楊海燕畢業(yè)論文

1、 畢業(yè)設(shè)計（論文） 課題三位半數(shù)字電壓表頭設(shè)計類 別¡畢業(yè)設(shè)計說明 ¤畢業(yè)設(shè)計論文系 科電子工程系專 業(yè)¤應(yīng)用電子技術(shù) ¡應(yīng)用電子技術(shù)/應(yīng)用英語¡電氣自動化技術(shù) ¡電氣自動化技術(shù)/市場營銷¡計算機應(yīng)用技術(shù) ¡計算機應(yīng)用技術(shù)/廣告設(shè)計與策劃班 級姓 名完成日期指導(dǎo)教師三位半數(shù)字電壓表設(shè)計摘要本設(shè)計采用集成芯片ICL7107作為數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換及鎖存和譯碼模塊，使得電路具有設(shè)計簡單、集成度及可靠性高的特點。ICL7107采用大電流反相輸出，靜態(tài)驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管，由±5V雙電源供電，顯示亮度高但耗電

2、較大，適合制作小型的三位半數(shù)字電壓表。該系統(tǒng)設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)0199mV、01.99V、019.99V、0199.9V、01999.9V,共五個量程電壓值的測量。做成電路板，進行了測試，可以得到了良好的測試結(jié)果。 關(guān)鍵詞： ICL7107 數(shù)字電壓表 A/D轉(zhuǎn)換 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 目錄 摘要IAbstractII目錄.III引言11 三位半數(shù)字電壓表概述21.1 三位半數(shù)字電壓表特點.22 三位半數(shù)字電壓表電路結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)框圖32.1 電路的基本結(jié)構(gòu)32.2 電路的系統(tǒng)框圖32.3 表頭電路42.4 量程設(shè)計53 主要元器件介紹53.1 ICL7107的介紹53.2 ICL7107的性能特點73.3 ICL7107功能檢查表74 用protel99繪制電路原理94.1三位半數(shù)字電壓表原理圖94.2 電路原理圖分析95 電路板的焊接105.1 焊接的注意事項105.

6、2 焊接過程106 電路調(diào)試過程116.1 調(diào)試前工作116.2 電路總體調(diào)試116.3 使用注意事項11總結(jié)12參考文獻- 1 -致謝- 2 -附錄- 3 -引言隨著社會的發(fā)展,電子市場已經(jīng)越來越多，電子產(chǎn)品也越來越普遍，一些高科技的電子產(chǎn)品已經(jīng)代替了一些舊的產(chǎn)品。在模數(shù)混合系統(tǒng)設(shè)計中，對模擬信號的采樣一般是使用專門的A/D轉(zhuǎn)換器，和專門的譯碼鎖存電路把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。但這樣使系統(tǒng)的設(shè)計電路比較復(fù)雜，用到集成芯片比較多，給設(shè)計帶來不便。為了克服這些缺點，這次設(shè)計中采用了高集成度芯片ICL7107作為對模擬信號的采樣，使設(shè)計更簡單，可靠性得到提高。在數(shù)字電路和顯示技術(shù)中，為了實現(xiàn)數(shù)字顯

7、示，需要把連續(xù)變化的模擬量變換成數(shù)字量，這種變換就是A/D轉(zhuǎn)換。為了使模擬量變換成數(shù)字量，必須經(jīng)過取樣、量化過程。量化單位越小，整量化的誤差就越小，數(shù)字量就越接近連續(xù)量本身的值數(shù)字儀表的發(fā)展趨勢有一下幾點：一是廣泛采用新技術(shù)，不斷開發(fā)新產(chǎn)品。二是廣泛應(yīng)用新工藝。三是多重顯示儀表。四是提高安全性。 五是操作簡單化。數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter）簡稱DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，以十進制數(shù)字形式顯示被測電壓值的儀表。目前，由各種單片A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量。1 三位半數(shù)字電壓表概述 1.1 三位半數(shù)字電壓表特點我們所設(shè)計的電壓表是一個三位半數(shù)字

8、電壓表，測量范圍為直流：0199mV、01.99V、019.99V、0199.9V、01999.9V，共五個量程。電壓值顯示穩(wěn)定，讀數(shù)方便，能測量正負電壓且能切換量程使用方便。它還有超量程、欠量程的功能，當(dāng)超量程時，A/D轉(zhuǎn)換器呈溢出狀態(tài)，這時高位顯示為1，其他低位不顯示；當(dāng)欠量程時，最高位和次高位顯示的數(shù)為0。當(dāng)有兩種情況中的一種時，將量程用大一量程，如此循環(huán)直至切換到適當(dāng)量程。其他特點如下： 顯示清晰直觀，讀數(shù)準確 數(shù)字電壓表則采用先進的數(shù)顯技術(shù)，使測量結(jié)果一目了然，只要儀表不發(fā)生跳數(shù)現(xiàn)象，測量結(jié)果就是惟一的，能縮短讀數(shù)和記錄的時間。 顯示位數(shù) 顯示位數(shù)通常為3位8位。 準確度高 準確度是

9、測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機誤差的綜合。它表示測量結(jié)果與真值的一致程度，也反映了測量誤差的大小，準確度愈高，測量誤差愈小。數(shù)字電壓表的準確度遠優(yōu)于模擬式電壓表。 分辨率高 數(shù)字電壓表在最低電壓量程上末位1個字所代表的電壓值，稱做儀表的分辨力，它反映儀表靈敏度的高低。分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。數(shù)字電壓表的分辨力指標(biāo)亦可用分辨率來表示。分辨率是指所能顯示的最小數(shù)字（零除外）與最大數(shù)字的百分比。實際上分辨力僅與儀表顯示位數(shù)有關(guān)，而準確度則取決于A/D 轉(zhuǎn)換器等的總誤差。 測量范圍寬 多量程DVM一般可測01999V直流電壓(6) 擴展能力強 在數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上、還可擴展成各種通用及專用數(shù)字儀表、數(shù)

10、字多用表（DMM）和智能儀器，以滿足不同的需要。 測量速率快 數(shù)字電壓表在每秒鐘內(nèi)對被測電壓的測量次數(shù)叫測量速率，單位是“次秒”。它主要取決于A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率，其倒數(shù)是測量周期。集成度高，微功耗2 三位半數(shù)字電壓表電路結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)框圖2.1 電路的基本結(jié)構(gòu)圖1 三位半數(shù)字電壓表電路結(jié)構(gòu)框圖3(1/2)位A/D轉(zhuǎn)換器是采用芯片ICL7107，是專門為驅(qū)動LED顯示器而設(shè)計的3(1/2)位雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器。是整個電路的核心部件，完成模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的任務(wù)。基準電壓源提供A/D轉(zhuǎn)換參考電壓。譯碼驅(qū)動器將BCD碼轉(zhuǎn)換成七段供LED發(fā)光管顯示信號顯示器將譯碼器輸出的七段信號進行數(shù)字顯示。2.

11、2 電路的系統(tǒng)框圖圖2 電路系統(tǒng)框圖A/D轉(zhuǎn)換及鎖存和譯碼模塊。選用芯片ICL7107，它是雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，還集成了A/D轉(zhuǎn)換器的模擬部分電路，如緩沖器、積分器、電壓比較器、正負電壓參考源和模擬開關(guān)，以及數(shù)字部分如這振蕩源、計數(shù)器、鎖存器、譯碼器、驅(qū)動器和控制邏輯電路等，使用時只需接少量電阻、電容元件和數(shù)碼管，就可以完成模擬信號與數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換。待測電壓轉(zhuǎn)換模塊。待測電壓作為電壓表的測量對象，必須滿足下一級的輸入要求。模擬電壓通道模塊。該模塊主要作用是將分壓后的待測電壓輸送給A/D，能根據(jù)不同待測電壓選擇最適當(dāng)?shù)姆謮褐禉n位，采用模擬開關(guān)通道，其體積小，工作穩(wěn)定，開關(guān)通道較多。超、欠量

12、程識別模塊。當(dāng)超量程時，A/D轉(zhuǎn)換器呈現(xiàn)溢出狀態(tài)，這是只有千位顯示“1”，其余位不顯示；當(dāng)欠量程時，千位和百位都顯示“0”。當(dāng)有兩種情況中的一種時，則將量程選用大一級量程，如此循環(huán)直至切換到適當(dāng)量程。2.3 表頭電路圖3 表頭電路2.4 量程設(shè)計圖4 量程電路 量程電路的設(shè)計的作用是將分壓后的待測電壓輸送給A/D，能根據(jù)不同待測電壓選擇適當(dāng)?shù)姆謮褐禉n位。3 主要元器件介紹3.1 ICL7107的介紹 ICL7107是專為驅(qū)動LED顯示器而設(shè)計的3（1/2）位雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器。圖5 ICL7107芯片引腳電路引腳功能介紹U+、U- 分別接5V電源的正、負端。COM 模擬信號的公共端，簡稱“模

13、擬地”，通常將IN+、Uref-端與COM端短接。TEST 測試端。該端有兩個功能：作為測試指示，將它接U+時數(shù)碼管顯示全部筆段1888、可檢查顯示器有無筆段損壞；作為數(shù)字地供外部驅(qū)動器使用，已構(gòu)成小數(shù)點標(biāo)識符的顯示電路。a1g1、a2g2、a3g3、bc4 分別為個位、十位、百位、千位的筆段驅(qū)動端，接至數(shù)碼管相應(yīng)的筆段電極。b、c段在數(shù)碼管內(nèi)部連通。當(dāng)計數(shù)值N1999時顯示器溢出，僅千位顯示“1”，其余位不顯示。POL 負極性指示輸出端，當(dāng)POL端輸出的方波與背電極方波相反時，顯示負號。OSC1OSC3 時鐘振蕩器的引出端，外接阻容元件可構(gòu)成兩級反相式阻容振蕩器。Uref-、Uref+ 分別

14、為基準電壓的正、負端。Cref+、Cref- 外接基準電容端。IN+、IN- 模擬電壓輸入端，分別接被測電壓的正端和負端。Caz 接自動調(diào)零電容端，該端在芯片內(nèi)部接至積分器和比較器的反相輸入端。BUF 緩沖放大器的輸出端，接積分電阻。INT 積分器的輸出端，接積分電容。GND 接地端。 3.2 ICL7107的性能特點能直接驅(qū)動共陰極LED顯示器，不需要另加驅(qū)動電路和限流電阻，使整機電路得到簡單化。第21腳（GND）為數(shù)字地，第37 腳（TEST）經(jīng)內(nèi)部電阻與GND接通。采用±5V雙電源供電，GND端需要接電源中點（0V）。ICL7107本身的功耗低于15mV（不包括顯示器）,最大靜

15、態(tài)電流為1.8mA。段驅(qū)動電流的典型值為8mV，最小值為5mA。芯片內(nèi)部無小數(shù)點驅(qū)動信號，使用時間可將共陰極數(shù)碼管的公共端接U-，當(dāng)小數(shù)點經(jīng)過幾百歐姆的限流電阻接至GND時，該小數(shù)點發(fā)光；小數(shù)點位置可以固定，也可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇。3.3 ICL7107功能檢查表 ICL7107芯片功能檢查電路如下圖所示。圖中S是單刀四轉(zhuǎn)換開關(guān)，SB是按鈕開關(guān)。圖6 芯片引腳功能電路檢查步驟如下（儀表滿量程為200mV） 檢查零輸入時的顯示將IN+ 與 IN-端短接，使Uin=0，儀表應(yīng)顯示“00.0”。 檢查比例讀數(shù)將IN+與 Uref+端短接，使Uin=Uref=100.0mV.儀表應(yīng)顯示“100.0”，

16、允許有±1給字的誤差。 檢查正信號溢出功能將IN+ 與U+端（+5V）短接，使Uin=+5V+199.9Mv。此時數(shù)碼管應(yīng)顯示千位上的“1”，其他位不顯示。 檢查負信號溢出功能將IN+ 與U-端（-5V）短接，使Uin=-5V。因為+199.9Mv。此時數(shù)碼管應(yīng)顯示負號和千位上的“1”，其他位不顯示。 檢查全亮筆段將TEST端與U+端短接，LED顯示器應(yīng)出現(xiàn)“1888”（不顯示小數(shù)點），全部筆段放光。操作時只需按下SB，即可將TEST與U+短路。表1 ICL7107的功能檢查內(nèi)容檢查內(nèi)容檢查方法顯示值開關(guān)位置被短接的管腳負號千位百位十位個位01IN+ - IN-XX0001002IN

17、+ - Uref+X1000±1正信號溢出3IN+ - U-X1XXX負信號溢出4IN+ - U-1XXX1888按下SBTEST - U+X18884 用protel99繪制電路原理 4.1三位半數(shù)字電壓表原理圖圖7 三位半數(shù)字電壓表原理圖4.2 電路原理圖分析 ICL7107芯片的量程有兩檔：200mV和2.00V。本電路所選量程為200mV檔。 200mV量程，要求R1=10K,R4=47K,C4=0.47u. OSC1、OSC2、OSC3為時鐘振蕩器的外接端子，時鐘振蕩器由集成電路內(nèi)部的兩個反相器和外接阻容元件組成，振蕩頻率為 Fo=0.455/R1C1=40khz電路采樣速

18、率為 MR=fo/1600 =40*1000/1600次/秒=2.5次/秒 Cref+和Cref-為基準電容端，一般將基準電容C2取值為0.1u 輸入端IN+和IN-一般接一個阻容濾波器R3C3. Caz,BUF,INT組成積分電路。電路的積分電阻R4取值為47K接BUF端，積分電容C5為0.22u接INT端，自動調(diào)零電容C4為0.47u接Caz端。5 電路板的焊接5.1 焊接的注意事項 防止觸電，勿要燙傷人、電源線及衣物等。 電烙鐵的溫度和焊接的時間要適當(dāng)，焊錫量要適中，不要太多。 烙鐵頭要同時接觸元件引腳和線路板，使二者在短時間內(nèi)同時受熱達到焊接溫度，以防止虛焊。 不可以將烙鐵頭在焊點上來

19、回移動，也不可以用烙鐵頭向焊接腳上刷錫。 對有極性的元件，焊接過程中切勿將極性弄錯。5.2 焊接過程 焊前準備 首先要熟悉所焊電路板的電路圖，并按圖紙配料，檢查元器件型號、規(guī)格及數(shù)量是否符合圖紙要求，并做好裝配前元器件引線成型等準備工作。 焊接順序元器件裝焊順序依次為：電阻器、集成電路插槽、發(fā)光二極管，即元器件應(yīng)為先低后高。 焊接方法 將加熱好的電烙鐵與電路板成45度角，同時接觸焊接點和被焊元件腳12秒，再將焊錫絲觸致焊接點與元件引腳上，使焊錫溶后順著被焊接元件腳流至焊點上形成一個圓錐狀，這時抬起電烙鐵。焊好后要等焊錫完全凝固才可移動元件。 焊接后事宜對焊好的電路板進行檢查，保證其光滑、清潔；

20、有無錯焊、漏焊、虛焊、橋連等。6 電路調(diào)試過程6.1 調(diào)試前工作對電路板調(diào)試前要檢查其正確性，有無短路、錯誤等問題，確保電路無誤才可以進行通電調(diào)試。首先要分開調(diào)試對各個部分的電路進行調(diào)試即對每個芯片進行調(diào)試在確定正確后在進行總的調(diào)試，這樣可以保證不會出現(xiàn)混亂，如果有錯誤也好對其進行檢查。6.2 電路總體調(diào)試 調(diào)試儀器可調(diào)直流電源，可調(diào)范圍：02000V；萬用表。 調(diào)試方法用該表測量一電壓，在用萬用表測量；自動切換量程調(diào)試：首先用大于200mV的電壓測量；然后調(diào)節(jié)電源電壓到比該值小一量程的電壓進行測量，觀察是否正常測量。6.3 使用注意事項 量程的設(shè)計由ICL7107構(gòu)成的三位版數(shù)字電壓表基本量

21、程為200mV。如果需要改裝成2V的量程，應(yīng)改變基準電壓分壓電阻、自動調(diào)零電容和積分電阻的數(shù)值，其余元件數(shù)值不變。 積分電容的選擇數(shù)字電壓表對積分電容的質(zhì)量要求較高，因為它直接關(guān)系到積分的準確度。對積分電容主要有以下幾個要求：漏電阻高，（或漏電時間常數(shù)大），損耗角正切值??；介質(zhì)吸收系數(shù)小，介質(zhì)吸收系數(shù)表示電容器在放電1S后的殘余電壓與充電電壓的百分比。總結(jié)畢業(yè)設(shè)計是對三年來所學(xué)知識的一個總結(jié)，也是對我們的一個考驗。通過畢業(yè)設(shè)計可以提高我們的動手能力，我們可以從中學(xué)到不少有用的東西。本設(shè)計的課題是三位半數(shù)字電壓表，在設(shè)計時首先是要畫出原理圖，在確定了原理圖之后再在實驗箱上進行調(diào)試。在調(diào)試過程中也

22、遇到了不少的問題，不過經(jīng)過我們的努力還是順利完成了。通過為期兩個月的畢業(yè)設(shè)計，使我們的基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)知識均得到了切實的鞏固，同時提高了我們獨立思考問題和分析解決問題的能力。在理論知識方面，我們把三年來所學(xué)的專業(yè)知識進行了進一步的強化和鞏固。另外通過大量的查閱資料，增強了自已的能力，拓寬了知識面。在實踐方面，利用學(xué)校給我們創(chuàng)造的有利條件，自已動手，安裝電路，并調(diào)試成功。參考文獻1.楊寶清、宋文貴.實用電路手冊. 北京:機械工業(yè)出版社.2002.52.楊碧石. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京:電子工業(yè)出版社,2006.13.趙慧. Protel99 SE原理圖與PCB及仿真. 北京:機械工業(yè)出版社,

23、2004.24.趙淑范、王憲偉.電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計. 北京:清華大學(xué)出版社,2006.85.沙占友.新型數(shù)字電壓表原理及應(yīng)用. 北京: 機械工業(yè)出版社,2006.16.蔣璇，藏春華.數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與PLD應(yīng)用. 北京：電子工業(yè)出版社，20057.侯伯亨.現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20048.蔡明生.電子設(shè)計. 北京：高等教育出版社，2004致謝首先感謝我的指導(dǎo)老師陳老師。在我們的畢業(yè)設(shè)計中，由于在焊電路時出現(xiàn)問題導(dǎo)致我在調(diào)試過程中總是遇到很多麻煩，但是老師總是面帶笑容的講解給我聽，在他的細心指導(dǎo)下，我克服了很多困難。他平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從查閱資料，熟悉設(shè)計制作中的控件，任務(wù)計劃的確定和修改，調(diào)試過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。陳老師的專業(yè)知識水平讓我很敬佩，但他的治學(xué)嚴謹和專研的精神也是我永遠追求學(xué)習(xí)的榜樣。再次還要感謝與我同組的孫燕鴻同學(xué)，如果沒有她的熱心幫助，我也很難完成這次作業(yè)，在本次設(shè)計中勤奮努力，幫助我克服了許多困難，并承擔(dān)了一部分的工作量。如果沒有她的幫忙，我將很難完成畢業(yè)設(shè)計，她的細心鉆研與勤奮的學(xué)習(xí)勁頭永遠是我學(xué)習(xí)的榜樣。最后感謝所有幫助過我的老師和同學(xué)，正因為有你們的細心指導(dǎo)與熱心幫