放大 信号放大k倍后送至积分器进行积分 icl7107工作原理 电气与新能源学院 积分器在0 t1的时间里 即在0个 1000个计数脉冲时间里从零开始积分 取样积分结束后 积分器的输出电压为 式中 rint为积分电阻 cint为积分电容 k为缓冲放大器的电压放大系数 vin为模拟信号电压 t1为积分时间 相当于计1000个计数脉冲的时间 信号积分阶段的固定时间tint 1000tcl icl7107工作原理 电气与新能源学院 3 反积分 de 阶段 双积分a d转换器的反积分阶段是实现对与输入模拟信号极性相反的参考电压vref进行积分 在反积分开始时 参考电容上的参考电压vref送入缓冲放大器进行放大 放大后的参考电压再送入积分器进行积分 这时 积分器从vint0开始积分 icl7107工作原理 电气与新能源学院 反积分 de 积分器的输出电压为 vin与rint和cint的值无关 从而不需要精确的积分电阻 积分电容的值 icl7107工作原理 电气与新能源学院 若用计数脉冲的个数表示时间 t1等于1000个计数脉冲 t2 t1 等于t个计数脉冲 那么便有 若vref取作1000mv 则更为直观 这时在数值上有 vin的数值 t的数值 mv 这就是精确测量电路设计方法的典范 icl7107工作原理 电气与新能源学院 下图是对负模拟信号进行数字转换时 积分器的输出波形 积分器的输出信号经比较器进行比较后作为逻辑部 分的程序控制信号 逻辑电路不断地重复产生az int de三个阶段的控制信号 适时地指挥计数器 锁存器 译码器等协调地工作 反积分de最多计数是0 1999即为三位半数字电压表 a d周期4000个脉冲 0 vo az int de t计数 1000 3000 1000 0 2000 积分器输出波形 icl7107工作原理 电气与新能源学院 为了使icl7l07电路正常工作 必须正确地选择外部条件 p25 26a 积分电阻rint的取值 b 积分电容cint的取值 c 自动稳零电容caz大小的选择 d 参考电容cref的取值 e 振荡器部件rosc和cosc icl7107工作原理 电气与新能源学院 f 参考电压vref 由式可知 满度值时t 2000 vin vfs 可得故当满度值选为vfs 2v时 参考电压vref 1v 当满度值选为vfs 200mv时 参考电压vref 100mv icl7107工作原理 电气与新能源学院 icl7l07引脚功能 p26 271 pm为负数指示信号 正值则不显示 2 osc1和osc2为时钟脉冲发生器 3 vref 和vref 为参考电压 4 com为公共端 5 in 和in 为模拟信号输入端 6 buf为缓冲器输出端 接积分电阻 7 az接自动稳零电容 8 int为积分器输出端 接积分电容 9 test为灯光测试端 在检查led时该端通过500 电阻与 5v相接 则显示满量程 icl7107工作原理 电气与新能源学院 数字电压表icl7107的实验电路p81共阳8段显示器 5v 电气与新能源学院 三 数字电压表icl7107实验 实验步骤一 按p81连接电路 注意面包板布局 电气与新能源学院 三 数字电压表icl7107实验 实验步骤一 用test灯光测试端 检查led显示器各段是否正常 当37 引脚通过510 电阻与 5v相接时 应显示 199 9或 188 8或 166 6 灯光测试正常应及时撤销test灯光测试端的510 电阻与 5v相接 实验步骤二 用示波器观察icl7107的38 引脚振荡频率 fosc 40khz左右 并画出38 39 40 引脚的波形图 实验步骤三 调整参考电压36 引脚vref 当vref 100mv 则系统满标度电压vfs 200mv时 实验步骤六 按下表实测某电压 调至量程以内 并与基准表相比较 要求误差 2mv 电气与新能源学院 三 数字电压表icl7107实验 实验步骤四 根据表一 测试cc7107功能 表一icl7107功能测试表 电气与新能源学院 三 数字电压表icl7107实验 实验步骤五 调整参考电压36 引脚vref 当系统满标度电压vfs 200mv时 则vref 100mv 电气与新能源学院 三 数字电压表icl7107实验 实验步骤六 按下表实测某电压 调至量程以内 并与基准表相比较 要求误差 2mv 7107 标准 5v 5v 红表笔 黑表笔 电气与新能源学院 三 数字电压表icl7107实验 实验步骤七 扩展量程 设计出量程为2v 20v 200v的电路 电路的检查测试 1 测量ic引脚1 5v 21 0v 26 5v 2 用示波器观察ic引脚38 39 40 波形 并测试38 引脚频率为40khz左右 3 测量ic的36 引脚vref 100mv 4 检查c4 r5 c5 c2 c1 r1的值等 电气与新能源学院 电路的检查测试 5 正负