三位半液晶显示数字交流电流表

1、课程设计(论文)题 目 名 称 三位半液晶显示数字交流电流表的设计 课 程 名 称 电气测量技术 学 生 姓 名 黄子天 学 号 1341203012 系 、专 业 电气系 测控技术与仪器 指 导 教 师 邱雄迩 2013年 12 月 20 日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业2011级测控学生姓名 钟俊文学 号 1141203047题目名称三位半液晶显示数字交流电流表的设计设计时间2013年12月8日2013年12月20日课程名称电气测量技术课程编号121201202设计地点智能仪器与开发实验室（314）/创新实验室（214）一、课程设计（论文）目的 课程设计是在校学生素质教育的重要环节

2、，是理论与实践相结合的桥梁和纽带。电气测量技术课程设计，要求学生更多的完成软硬结合的动手实践方案，解决目前学生课程设计过程中普遍存在的缺乏动手能力的现象. 电气测量技术课程设计是继电子技术、和单片机原理与应用课程之后开出的实践环节课程，其目的和任务是训练学生综合运用已学课程电气测量技术的基本知识，独立进行电气测量的应用技术和开发工作,掌握电气测量技术的应用、调试和电路设计、分析及调试检测。二、已知技术参数和条件 1. 当输入为020A交流电流时，利用感应然后整流的方法得到020mA直流信号。 2. 送入ICL7106中得到相应的显示。显示输入信号的有效值。三、任务和要求设计

3、一块三位半液晶显示数字交流电流表，1. 要求能测量020A交流电流。2. 利用ICL7106 完成模拟输入到数字输出的转换。并利用LCD 进行结果显示。3. 自行绘制原理框图，并实现各部分的功能，完成单元电路设计、参数计算和器件选择。（注意所选器件经济性、实用性）。注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）智能仪器与开发实验室（314）/创新实验室（214）陈立周编 电气测量第三版，机械工业出版，2011，2申忠如 等编著电气测量技术，科学出版社

4、，2012，1。五、进度安排2013年12月8日-9日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务和要求2013年12月9日-10日：总体方案设计2013年12月10日-12日：硬件电路设计2013年12月12日-15日：软件设计2013年12月16日-18日：系统调试改进2013年12月19日：整理书写设计说明书2013年12月20日：答辩并考核六、教研室审批意见教研室主任（签字）： 年 月 日七|、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日八、备注指导教师（签名）： 学生（签名）：邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 黄子天 学 号 1341203012 系 电气工程系 专业班级 测控

5、技术与仪器2013级 题目名称 三位半液晶显示数字交流表的设计 课程名称 电气测量技术 一、学生自我总结 本人经过这次课程设计的学习，我懂得了许多关于电子测量技术的相关知识，学习到了如何通过电子设计设计出三位半液晶显示数字交流表，学习了软件proteus的使用。并且在小组共同合作的过程中，了解到了团队合作的意义，而在老师的指点关照下，了解了以前未接触到的领域，丰富了我的视野，极大的帮助到了我在未来电子设计的学习，在测控专业知识上的理解与掌握。接下来我会更加努力在钻研的道路上前行。 学生签名： 年 月 日二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权 重304030单项成绩指导教师评语： 指

6、导教师（签名）： 年 月 日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。摘要 电学参量测量技术涉及范围广，特别是电压、电流表广泛适用于学校、工业、科研、国防等各种领域，供实验室和工业现场测试用。随着电子技术的发展，在数字化、智能化、科技化为主的今天，数字化电流表已成为电流表设计的主要方向，在当前电流测量系统心中占有非常重要的位置。本文介绍了其中的ICL7106转换器的基本功能及外围元件参数，利用ICL7106完成模拟输入到数字输出的转换，并利用LCD进行结果显示并设计了一个三位

7、半的数字交流电流表，利用感应将测量的电流转换为电压信号，当输入为020A交流电流时，利用感应然后整流的方法得到020mA直流信号。送入ICL7106中得到相应的显示，显示输入信号的有效值。关键词：A/D采样；ICL7106；交流电流 目录摘 要I1 绪论11.1 课题研究的意义11.2 设计任务与要求分析12 系统模块设计22.1 系统机构总框架22.2 各模块的方案论证与选择22.2.1 A/D转换模块设计22.2.2 交流/直流转换模块32.3 电路的工作原理32.4 proteus的简介43 系统元件选择53.1 元件清单53.2 元件介绍53.3 数码管显示电路94 仿真分析105 心

8、得体会11参考文献121.绪论1.1研究课题意义 在电子技术高速发展的今天，因为电子行业所需的测量高精度的交流电流的需要，测量仪器数字交流电流表扮演了越来越来重要的角色，而本次课题则提供了我们接触了三位半液晶显示数字交流电流表的设计，从而能跟好的跟上时代的发展，获得更多的经验，为未来的学习工作提供好的前提。只有通过自身实践才能提高自己的动手能力，也只有亲历亲为才能够真正的收获并掌握到已经学过的知识，而且在设计的过程中也能学到不少的新的未曾接触过的新知识。1.2 设计任务与要求分析设计一块三位半液晶显示数字交流电流表，1. 要求能测量020A交流电流。2. 利用ICL7106完成模拟输入到数字输

9、出的转换。并利用LCD进行结果显示。3. 自行绘制原理框图，并实现各部分的功能，完成单元电路设计、参数计算和器件选择。（注意所选器件经济性、实用性）。2.系统模块设计2.1 系统机构总框架电流电压转换电路交流值转换电路信号采集A/D转换电路数码管显示电路开始结束图 2.1 系统软件总框图2.2 各模块的方案论证与选择2.2.1.A/D转换模块设计本次所测电流信号为模拟信号，为实现方便精确的测量信号，必须将模拟信号转换为数字信号，再将数字信号用十进制显示出来，系统上电后，初始化各参数。启动A/D转换，判断A/D转换是否结束，结束则清标志位、取数据，否则再延时，继续判断A/D是否结束。ICL710

10、6是高性能、低功耗的三位半A/D转换器电路。它包含有七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统。是一种将高精度、通用性和真正的低成本很好的结合在一起的高级芯片。用它实现A/D转换，并实现三位半的数字显示，是一种很好的选择。流程图如图2-2-1所示：开启A/D转换 延时A/D转换是否结束 清位、取数据结束图2-2-12.2.2 交流/直流转换模块本电流表为电流有效值测量电表，为实现准确测量交流电流信号，方案为AD736是单片精密真有效值AC/DC转换器，可以用于将各种波形的交流电压转换为直流电压。其主要特点有灵敏性好（满量程为200mVRMS）、测量速率快、准确度高、频率特性好（工作频率范围可达0

11、460kHz）、功耗低等。用它来完成交流转直流，电路设计也较简单和可行，而且考虑到其现实意义的价格适宜，测量误差不超过±3%。2.3 电路的工作原理本次设计主要有4步。1，将交流输入020A电流经电流转换器转后输出020mA交流电流， 并通过电阻将电流转换成电压信号。 2，将交流电压信号通过AD736芯片转换输出真有效值直流电压。3，利用A/D转换芯片将模拟电压信号转换为数字信号。4，采用数码管显示所得到的电流有效数值。2.4 proteus的简介Proteus软件是来自英国Labcenter electronics公司的EDA工具软件。Proteus软件有十多年的历史，在全球广泛使

12、用，除了其具有和其它EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的电路仿真是互动的，针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试，如有显示及输出，还能看到运行后输入输出的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，您不需要别的，Proteus为您建立了完备的电子设计开发环境！尤其重要的是Proteus Lite可以完全免费，也可以花微不足道的费用注册达到更好的效果；功能最强的Proteus专业版也非常便宜，人人用得起，对高校还有更多优惠。Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真,PCB设

13、计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。此系统受益于15年来的持续开发,被电子世界在其对PCB设计系统的比较文章中评为最好产品“The Route to PCB CAD”。Proteus 产品系列也包含了我们革命性的VSM技术,用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。其功能模块：个易用而又功能强大的ISIS原理布图工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真； ARES PCB设计。PROSPICE 仿真器的一个扩展PROTEUS VSM:便于包括所有相关的器件的基于微处理器

14、设计的协同仿真。此外，还可以结合微控制器软件使用动态的键盘，开关，按钮，LEDs甚至LCD显示CPU模型。支持许多通用的微控制器，如PIC,AVR,HC11以及8051；交互的装置模型包括：LED和LCD显示,RS232终端,通用键盘；强大的调试工具；包括寄存器和存储器,断点和单步模式；IAR C-SPY 和KeiluVision2等开发工具的源层调试；应用特殊模型的DLL界面-提供有关元件库的全部文件。3 系统元件选择3.1、元件清单硬件名称型号数量电流互感器L1AC/DC转换器AD7361电压比较器LM3931集成电路ICL71061表3.13.2、元件介绍1、电流互感器:原理是依据电磁感

15、应原理的。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的2次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。2、稳压二极管：又叫齐纳二极管,此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。而本次设计中，使用稳压二极管来控

16、制充电完成时的电流14.7V，从而停止充电。3、AC/DC转换器:AD736是经过激光修正的单片精密真有效值AC/DC转换器。其主要特点是准确度高、灵敏性好（满量程为200mVRMS）、测量速率快、频率特性好（工作频率范围可达0460kHz）、输入阻抗高、输出阻抗低、电源范围宽且功耗低最大的电源工作电流为200A.用它来测量正弦波电压的综合误差不超过±3%。AD736采用双列直插式8脚封装，其管脚排列如图3-1所示： 图3-2-1各管脚的功能如下： +Vs：正电源端，电压范围为2.816.5V； -Vs：负电源端，电压范围为-3.2-16.5V； Cc：低阻抗输入端，用于外接低阻抗的

17、输入电压（200mV），通常被测电压需经耦合电容Cc与此端相连，通常Cc的取值范围为1020F.当此端作为输入端时，第2脚VIN应接到COM； VIN：高阻抗输入端，适合于接高阻抗输入电压，一般以分压器作为输入级，分压器的总输入电阻可选10M，以减少对被测电压的分流。该端有两种工作方式可选择：第一种为输出AC+DC方式。该方式将1脚（Cc）与8脚（COM）短接，其输出电压为效流真有效值与直流分量之和；第二种方式为AC方式。该方式是将1脚经隔直电容Cc接至8脚，这种方式的输出电压为真有效值，它不包含直流分量。COM：公共端； Vo：输出端； CF：输出端滤波电容，一般取10F；CAV：平均电容。

18、它是AD736的关键外围元件，用于进行平均值运算。其大小将直接响应到有效值的测量精度，尤其在低频时更为重要。多数情况下可选33F.4、集成电路：ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路。它包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。如图3-2所示为ICL7107芯片。 图3-2-2管脚1和26：正负极。COM：模拟信号的公共端，简称模拟地。TEST：测试端。POL：负极性指示的驱动端。BP：LCD背面公共电极的驱动端。 CAZ：接自动调零电容。BUF：缓冲放大器输出端。INT：积分器输出端。3.3数码管显示电路本实验采用数码管显示，如图所示： 图 3-3-1、共阴数码管原理图图3-3-2、共阳数码管原理图数码管实际上就是八个发光二极管，它们以两种方式连接，若其阴极连接在一起，这种方式构成共阴数码管；若其阳极连接在一起，这种方式构成共阳数码管。4.仿真 图 4-1 交流电流表仿真参考文献1张克农.数字电子技术基础M.高等教育出版社，2003：263-270.2刘湘涛.江世民.单片机原理与应用M.电子工业出版社，2006：184-201. 3余小平.奚大顺.电子系统设计基础篇M.航空航天大学出版社，2008:209-213.4朱清慧,张凤蕊等.Proteus教程制版