課程設(shè)計(jì)報(bào)告-直流數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)

　　內(nèi)容摘要

　　伴隨著電子技術(shù)科學(xué)的發(fā)展，電子測(cè)量技術(shù)已成為廣大電子技術(shù)工作者必須掌握的一門科學(xué)技術(shù)，同時(shí)對(duì)測(cè)量的精度和功能的有著更高的要求。電壓是電子測(cè)量的一個(gè)主要參數(shù)，由于電壓測(cè)量在電子測(cè)量中的普遍性與重要性，因此對(duì)電壓測(cè)量的研究與設(shè)計(jì)有著非常重要的意義。本次設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為三檔直流電壓表。在設(shè)計(jì)過(guò)程中由于第一次接觸這種芯片，對(duì)該芯片不是很熟悉，我們參閱了大量前人的設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用A / D轉(zhuǎn)換器ICL7107構(gòu)建了一個(gè)直流數(shù)字電壓表。本設(shè)計(jì)首先簡(jiǎn)要介紹了設(shè)計(jì)電壓表的主要方式，然后詳細(xì)介紹了直流數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)流程和芯片的工作原理，本設(shè)計(jì)中我們展示了兩種方案，手動(dòng)換擋的自動(dòng)換擋，在各方案中也給出了兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)也給出了硬件電路的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，包括各部分電路的走向、芯片的選擇以及方案的可行性分析等。

　　關(guān)鍵字：ICL7107芯片，數(shù)字電壓表，A\D轉(zhuǎn)換，比較器，CC4006雙向模擬開關(guān)。

　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求

　　2.1設(shè)計(jì)目的

　　1、掌握雙積分A/D轉(zhuǎn)換的工作原理和集成雙積分A/D轉(zhuǎn)換器件的設(shè)計(jì)方法

　　2、掌握常用數(shù)字集成電路的功能和使用

　　2.2設(shè)計(jì)要求

　　1. 設(shè)計(jì)直流數(shù)字電壓表

　　2. 直流電壓測(cè)量范圍：

　　0V~1.999V，0V~19.99V，0V~199.9V。

　　3. 直流輸入電阻大于100kΩ。

　　4. 畫出完整的設(shè)計(jì)電路圖，寫出總結(jié)報(bào)告。

　　5. 選做內(nèi)容：自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換。

　　設(shè)計(jì)思路和方案選擇

　　3.1設(shè)計(jì)思路

　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求和功能，我們考慮了多種可行性方案。但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中，小數(shù)點(diǎn)的點(diǎn)亮電路的設(shè)計(jì)遇到了很大的麻煩。

　　方案1：主要器件由芯片ICL7107和共陽(yáng)極半導(dǎo)體數(shù)碼管LED，其中換擋電路用的是分壓原理，將電阻串聯(lián)起來(lái)，不同的電阻端就是不同的檔位。小數(shù)點(diǎn)的點(diǎn)亮是直接吧小數(shù)點(diǎn)端直接接一個(gè)數(shù)字地， 然后用三個(gè)開關(guān)分別來(lái)控制換擋時(shí)小數(shù)點(diǎn)的亮滅。

　　該方案特點(diǎn)：該方案小數(shù)點(diǎn)電路用的時(shí)直接接數(shù)字地的方法利用開關(guān)控制，換擋時(shí)也是通過(guò)手動(dòng)控制來(lái)完成，這種方案電路簡(jiǎn)單、清楚易懂，同時(shí)測(cè)量的誤差也很小，結(jié)果比較準(zhǔn)確，但是電路實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜，開關(guān)過(guò)于繁瑣，測(cè)量電路時(shí)不太方便。

　　方案2：考慮到直接使用直接吧小數(shù)點(diǎn)端鏈接到數(shù)字地上，使用開關(guān)來(lái)控制換擋時(shí)點(diǎn)亮小數(shù)點(diǎn)這種方案開關(guān)過(guò)多、換擋是過(guò)與繁瑣。在主要元器件沒(méi)有變的前提下，采用比較器來(lái)從換擋端取信號(hào)比較后接到共陽(yáng)極數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)端。但是該方案開始時(shí)，測(cè)量的電壓誤差明顯的增大，又通過(guò)一系列的調(diào)整和修改，最終通過(guò)參數(shù)的修改調(diào)整將測(cè)量誤差控制在理想范圍內(nèi)。

　　該方案特點(diǎn)：該方案測(cè)量時(shí)比上一個(gè)方便多了，小數(shù)點(diǎn)電路不用單獨(dú)控制，實(shí)現(xiàn)了小數(shù)點(diǎn)根據(jù)檔位的要求自動(dòng)點(diǎn)亮，測(cè)量誤差也比較小。當(dāng)最終沒(méi)有實(shí)現(xiàn)測(cè)量電路的自動(dòng)換擋，要通過(guò)手動(dòng)撥換檔位。

　　方案三：選用了LM324運(yùn)放和CC4066傳輸門，在通過(guò)方案二的修改后，小數(shù)點(diǎn)的問(wèn)題基本解決了，想通過(guò)進(jìn)一步的改善實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。電路能根據(jù)測(cè)量電壓大小的不同，自動(dòng)選擇量程，點(diǎn)亮不同擋位時(shí)的小數(shù)點(diǎn)。其中換擋電路是通過(guò)COMS傳輸門和比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，先通過(guò)比較器比較輸出接到傳輸門的C端，當(dāng)輸出為高電平時(shí)傳輸門CC4066導(dǎo)通。

　　該方案特點(diǎn)：該方案很大程度提升了測(cè)量的方便性，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量的自動(dòng)化。自動(dòng)換擋，不用人工去撥動(dòng)開關(guān)。但該方案中，經(jīng)過(guò)我們的反復(fù)調(diào)試和修改后，比起前兩個(gè)方案這個(gè)方案的測(cè)量結(jié)果有點(diǎn)偏大。這次課程設(shè)計(jì)中我們吧方案二和方案三都做了，兩個(gè)方案都展示了。

　　工作原理

　　4.1 工作原理

　　1）、基本原理框圖

　　直流數(shù)字電壓表測(cè)量電路、雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換電路電路、數(shù)碼顯示電路和量程轉(zhuǎn)換電路組成，原理框圖如圖1 所示。

　　測(cè)量電路和量程轉(zhuǎn)換將寬范圍的輸入直流電壓變換為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸入電壓范圍的直流電壓，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，送數(shù)碼顯示電路顯示測(cè)量值。

　　雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是間接型ADC。它將取樣電壓轉(zhuǎn)換為與之成正比的時(shí)間寬度，在此期間允許計(jì)數(shù)器對(duì)周期脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的二進(jìn)制數(shù)就是取樣電壓對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。

　　圖2是雙積分ADC的電路原理圖。電路主要由積分器、比較器、計(jì)數(shù)器、JK觸發(fā)器和控制開關(guān)組成。由JK觸發(fā)器的輸出QS控制單刀雙置開關(guān)選擇積分器的輸入電壓。當(dāng)QS=0時(shí)，積分器對(duì)取樣電壓 做定時(shí)積分；當(dāng)QS=1時(shí)，積分器對(duì)基準(zhǔn)電壓-VREF做定壓積分。 與-VREF電壓極性相反，這里設(shè)取樣電壓 為正，則-VREF為負(fù)。