毕业设计（论文）-数字电压表设计

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1、桂林电子科技大学毕业设计（论文）用纸第27页共27页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DV

2、M，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。数字电压表具备了很多传统模拟仪表所不能相比拟的优势特点，例如：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；抗干扰能力强等等。采用新技术、新工艺，由LSI和VL

3、SI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。电压表作为电子仪器中极为常用的一种仪表，广泛应用于许多的测量场合，是数字化测量的最基本技能，有着重要的研究意义。桂林电子科技大学毕业设计（论文）用纸第27页共27页1设计思想数字电压表的位数是指完整显示位，即能够显示0-9十个数字的位。所谓三位半数字电压表，即只有3位完整显示位，而其最高位只能显示0或1，故称为半位。数字电压表一般由模拟电路与数字电路两大部分组成，模拟部分包括输入放大器、A/D转换器和基

4、准电压源；数字部分包括计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。其中，A/D转换器是数字电压表的核心部件。其基本组成如图1所示。图1数字电压表的组成框图1.1设计要求主要技术指标：直流电压测量范围（0～200）V；分为4档：200mV,2V,20V,200V；测量速度2～5次/秒；分辨率0.1mV；测量误差ｒ<±0.1%。主要功能要求：具有正、负电压极性显示，小数点显示，超量程显示，量程自动转换（可选，单片机实现）等功能。1.2方案比较和芯片选择本次设计预计采用纯硬件实现，A/D转换器作为电压表的核心部分，用

5、来完成最主要也最基本的模--转换功能，电压表的测量速度主要就取决于A/D转换器的转换速率。数字电压表的设计中使用的最为广泛的是双积分型A/D转换器。尽管双积分型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

6、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。除了桂林电子科技大学毕业设计（论文）用纸第27页共27页一个接地

7、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，L

8、ED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31/2位数字A/D转换，直接驱动LED数码管显示数字结果，芯片内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等；表头满量程输入信号为DC±19