杨海燕毕业论文

1、 毕业设计（论文） 课题三位半数字电压表头设计类 别¡毕业设计说明 ¤毕业设计论文系 科电子工程系专 业¤应用电子技术 ¡应用电子技术/应用英语¡电气自动化技术 ¡电气自动化技术/市场营销¡计算机应用技术 ¡计算机应用技术/广告设计与策划班 级姓 名完成日期指导教师三位半数字电压表设计摘要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。ICL7107采用大电流反相输出，静态驱动共阴极LED数码管，由±5V双电源供电，显示亮度高但耗电

2、较大，适合制作小型的三位半数字电压表。该系统设计能够实现0199mV、01.99V、019.99V、0199.9V、01999.9V,共五个量程电压值的测量。做成电路板，进行了测试，可以得到了良好的测试结果。 关键词： ICL7107 数字电压表 A/D转换 量程 Design of Scope Switch Digital VoltmeterAbstractThe design uses integration COMS chip ICL7107 as the A/D transform and lock save and coding module of a digital voltmet

3、er to make the circuit easy design , high integration and high reliability .Big electric current in adoption in ICL7107 anti output mutually , the constant drives the negative LED display totally ,be provide by power supply of ±5V ,show that the bright degree is high but consume the electricity

4、 bigger ,be suitable for the small scaled set in manufacture type 3 1/2 arithmetic figures appearance .The system can measure in all five scopes of pressure value : 0199mV、01.99V、019.99V、0199.9V、01999.9V. And that , the system has been build in a circuit board , having been tested , and has got a go

5、od result.Keyword: ICL7107 Degital voltmeter A/D Scope 目录 摘要IAbstractII目录.III引言11 三位半数字电压表概述21.1 三位半数字电压表特点.22 三位半数字电压表电路结构和系统框图32.1 电路的基本结构32.2 电路的系统框图32.3 表头电路42.4 量程设计53 主要元器件介绍53.1 ICL7107的介绍53.2 ICL7107的性能特点73.3 ICL7107功能检查表74 用protel99绘制电路原理94.1三位半数字电压表原理图94.2 电路原理图分析95 电路板的焊接105.1 焊接的注意事项105.

6、2 焊接过程106 电路调试过程116.1 调试前工作116.2 电路总体调试116.3 使用注意事项11总结12参考文献- 1 -致谢- 2 -附录- 3 -引言随着社会的发展,电子市场已经越来越多，电子产品也越来越普遍，一些高科技的电子产品已经代替了一些旧的产品。在模数混合系统设计中，对模拟信号的采样一般是使用专门的A/D转换器，和专门的译码锁存电路把模拟信号转换成数字信号。但这样使系统的设计电路比较复杂，用到集成芯片比较多，给设计带来不便。为了克服这些缺点，这次设计中采用了高集成度芯片ICL7107作为对模拟信号的采样，使设计更简单，可靠性得到提高。在数字电路和显示技术中，为了实现数字显

7、示，需要把连续变化的模拟量变换成数字量，这种变换就是A/D转换。为了使模拟量变换成数字量，必须经过取样、量化过程。量化单位越小，整量化的误差就越小，数字量就越接近连续量本身的值数字仪表的发展趋势有一下几点：一是广泛采用新技术，不断开发新产品。二是广泛应用新工艺。三是多重显示仪表。四是提高安全性。 五是操作简单化。数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，以十进制数字形式显示被测电压值的仪表。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。1 三位半数字电压表概述 1.1 三位半数字电压表特点我们所设计的电压表是一个三位半数字

8、电压表，测量范围为直流：0199mV、01.99V、019.99V、0199.9V、01999.9V，共五个量程。电压值显示稳定，读数方便，能测量正负电压且能切换量程使用方便。它还有超量程、欠量程的功能，当超量程时，A/D转换器呈溢出状态，这时高位显示为1，其他低位不显示；当欠量程时，最高位和次高位显示的数为0。当有两种情况中的一种时，将量程用大一量程，如此循环直至切换到适当量程。其他特点如下： 显示清晰直观，读数准确 数字电压表则采用先进的数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳数现象，测量结果就是惟一的，能缩短读数和记录的时间。 显示位数 显示位数通常为3位8位。 准确度高 准确度是

9、测量结果中系统误差与随机误差的综合。它表示测量结果与真值的一致程度，也反映了测量误差的大小，准确度愈高，测量误差愈小。数字电压表的准确度远优于模拟式电压表。 分辨率高 数字电压表在最低电压量程上末位1个字所代表的电压值，称做仪表的分辨力，它反映仪表灵敏度的高低。分辨力随显示位数的增加而提高。数字电压表的分辨力指标亦可用分辨率来表示。分辨率是指所能显示的最小数字（零除外）与最大数字的百分比。实际上分辨力仅与仪表显示位数有关，而准确度则取决于A/D 转换器等的总误差。 测量范围宽 多量程DVM一般可测01999V直流电压(6) 扩展能力强 在数字电压表的基础上、还可扩展成各种通用及专用数字仪表、数

10、字多用表（DMM）和智能仪器，以满足不同的需要。 测量速率快 数字电压表在每秒钟内对被测电压的测量次数叫测量速率，单位是“次秒”。它主要取决于A/D 转换器的转换速率，其倒数是测量周期。集成度高，微功耗2 三位半数字电压表电路结构和系统框图2.1 电路的基本结构图1 三位半数字电压表电路结构框图3(1/2)位A/D转换器是采用芯片ICL7107，是专门为驱动LED显示器而设计的3(1/2)位双积分式A/D转换器。是整个电路的核心部件，完成模拟量转换为数字量的任务。基准电压源提供A/D转换参考电压。译码驱动器将BCD码转换成七段供LED发光管显示信号显示器将译码器输出的七段信号进行数字显示。2.

11、2 电路的系统框图图2 电路系统框图A/D转换及锁存和译码模块。选用芯片ICL7107，它是双积分型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、积分器、电压比较器、正负电压参考源和模拟开关，以及数字部分如这振荡源、计数器、锁存器、译码器、驱动器和控制逻辑电路等，使用时只需接少量电阻、电容元件和数码管，就可以完成模拟信号与数字信号之间的转换。待测电压转换模块。待测电压作为电压表的测量对象，必须满足下一级的输入要求。模拟电压通道模块。该模块主要作用是将分压后的待测电压输送给A/D，能根据不同待测电压选择最适当的分压值档位，采用模拟开关通道，其体积小，工作稳定，开关通道较多。超、欠量

12、程识别模块。当超量程时，A/D转换器呈现溢出状态，这是只有千位显示“1”，其余位不显示；当欠量程时，千位和百位都显示“0”。当有两种情况中的一种时，则将量程选用大一级量程，如此循环直至切换到适当量程。2.3 表头电路图3 表头电路2.4 量程设计图4 量程电路 量程电路的设计的作用是将分压后的待测电压输送给A/D，能根据不同待测电压选择适当的分压值档位。3 主要元器件介绍3.1 ICL7107的介绍 ICL7107是专为驱动LED显示器而设计的3（1/2）位双积分式A/D转换器。图5 ICL7107芯片引脚电路引脚功能介绍U+、U- 分别接5V电源的正、负端。COM 模拟信号的公共端，简称“模

13、拟地”，通常将IN+、Uref-端与COM端短接。TEST 测试端。该端有两个功能：作为测试指示，将它接U+时数码管显示全部笔段1888、可检查显示器有无笔段损坏；作为数字地供外部驱动器使用，已构成小数点标识符的显示电路。a1g1、a2g2、a3g3、bc4 分别为个位、十位、百位、千位的笔段驱动端，接至数码管相应的笔段电极。b、c段在数码管内部连通。当计数值N1999时显示器溢出，仅千位显示“1”，其余位不显示。POL 负极性指示输出端，当POL端输出的方波与背电极方波相反时，显示负号。OSC1OSC3 时钟振荡器的引出端，外接阻容元件可构成两级反相式阻容振荡器。Uref-、Uref+ 分别

14、为基准电压的正、负端。Cref+、Cref- 外接基准电容端。IN+、IN- 模拟电压输入端，分别接被测电压的正端和负端。Caz 接自动调零电容端，该端在芯片内部接至积分器和比较器的反相输入端。BUF 缓冲放大器的输出端，接积分电阻。INT 积分器的输出端，接积分电容。GND 接地端。 3.2 ICL7107的性能特点能直接驱动共阴极LED显示器，不需要另加驱动电路和限流电阻，使整机电路得到简单化。第21脚（GND）为数字地，第37 脚（TEST）经内部电阻与GND接通。采用±5V双电源供电，GND端需要接电源中点（0V）。ICL7107本身的功耗低于15mV（不包括显示器）,最大静

15、态电流为1.8mA。段驱动电流的典型值为8mV，最小值为5mA。芯片内部无小数点驱动信号，使用时间可将共阴极数码管的公共端接U-，当小数点经过几百欧姆的限流电阻接至GND时，该小数点发光；小数点位置可以固定，也可以通过转换开关选择。3.3 ICL7107功能检查表 ICL7107芯片功能检查电路如下图所示。图中S是单刀四转换开关，SB是按钮开关。图6 芯片引脚功能电路检查步骤如下（仪表满量程为200mV） 检查零输入时的显示将IN+ 与 IN-端短接，使Uin=0，仪表应显示“00.0”。 检查比例读数将IN+与 Uref+端短接，使Uin=Uref=100.0mV.仪表应显示“100.0”，

16、允许有±1给字的误差。 检查正信号溢出功能将IN+ 与U+端（+5V）短接，使Uin=+5V+199.9Mv。此时数码管应显示千位上的“1”，其他位不显示。 检查负信号溢出功能将IN+ 与U-端（-5V）短接，使Uin=-5V。因为+199.9Mv。此时数码管应显示负号和千位上的“1”，其他位不显示。 检查全亮笔段将TEST端与U+端短接，LED显示器应出现“1888”（不显示小数点），全部笔段放光。操作时只需按下SB，即可将TEST与U+短路。表1 ICL7107的功能检查内容检查内容检查方法显示值开关位置被短接的管脚负号千位百位十位个位01IN+ - IN-XX0001002IN

17、+ - Uref+X1000±1正信号溢出3IN+ - U-X1XXX负信号溢出4IN+ - U-1XXX1888按下SBTEST - U+X18884 用protel99绘制电路原理 4.1三位半数字电压表原理图图7 三位半数字电压表原理图4.2 电路原理图分析 ICL7107芯片的量程有两档：200mV和2.00V。本电路所选量程为200mV档。 200mV量程，要求R1=10K,R4=47K,C4=0.47u. OSC1、OSC2、OSC3为时钟振荡器的外接端子，时钟振荡器由集成电路内部的两个反相器和外接阻容元件组成，振荡频率为 Fo=0.455/R1C1=40khz电路采样速

18、率为 MR=fo/1600 =40*1000/1600次/秒=2.5次/秒 Cref+和Cref-为基准电容端，一般将基准电容C2取值为0.1u 输入端IN+和IN-一般接一个阻容滤波器R3C3. Caz,BUF,INT组成积分电路。电路的积分电阻R4取值为47K接BUF端，积分电容C5为0.22u接INT端，自动调零电容C4为0.47u接Caz端。5 电路板的焊接5.1 焊接的注意事项 防止触电，勿要烫伤人、电源线及衣物等。 电烙铁的温度和焊接的时间要适当，焊锡量要适中，不要太多。 烙铁头要同时接触元件引脚和线路板，使二者在短时间内同时受热达到焊接温度，以防止虚焊。 不可以将烙铁头在焊点上来

19、回移动，也不可以用烙铁头向焊接脚上刷锡。 对有极性的元件，焊接过程中切勿将极性弄错。5.2 焊接过程 焊前准备 首先要熟悉所焊电路板的电路图，并按图纸配料，检查元器件型号、规格及数量是否符合图纸要求，并做好装配前元器件引线成型等准备工作。 焊接顺序元器件装焊顺序依次为：电阻器、集成电路插槽、发光二极管，即元器件应为先低后高。 焊接方法 将加热好的电烙铁与电路板成45度角，同时接触焊接点和被焊元件脚12秒，再将焊锡丝触致焊接点与元件引脚上，使焊锡溶后顺着被焊接元件脚流至焊点上形成一个圆锥状，这时抬起电烙铁。焊好后要等焊锡完全凝固才可移动元件。 焊接后事宜对焊好的电路板进行检查，保证其光滑、清洁；

20、有无错焊、漏焊、虚焊、桥连等。6 电路调试过程6.1 调试前工作对电路板调试前要检查其正确性，有无短路、错误等问题，确保电路无误才可以进行通电调试。首先要分开调试对各个部分的电路进行调试即对每个芯片进行调试在确定正确后在进行总的调试，这样可以保证不会出现混乱，如果有错误也好对其进行检查。6.2 电路总体调试 调试仪器可调直流电源，可调范围：02000V；万用表。 调试方法用该表测量一电压，在用万用表测量；自动切换量程调试：首先用大于200mV的电压测量；然后调节电源电压到比该值小一量程的电压进行测量，观察是否正常测量。6.3 使用注意事项 量程的设计由ICL7107构成的三位版数字电压表基本量

21、程为200mV。如果需要改装成2V的量程，应改变基准电压分压电阻、自动调零电容和积分电阻的数值，其余元件数值不变。 积分电容的选择数字电压表对积分电容的质量要求较高，因为它直接关系到积分的准确度。对积分电容主要有以下几个要求：漏电阻高，（或漏电时间常数大），损耗角正切值小；介质吸收系数小，介质吸收系数表示电容器在放电1S后的残余电压与充电电压的百分比。总结毕业设计是对三年来所学知识的一个总结，也是对我们的一个考验。通过毕业设计可以提高我们的动手能力，我们可以从中学到不少有用的东西。本设计的课题是三位半数字电压表，在设计时首先是要画出原理图，在确定了原理图之后再在实验箱上进行调试。在调试过程中也

22、遇到了不少的问题，不过经过我们的努力还是顺利完成了。通过为期两个月的毕业设计，使我们的基础理论知识和专业知识均得到了切实的巩固，同时提高了我们独立思考问题和分析解决问题的能力。在理论知识方面，我们把三年来所学的专业知识进行了进一步的强化和巩固。另外通过大量的查阅资料，增强了自已的能力，拓宽了知识面。在实践方面，利用学校给我们创造的有利条件，自已动手，安装电路，并调试成功。参考文献1.杨宝清、宋文贵.实用电路手册. 北京:机械工业出版社.2002.52.杨碧石. 模拟电子技术基础. 北京:电子工业出版社,2006.13.赵慧. Protel99 SE原理图与PCB及仿真. 北京:机械工业出版社,

23、2004.24.赵淑范、王宪伟.电子技术实验与课程设计. 北京:清华大学出版社,2006.85.沙占友.新型数字电压表原理及应用. 北京: 机械工业出版社,2006.16.蒋璇，藏春华.数字系统设计与PLD应用. 北京：电子工业出版社，20057.侯伯亨.现代数字系统设计. 西安：西安电子科技大学出版社，20048.蔡明生.电子设计. 北京：高等教育出版社，2004致谢首先感谢我的指导老师陈老师。在我们的毕业设计中，由于在焊电路时出现问题导致我在调试过程中总是遇到很多麻烦，但是老师总是面带笑容的讲解给我听，在他的细心指导下，我克服了很多困难。他平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料，熟悉设计制作中的控件，任务计划的确定和修改，调试过程中都给予了我悉心的指导。陈老师的专业知识水平让我很敬佩，但他的治学严谨和专研的精神也是我永远追求学习的榜样。再次还要感谢与我同组的孙燕鸿同学，如果没有她的热心帮助，我也很难完成这次作业，在本次设计中勤奋努力，帮助我克服了许多困难，并承担了一部分的工作量。如果没有她的帮忙，我将很难完成毕业设计，她的细心钻研与勤奋的学习劲头永远是我学习的榜样。最后感谢所有帮助过我的老师和同学，正因为有你们的细心指导与热心帮