四位半數(shù)字電壓表設計

吉林建工學院城建學院電氣信息工程系自動化專業(yè)課程設計論文紙..共NUMPAGES2第2頁.v.位數(shù)字電壓表[摘要]隨著電子科學技術、傳感技術、自動控制技術和計算機的開展，電阻、電壓、電流等數(shù)值的測量變得越來越常見，其中電壓的測量最為常見。傳統(tǒng)的指針式電壓表應經(jīng)無法滿足如今高精度的要求，數(shù)字電壓表的誕生很好地解決了這一問題。數(shù)字電壓表(DigitalVoltmeter)簡稱DVM,它是采用數(shù)字化測量技術，把連續(xù)的模擬量〔直流輸入電壓〕轉換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。且數(shù)字電壓表精度高，抗干擾能力強，可擴展性強，集成方便,讀數(shù)方便。目前由各種A/D轉換器構成的數(shù)字電壓表,已被廣泛應用于電子及電工測量，工業(yè)自動化儀表，自動測試系統(tǒng)等智能化測試領域，顯示出強大的生命力。與此同時，由DVM擴展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測量技術提高到站新水平。綜上所述，數(shù)字電壓表在現(xiàn)在及將來都會有廣闊的應用。[關鍵詞]：電壓測量數(shù)字電壓數(shù)碼管[關鍵字]:譯碼器ICL7135EMBEDEquation.3位數(shù)字電壓表的英文[Abstract]Fourindigitaldesignaform[Summary]Asthevoltagethetabledesigntheelectronicscienceandtechnology,andsensingtechnology,automaticcontroltechnologyandcomputertechnologydevelopment,anelectronicsurveybecometheworkersmustacquirethemeansofelectronics,precisionmeasurementandfunctionalrequirementsarehigherandhighermonolithicintegratedcircuitsascomputertechnologyhaveawideapplicationinindustry,intellectualizedinstruments,householdappliancesandelectronictoysandotherareas.thisarticleintroducedamonolithicintegratedcircuits89s52thenumbersmeasurethevoltageelectricalcircuitusedicl7135highprecision,twopointsadtransformingcircuit,adirectmeasurementrangeof0-±2000andlcd1601uselcdmodules,andinthepctotheserialcommunication.[Keywords]voltagemeasurementdisplayed目錄1緒論41.1國外數(shù)字電子開展概況41.2主要任務61.3設計容及要求61.4設計目的62數(shù)字電壓表根本組成原理及電路設計6數(shù)字電壓表根本原理及系統(tǒng)框圖63數(shù)字電壓表的硬件設計73.1四位半A／D轉換器ICL7135的功能簡介7ICL7135的原理83.1.27135主要特點8ICL7135的管腳說明93.2ICM7556的管腳說明113.374HC04功能簡介123.474LS47譯碼器簡介133.4.174LS47的管腳分布和說明143.4.274LS47原理153.5并行BCD碼的輸出153.6輸入濾波電路及負電源組成原理164調試要點及測試方法175致186參考文獻19附錄20緒論1.1國外數(shù)字電子開展概況數(shù)字技術是當前開展最快的學科之一，數(shù)字邏輯器件已從60年代的小規(guī)模集成電路〔SSI〕開展到目前的中、大規(guī)模集成電路〔MSI、LSI〕及超大規(guī)模集成電〔VLSI〕。相應地，數(shù)字邏輯電路的設計方法在不斷地演變和開展，由原來的單一的硬件邏輯設計開展成三個分支，即硬件邏輯設計〔中、小規(guī)模集成器件〕、軟件邏輯設計〔軟件組裝的LSI和VSI，如微處理器、單片機等〕及兼有二者優(yōu)點的專用集成電路〔ASIC〕設計。在電量的測量中，電壓，電流和頻率是最根本的三個被測量，其中電壓量的測量最為經(jīng)常。而且隨著電子技術的開展，更是經(jīng)常需要測量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓表成為一種必不可少的測量儀器。并且，有各種單片A/D轉換器構成的數(shù)字電壓表，已被廣泛應用于電子及電工測量，工業(yè)自動化儀表，自動測試系統(tǒng)等智能化測量領域，示出強大的生命力。與此同時，由DVM擴展而成的各種通用及專業(yè)數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測量技術提高到嶄新水平。

目前數(shù)字電子技術已經(jīng)廣泛地應用于計算機，自動控制，電子測量儀表，電視，雷達，通信等各個領域。例如在現(xiàn)代測量技術中，數(shù)字測量儀表不僅比模擬測量儀表精度高，功能高，而且容易實現(xiàn)測量的自動化和智能化。隨著集成技術的開展，尤其是中，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的開展，數(shù)字電子技術的應用圍將會更廣泛地滲透到國民經(jīng)濟的各個部門，并將產(chǎn)生越來越深刻的影響。電子技術特別是數(shù)字電子技術開展迅速，大大推動了信息技術的開展，電子技術的新理論、新器件、新技術不斷出現(xiàn)，對我們學生的能力提出更高的要求。隨著電子科學技術的飛速開展，技術的開展對科學技術、國民經(jīng)濟和國防各領域的日益深入的影響和滲透。單純從技術開發(fā)能力來講，國與國外差距并不大。從事手持設備應用系統(tǒng)開發(fā)的有關專家認為，中國的工科學生即使是普通大學的畢業(yè)生在技術素質上也不比國外同行差，所欠缺的只是實踐經(jīng)歷，只要稍加培訓即可。但同時也指出，由于中國制造商推出的產(chǎn)品技術含量低，價格低，因而利潤很薄，結果就沒有更多力量搞開發(fā)，于是又更加無法提高技術含量，要想開展就必須首先突破這一怪圈。1.2主要任務〔1〕將四位半的數(shù)字電壓表的元件焊在電板上，并進展調試，將四位半電壓表顯示與主機的電壓表顯示接近〔誤差要小，最好接近〕?！?〕了解各元件的作用，熟悉其用法。〔3〕了解四位半數(shù)字電壓表在生活中實際運用。1.3設計容及要求(1)測量圍是-1.9999~+1.9999V(2)有自動調零的功能〔5位全顯示0〕(3)在正常圍允許有+/-1個自號跳動。(4)組裝并調試四位半數(shù)字電壓表。(5)畫出數(shù)字電壓表電路原理圖與元器件布置圖，寫出設計說明書。1.4設計目的(1)理論與實踐相結合設計四位半數(shù)字電壓表。(2)掌握四位半數(shù)字電壓表的設計原理、組裝、焊接與調試方法。(3)了解，掌握，并能獨立調式設計四位半數(shù)字電壓表。以及各組成元件的使用和原理。(4)熟練使用萬用表的各個功能2.數(shù)字電壓表的根本組成原理及電路設計2.1數(shù)字電壓表根本原理及系統(tǒng)框圖數(shù)字電壓表的根本原理：該數(shù)字電壓表是按照普通應用電路而組合成為最根本的數(shù)字表頭，主要使用了其±2.0000V的直接測量功能。電路里采用74HC04組成-5V電壓產(chǎn)生電路，以及ICL7135需要的時鐘信號電路，省去了用戶使用雙電源供電的麻煩，只需要給表頭供電+5V就可以正常使用。小數(shù)點選擇電路是通過一個NPN型三極管，利用它的驅動源是選擇哪一位數(shù)碼管的位掃描驅動信號來到達對應使該位的小數(shù)點點亮的目的。根本質量的快速判別：送入+5V直流穩(wěn)壓電源〔小心：電源不能反接，否那么，頃刻之間可能令電壓表報廢！〕，屏幕上面應該顯示隨機數(shù)字，用金屬短路2個輸入端口〔Vin與GND〕，屏幕應該顯示±0000,〔允許有±1個字的變化〕，利用指針萬用表的X1Ω電阻擋，〔或者是一節(jié)1.5V電池〕，輸入到電壓表的信號輸入端口，屏幕應該顯示該電池的數(shù)字。例如：15034(具體應該以電池電壓為準〕，如果你需要選擇決定小數(shù)點的位置，可以通過選擇小數(shù)點來讓它顯示1.5034或者15.034等等。交換輸入信號的極性，應該有負號出現(xiàn)，顯示為-15034,〔允許有±1個字的翻轉誤差，人工無法修改，由芯片制作廠商決定此指標〕。－－經(jīng)過這么一輪測試，如果都沒有問題，表頭就可以準備使用了。校準測量精度：可以使用最簡單的方法校準，就是利用一只數(shù)字萬用表監(jiān)視著芯片第二引腳的電壓，微調多圈電位器，使讀數(shù)＝1.0000V,(允許±2個字)，然后，輸入一個信號電壓，用數(shù)字萬用表監(jiān)視，是否讀數(shù)一致，如果不一致，再仔細微調多圈電位器令其到達一致。校準后，可以用指甲油小許封住多圈電位器的微調螺釘，以防移位，之后，就可以投入正常使用了?！脖眍^已經(jīng)出品時校準在2V量程，基準＝1.0000V，±2個字〕。系統(tǒng)框圖如圖一所示：基準電壓 LED數(shù)碼顯LED數(shù)碼顯示電路ICL7135A/D驅動器輸入電壓譯碼器時鐘信號圖1系統(tǒng)框圖3.數(shù)字電壓表的硬件設計3.1LED及四位半A／D轉換器ICL7135的功能簡介

英文單詞的縮寫，主要含義：LED=LightEmittingDiode，發(fā)光二極管，是一種能夠將電能轉化為可見光的固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉化為光；LED=LargeElectronicDisplay，大型電子展示；LED=Lupuserythematosusdisseminatus，播散性紅斑狼瘡，一種慢性、特發(fā)性自身免疫病；led是lead的過去式和過去分詞，意為“領導，帶著〞；俄羅斯Pulkovo機場的IATA代碼。本詞條主要介紹發(fā)光二極管。

ICI7135是4位雙積分A/D轉換芯片,可以轉換輸出±20000個數(shù)字量,有STB選通控制的BCD碼輸出,與微機接口十分方便.ICL7135具有精度高(相當于14位A/D轉換),價格低的優(yōu)點.其轉換速度與時鐘頻率相關,每個轉換周期均有:自校準(調零),正向積分(被測模擬電壓積分),反向積分(基準電壓積分)和過零檢測四個階段組成,其中自校準時間為10001個脈沖,正向積分時間為10000個脈沖,反向積分直至電壓到零為止(最大不超過20001個脈沖).故設計者可以采用從正向積分開場計數(shù)脈沖個數(shù),到反向積分為零時停頓計數(shù).將計數(shù)的脈沖個數(shù)減10000,即得到對應的模擬量.圖1給出了ICL7135時序,由圖可見,當BUSY變高時開場正向積分,反向積分到零時BUSY變低,所以BUSY可以用于控制計數(shù)器的啟動/停頓.圖11CL7135時序3.1.1ICL7135的原理數(shù)字局部主要由計數(shù)器、鎖存器、多路開關及控制邏輯電路等組成。7135一次A/D轉換周期分為四個階段：1、自動調零〔AZ〕；2、被測電壓積分〔INT〕；3、基準電壓反積分〔DE〕；4、積分回零〔ZI〕。具體部轉換過程這里不做祥解，主要介紹引腳的使用。3.1.27135主要特點1在每次A/D轉換前，部電路都自動進展調零操作。2在±2000字〔2V滿量程〕圍，保證轉換精度±1字。3具有自動極性轉換功能。4輸出電流典型值1PA。5所有輸出端和TTL電路相容。6有過量程〔OR)和欠量程〔UR)標志信號輸出，可用作自動量程轉換的控制信號。7輸出為動態(tài)掃描BCD碼。8對外提供六個輸入,輸出控制信號(R/H,BUSH,ST,POL,OR,UR),因此除用于數(shù)字電壓表外,還能與異步接收/發(fā)送器,微處理器或其它控制電路連接使用。9

采用28外引線雙列直插式封裝，外引線功能端排列如下圖。ICL7135的管腳說明ICL7135為DIP28封裝,芯片引腳排列如圖2所示

圖21CL7135芯片引腳V-〔1腳〕——負電源端REFERENCE〔2腳〕—外接基準電壓輸入端ANALOGCOMMON〔三腳〕——模擬地INT〔4腳〕——積分器輸出，外接積分電容〔Cint)端AZ〔5腳〕——外接調零電容〔Caz)端BUFF〔6腳〕——緩沖器輸出，外接積分電阻〔Rint)端REFCAP+(8腳)——外接基準電壓電容〔Cr)端INLO〔9腳〕——被測電壓低輸入端INHI〔10腳〕——被測電壓高輸入端V+〔11腳〕——正電源端D5、D4、D3、D2、D1〔12，17，18，19，20腳〕——位掃描選通信號輸出端，每一位驅動信號分別輸出一個正脈沖信號，脈沖寬度為200個時鐘周期，其中D5對應萬位選通，以下依次為千、百、十、個位。在正常輸入情況下，D5--D1輸出連續(xù)脈沖。當輸入電壓過量程時，D5--D1在AZ階段開場時只分別輸出一個脈沖，然后都處于低電平，直至DE階段開場時才輸出連續(xù)脈沖。利用這個特性，可使得顯示器件在過程時產(chǎn)生一亮一暗的直觀現(xiàn)象.B8、B4、B2、B1〔16，15，14，13腳〕——BCD碼輸出端，該四端為轉換結果BCD碼輸出，采用動態(tài)掃描輸出方式，即當位選信號D5=“1”時，該四端的信號為萬位數(shù)的容，D4=“1”時為千位數(shù)容，其余依次類推。在個、十、百、千四位數(shù)的容輸出時，BCD碼圍為0000--1001，對于萬位數(shù)只有0和1兩種狀態(tài)，所以其輸出的BCD碼為“0000”和BUSY〔21腳〕——指示積分器處于積分狀態(tài)的標志信號輸出端，在雙積分階段〔INT+DE〕，BUSY為高電平，其余時為低電平。因此利用BUSY功能，可以實現(xiàn)A/D轉換結果的遠距離雙線傳送，其復原方法是將BUSY和CLK“與〞后來計數(shù)器，再減去10001就可得到原來的轉換結果。CLK(22腳)——時鐘信號輸入端，POL〔23腳〕——極性輸出端，當輸入電壓為正，那么POL等于“1”，反之那么等于“0DGNG〔24腳〕——數(shù)字電路接地端R/H〔25腳〕——轉換/保持控制信號輸入端，當R/H=“1”〔該端懸空時為“1”〕時，7135處于連續(xù)轉換狀態(tài)，每40002個時鐘周期完成一次A/D轉換。假設R/H由“1”變ST(26腳〕——選通信號輸出端，主要用作外部存放器存放轉換結果的選通控制信號，每次A/D轉換周期完畢后，ST端都輸出5個負脈沖，其輸出時間對應在每個周期開場時的5個位選信號正脈沖的中間，ST負脈沖寬度等于1/2時鐘周期，第一個ST負脈沖在上次轉換周期完畢后101個時鐘周期產(chǎn)生。因為每個選信號〔D5--D1〕的正脈沖寬度為200個時鐘周期〔*只有AZ和DE階段開場時的第一個D5的脈沖寬度為201個CLK周期〕，所以ST負脈沖之間相隔也是200個時鐘周期。需要注意的是，假設上一周期為保持狀態(tài)〔R/H=“0”ST信號主要用來控制將轉換結果向外部鎖存器、UARTs或微處理器進展傳送。OR〔27腳〕——過量程信號輸出端當輸入電壓超出量程圍〔20000〕，OR將會變高。該信號在BUSY信號完畢時變高。在DE階段開場時變低。UR〔28腳〕——欠量程信號輸出端。在電路部，CLK和R/H兩個輸入端上分別設置了非門和場效應管的輸入電路，以保證該兩端在懸空時為高電平。3.2ICM7556管腳說明ICM7556為14腳時基集成電路〔如下圖〕，各腳主要功能如下〔集成塊圖在下面〕1地GND2觸發(fā)3輸出4復位5控制電壓6門限(閾值〕7放電8電源電壓Vcc。圖4ICM7556的管腳在設計過管腳1和6連接7放電腳，構成多諧振蕩器，集成電路外接電阻R5，R6和電容C5，由它們三個決定工作頻率，可得出f=137KH,從而為A/D轉換提供時鐘信號。接通電源以后Vcc通過R5,R6對電容進展充電，電路進入暫穩(wěn)態(tài)過程，VC電位不斷提高，當VC大于等于2/3Vcc時，比擬器輸出低電平，通過與非門后為高電平，電路發(fā)生一次翻轉，當TD三極管導通，電容開場放電，當VC小于等于1/3Vcc時，比擬器輸出為高電平，與非門輸出低電平，電路發(fā)生下一次翻轉，重復過程的充放電過程，從而形成多諧振蕩器，輸出連續(xù)的時鐘脈沖信號。3.374HC04功能簡介74HC04采用COMS工藝，74HC04是CMOS6反向器數(shù)字元件。其突出優(yōu)點是可在2~6V電壓下工作，既有電源圍寬的特點，并且很適合在低壓下工作，不像4000系列CMOS電路。雖可用于3~15V電源，但在5V以下的輸出能力已大為減