基于ICL7107数字电压表的设计

1、电子制作课程审查报告课程名电子制作学生名张鑫学号所在院(系)物理通信工学学院专业级电子1202指导教师秦伟完成场所501# 高频实验室2014年6月10日商品目录一一一. 摘要22二二.课程设计任务和要求课程设计任务 2.2设计要求2.2设计要求22.3整体设计构想2.1提案选择2.2 课程设计框图和动作原理课程设计框图和动作原理，4.1动作原理，4.1动作原理，4.2 ICL 7107的动作原理 5.3在ICL 7107上安装电压计头的要点、12.6 .系统的调试和污点1313.1调试设备13.2调试方法13.2调试结果分析 6.4硬件的实物图、14八.设计心得、设计心得、设计要领、体会、设

2、计要领1411 .摘要数字电压表简称为DVM，是采用数字测量技术，把连续的模拟(直流输入电压)转换成不连续、离散的数字形式来显示的仪表。 目前，由各种单片A/D转换器组成的数字电压表广泛应用于电子和电气测量、工业自动化仪表、自动测试系统等领域，显示出了很强的生命力。 同时，DVM扩展的各种通用和专用数字仪表将电量或非电量测量技术提高到了新水平。 本章重点介绍单片A/D转换器及其构成的各种新型数字电压表的工作原理。 二二.课程设计任务和要求课程设计任务和要求2.1、设计目的、设计目的1、双积分式A/D转换器的工作原理2、A/D转换器ICL7107的性能及其管脚功能3、用ICL7107构成直流数字

3、电压表的方法2.2、设计要求、设计要求1， 使用课程和实验内容中使用的零件，设计三位半数字电压表，三位半为一位，十位，百位范围为0-9，千位为0和1两种状态，称为半位。 数字电压表的测量范围是0001-1999。数字电压表的主要部分是A/D转换器，显示方法通常采用动态扫描(工作时四个数码软线管交替点亮，利用人眼的视觉残留特性获得整体的效果，扫描频率过低时显示的数字有闪烁感)方式，但关闭了。 任务要求： 2、基本要求：直流电压测量范围(0200V )测量误差小于1%追加交流电压测量范围(0200V )测量误差小于1%的自动范围切换3 .课程设计整体设计构想课程设计整体设计构想3.13.1根据设计

4、要求和功能的实现我们， 基于设计要求和功能实现，考虑了建议1:主要设备由芯片ICL7106和液晶显示器LCD构成关键字，芯片ICL7106液晶显示器LCD图是建议1的简单原理框图这三种可能性方案。 7106是将模拟电路和逻辑电路集成在一个芯片上的大规模CMOS集成电路，因此本方案主要具有以下特征： (1)可以单电源供电，使用9V叠层电池，有助于仪表的小型化。 (2)芯片中包括异或门输出电路，并且可以直接驱动LCD显示器。 (3)功耗低。 芯片本身的消耗电流只有1。 8毫安，功耗约16mW。 (4)输入阻抗极高，输入信号没有衰减作用。 (5)可以通过内部模拟开关自动调整零和，实现自动显示极性的功

5、能。 (6)噪音低，失调温度计和增益温度计小。 具有良好的可靠性，长寿命(7)单元整体的组装方便，不需要追加有源元件，能容易地进行功能检查。 场景2:主要设备包括芯片ICL7107和公共阳极半导体数字代码LED。 关键字： A/D转换器芯片ICL7107共阳极半导体数字码管LED图2是方案2的简单原理方框图。 本方案的主要特征在于，(1)能够直接驱动共用阳极的LED显示器，不需要追加驱动装置，能够简化整体的布线。 (3)采用5v和-5v的电源供给。 (4)LED是电流控制设备，采用3 1/2位数字仪表的直流驱动方式，芯片本身的功耗小。 (5)显示亮度高。 方案3:主要设备由芯片MC14433和

6、公共阴极半导体数字代码LED组成。 MC14433是美国摩托罗拉生产的单片3？ 是适合配置带BCD代码输出的3的位A/D转换器吗？ 位LED显示数字电压表，是目前普遍使用的低速A/D转换器。 MC14433的性能特征： (1)MC14433是CMOS大规模集成电路，转换精度为0.05%。 内置时钟振荡器，只需外置振荡电阻。 得到超范围(OR )、低范围(UR )信号，自动范围切换变得容易。 可以增加读数保持(HOLD )功能。 电压范围分为200mV、2V，最大显示值分别为199.9mV、1.999V。 范围和基准电压为1:1的关系，UM=UREF。 (2)需要外部的段、位驱动器，采用动态扫描

7、显示方式，通常选定公共阴极LED数管。 (3)有多调制的BCD码输出，可以直接混合P来构成智能仪表。 (4)工作电压范围为4.5 V8V，标准值为5V，功耗约为8mW。 3.23.2系统块系统块本论文设计的电压表为3位半直流电压测量的数字电压表，测量范围为直流0200V。 电压值的显示稳定，容易读取，可以自动切换范围，使用方便。 系统框图(图1 )。 本系统分为测试电压转换、模拟电压通道、数据电压通道(A/D转换和解码锁存器)、数字显示、小数点驱动电路5个部分。图1的系统框图系统框图图4.4 .程序设计框图和工作原理程序设计框图和工作原理4.14.1工作原理ICL7107是双积型A/D转换器，

8、A/D转换器的模拟部分电路，如缓冲器、积分器、电压比较器、正负电压参照源和模拟数字电路部分，例如振荡源、计数器、锁存器、解码器、驱动器和控制逻辑电路等，只需外接少量的电阻、电容元件和显示设备，就能完成从模拟到数字的转换，满足设计要求。 表明稳定的读取和测量反应速度快是本设计的关键。 ICL7107的一个周期使用4000计数的脉冲时间作为A/D转换的一个周期时间，按每个周期分为自动调零(AZ )、信号积分(INT )、逆积分(de )三个阶段。 内部逻辑控制电路反复产生AZ、INT、de等3个阶段的控制信号，适当地指示计数器、锁存器、解码器等的协调动作，并输出与输入信号相应的数值。 在所输入模拟

9、的数值在其内部的数值中与计数值t相等，即VIN的数值=T的数值或Vin=Vref(T/1000 )式中，1000是积分时间(1000脉冲周期)，t是逆积分时间(在满意度的情况下为2000 )。 ICL7107ICL7107引脚排列：的引脚排列：引脚1和26为ICL7107的正和负。 COM是模拟信号的公共端，简称为模拟，请与IN-、UREF-短路使用。 TEST是测试端子，该端子经由内部的500的电阻与数字电路的公共端子(GND )连接，因为两者为同电位，所以也称为数字地。 这一端有两个功能：测试指示，将其连接到u上时，LCD显示所有的笔段1888，作为能在显示器上检查笔段有无缺陷的数字使用在

10、外部驱动器上，构成小数点和标记的显示电路。 a1g1、a2g2、a3g3、b4分别是个位、十位、百位、千位段驱动端，与LCD的相应段电极连接. 千位b、c段在LCD内部连通。 当计数值N1999时，显示器溢出，只显示千位数“1”，剩馀的位数消失，表示仪表的溢出(溢出)。 POL是负极性指示的驱动端。 BP是LCD背面的公共电极的驱动端，简称“背电极”。 OSC1OSC3是时钟振荡器的端子，外部电阻元件可以构成2级反相器式的电阻振荡器。 UREF、UREF-分别是基准电压的正、负端子，用芯片内的U -COM之间的2.8V基准电压源分压后，可以提供必要的UREF值，也可以选择外基准。 CREF、C

11、REF-是外置基准电容器端。 IN、IN-是模拟电压的正、负输入端。 CAZ端子自动调整零电容器。 BUF是缓冲放大器的输出端，连接积分电阻RINT。 INT是积分器的输出端，是积分电容CINT。 虽然ICL7106的数字接地(GND )未被引出，但是可将测试端子(TEST )视为数字接地，其端子电位约等于电源电压的一半。 4.24.2 ICL7107的工作原理ICL7107的内部包含模拟电路和数字电路的大部分，两者相关联。 另一方面，控制逻辑生成控制信号，在预定的定时接通或断开多重模拟开关，保证正常进行A/D转换，另一方面，模拟电路的比较器输出信号控制数字电路的动作状态和显示结果。 介绍各部

12、分的工作原理。 (1)模拟电路)模拟电路如图2所示，由2积分式A/D转换器构成。 主要由2.8V基准电压图2 ICL7107的模拟电路源(E0 )、缓冲器(A1 )、积分器(A2 )、比较器(A3 )和模拟开关等构成。 缓冲器A4经设计以提高COM侧的负载能力，且可认为数字万用表的电块、二极管块、hFE块提供便利的条件。 该转换器具有转换精度高、抗串行模式干扰、电路简单、成本低等优点，适用于低速模式/数字转换。针对每个变换周期，分为自动调零(AZ )、正方向积分(INT )、反方向积分(DE )三个阶段，按AZINTDEAZ的顺序循环。 计数脉冲的周期为TCP，每个测量周期需要4000TCP。

13、 但是，正方向积分时间是一定的，T1=1000TCP。 如果将T1=1000TCP、UREF=100.0mV代入上述式的N=10UIN或者UIN=0.1N (2-2)，并将小数点设定为10位，则能够直接读取结果。 在全范围内显示N=2000，此时UM=2UREF=200mV，仪表显示超范围符号“1”。 要测量2V以上的直流电压，必须用精密电阻分压器使UIN衰减。 积分电阻应该采用金属膜电阻，积分电容最好选择绝缘性好、介质吸收系数小的聚苯乙烯电容或聚丙烯电容。 为了增加仪表对交叉模式干扰的抵抗力，前向积分时间(也称为采样时间) T1必须是商用频率周期的整数倍。 我国采用50Hz交流电网，其周期为

14、20ms，在T1=n20(ms) (2-3)式中，n=1、2、3、 例如，在n=2、4和5的情况下，T1=40ms、80ms和100ms，因此能够有效地抑制50Hz干扰。 这是因为积分过程起到了平均的作用，如果干扰电压的平均值为零，就不会对积分器输出产生影响。 但是，为了避免测量速度过低，也不要增大n的值。 图3 ICL7107外围电路图(2)数字电路)数字电路数字电路图如图4所示。 主要由8个单元构成：时钟振荡器分频器计数器锁存器解码器异或门相位驱动器控制逻辑LCD监视器。 时钟振荡器由ICL7106内部的反相器F1、F2和外部电阻元件r、c构成。 如果R=120k，C=100PF，则f0=40kHz。 f0在4分钟后得到计数频率fCP=10kHz，即TCP=0.1ms。 此时测定周期T=16000T0=4000TCP=0.4s，测定速率为2.5次/秒。 f0也进行800分频，通过图4的4 ICL7107的数字电路得到50Hz的方形波电压，与LCD的背电极BP连接。 LCD必须采用交流驱动方式，笔段电极ag和背电极BP为同电位时不显示，两者有一定