毕业设计（论文）-数字电压表设计.doc

引言 科学技术的发展为测量仪器、仪表提供了新原理和新技术以及新型的元、器体，同时又对测量仪表提出了更新、更高的要求。数字电压表就是在精密电测量技术、计算技术、自动化技术和电子技术的基础上产生和发展起来的。 数字式仪表是能把连续的被测量自动地变成断续的、用数字编码方式的、并以十进制数字自动显示测量结果的一种测量仪表。这是一种新型仪表，它把电子技术、计算技术、自动化技术的成果与精密电测量技术密切的结合在一起。成为仪器、仪表领域中独立而完整的一个分支。 数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的模拟式仪表必须借助于指针和刻度盘进行读数，在读数过程中不可避免的会引入人为的测量误差。数字电压表则采用先进的数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳读现象，测量结果就是唯一的。显示清晰直观，读数准确准确度高分辨率高测量范围宽扩展能力强测量速度快输入阻抗高集成度高，微功耗抗干扰能力强采用新技术、新工艺，由LSI和VLSI构成的新型数字仪表及高档智能仪器的大量问世，标志着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先河。A/D转换器的转换速度较慢，一般在每秒十几次以内，但它同时具有工作性能稳定和抗干扰能力强的突出优点，对于一般对转化速度要求不高的数字电压表来说是较理想的选择。 以下是选用不同双积分A/D转换器的方案比较： 方案一：采用双积分型A/D转换器MC14433，它有多路调制的BCD码输出端和超量程输出端，采用动态扫描显示，便于实现自动控制。但它只有24个管脚，芯片只能完成A/D转换功能，要实现显示功能还需配合其它驱动芯片等，这使得整部分硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作，同时也增加了调试的难度。 方案二：采用双积分A/D转换器ICL7107/ ICL7106，它是COMS大规模集成芯片，将模拟电路和数字电路集成在一个有40个功能端的电路内，包含了A/D转换、逻辑控制、译码驱动等电路，能直接输出7段译码信号，只需再外接少量元件就能组成三位半数字电压表。电路设计简单，电路板布线不复杂，便于焊接、调试。除了一个接地脚外，ICL7106芯片的功能管脚与ICL7107完全相同，两者不同在于：ICL7106驱动LCD液晶显示器，而ICL7107驱动LED数码管。 通过比较可知，方案一的电路设计会较为复杂，除了MC14433外，产生基准电压和驱动LED数码管也还需要不同的芯片，例如MC1403、集成电路驱动器MC1413、7段译码显示驱动器CC4511。模数电路的设计要慎重考虑元器件和线路之间的干扰问题，因为干扰所带来的误差将会对电压表的测量准确度产生很大的影响，给电路调试带来困难。综上所述，决定采用方案二的ICL7107芯片，LED数码管显示。 2 三位半数字电压表电路设计 2.1 电路原理图及原理说明 图 2.1 三位半数字电压表原理图 电路图如图2.1所示。直流电压源输入+5V模拟信号，通过ICL7660转化出一个-5V电压，驱动芯片电路工作。ICL7107完成3 1/2位数字A/D转换，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、自动调零功能等满量程输入信号为DC±199.9mV(也可以通过改变积分电阻电容的数值成为满量程 DC±1.999V和DC±19.99V)由于表头的分辨V ，容易受到温度漂移的影响，因此，中的基准电压温度漂移优于50ppm的 TL431 产生，使表头的总温漂优于100ppmA/D转换器相继出现。ICL7107是目前广泛应用于数字测量系统的一种3 1/2位A/D转换器，它采用的是双积分原理完成A/D转换，全部转换电路用COMS大规模集成电路技术设计，具有功耗低、精度高、功能完整、使用简单等特点，是一种集三位半A/D转换器、段驱动器、位驱动器于一体的大规模专用集成电路，其主要特点为： (1)能够直接驱动共阳极LED数码管，不需要另加驱动电路和限流电阻。 (2)采用±5V双电源供电。 (3)功耗小于15mW，最大静态电流为1.8mA。 (4)段驱动电流的典型值为8mA，最小值为5mA。 (5)显示器可采用7段共阳极数码管。 ICL7107采用DIP-40封装，管脚排列如图2.2所示。各管脚功能如下： VCC、VSS分别为电源的正、负端。COM：模拟信号的公共端，简称“模拟地”，使用时通常将该端与输入信号的负端、基准电压的负端短接。TEST：测试端，此端有两个功能，一是做“测试指示”，将它与短接后，LED显示器显示全部笔画l888，据此可确定显示器有无笔段残缺现象；第二个功能是作为数字地供外部驱动器使用，构成小数点、标志符显示电路。al-g1、a2-g2、a3-g3分别为个位、十位、百