多量程直流数字电压表

电子技术课程设计报告

专业班级：

学生学号：

学生姓名：

指导教师：

设计时间：

自动化与电气工程学院

设计课题题目： 多量程直流数字电压表

一、设计任务与要求

1．设计并制作一个直流稳压电源，设计要求为 （1） 输入电压为220V （2） 输出电压为±5V 2．设计一个2

13

直流数字电压表，设计要求为

分辨率 （1） 测量量程：基本量程：200mV 0.1mV

扩展量程：2V 1mV

20mV 0.01mV

（2） 测量范围： 0mV~2V (3 ) 显示范围：十进制数0~1999

（4） 使用双积分A/D 转换器ICL7107完成直流电压的数字化转换

二、电路原理分析与方案设计 1. 设计要求分析

数字电压表由电阻网络（量程调整）、直流放大（运放组成）、电压极性判断、A/D 转换、数码（液晶）显示等部分组成。 直流数字电压表主要完成对电位器或外部电压的测量与显示。因此，为了适应不同大小的的待测模拟电压信号，应该有测量量程的选择功能。ICL7107是双积分式三位半A/D 转换器，可构成基本量程200Mv,而扩展量程20V 可由电阻电位器分压，2V 量程可由运放放大。

2. 方案设计

（1）±5V 直流稳压电源

首先通过中心抽头的18V 电源变压器，输出电压经过四个二极管组成的桥式整流电路整流后通过电容滤波，然后通过三端稳压管LM7805和KV7905分别对正负电压进行稳压，在对输出电压进行滤波，从而得到较为稳定的±5V 直流稳压电源。

（2）2

13

直流数字电压表

将输入电压分别通过电阻电位器和μA741运放放大器进行缩小和放大，将输出信号输入到ICL7107 A/D 转换器V-IN 端，经过A/D 转换电路、参考电压电路、复位电路、时钟电路等电路完成数据转换及传输，最后通过2

13

数码管进行显示。

三、单元电路分析与设计

1．单元电路原理分析

电源：

(1) 电源变压器

是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。[2]B1为带中心抽头的18V变压器。220V的交流市电通过电源变压器变换成交流低压，而带中心抽头的变压器将电压分为正负两端。变压器的选择要根据所需的输出电压大小来确定，原则是变换后的电压必须至少比输出电压高3伏。本次电路需要的是±5V，所以通过变压器后的电压应为9V。

（2）桥式整流电路

在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.1～1.2)U2。[2]D1D2D3D4是由四个二极管两两并联后接入输出电压，根据二极管的单向导通原理，分别把正负电压整流并输出。本电路使用的二极管型号为IN4007，适用范围为正向电流1A,最大反向电压为1000V

（3）滤波电容

可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。电容

滤波是利用电容的充放电作用使整流输出电压变得平稳，而且电压幅值升高，滤波效果好，适于各种整流电路。滤波电容的选择主要是种类和容量、耐压值的确定。常用的整流滤波电容有铝电解、钽电解、涤纶、独石电容等。独石电容体积可以做得很小，耐压也可以做得很高，化学性能和热性能比较稳定，但容量小。一般当整流输出电流大时，必须用电解电容滤波稳压；输出电流小时，用一般电容或电解电容滤波都可以。[4]

(4) 三端稳压管7805和7905

稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的78 ××系列和负电压输出的79××系列。LM78××输出电流1A 以上,内置过热保护电路,无需外部元件,输出晶体管安全范围保护,内置短路电流限制电路。三端IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7805表示输出电压为正5V，7909表示输出电压为负9V。79系列除了输出电压为负。引出脚排列不同以外，命名方法、外形等均与78系列的相同。引脚号标注方法是按照引脚电位从高到底的顺序标注的。这样标注便于记忆。引脚1为最高电位，3脚为最低电位，2脚居中。从图中可以看出，不论正压还是负压，2脚均为输出端。对于78××正压系列，输入是最高电位，自然是1脚，地端为最低电位，即3脚，如附图所示。对与79××负压系列，输入为最低电位，自然是3脚，而地端为最高电位，即1脚，如附图所示。此外，还应注意，散热片总是和最低电位的第3脚相连。这样在78××系列中，散热片和地相连接，而在79××系列中，散热片却和输入端相连接。[3]

仪表板：

（1）数码管

本电路采用四位七段共阳极数码管，共阳极数码管是指八段数码管的八段发光二极管的阳极(正极)都连在一起，而阴极对应的各段可分别控制。共阳极数码管公共端在中间，而共阴极数

码管公共端在旁边。2

13

表示四位数码管后三位是从1到9的，千位只显示1和符号“—”，即

显示数据为0~1999.同理，四位半显示0~19999，4

33位显示0~3999.

（2）A/D 转换器ICL7107

ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路。它包含2

13

位数字A/D 转换器，可直接驱动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。它将高精

度、通用性和真正的低成本很好地结合在一起，它有低于10uV 的自动校零功能，零漂小于1uV/℃，低于10pA 的输入电流，极性转换误差小于一个字。

①1脚——+5V ；21脚——电源地；26脚——-5V ；30脚——信号地；32脚——模拟地；35脚——基准地; 电路中30、32、35连接并接地。注意：电路中电源地与模拟地只可有一点相连，即所有电源地串联且所有模拟地串联并分别接地。

②2~25脚各引脚分别与数码管相连; 注意：19脚ab4，千位数笔段驱动输出端，由于2

13

位

的计数满量程显示为“1999”，所以ab4输出端应接千位数显示器显示“1”字的b 和c 笔段。 ③26、27、28——积分网络;

27端：INT ，积分器输出端，外接积分电容C 5（一般取C =0.22μF ）。

28端：BUFF ，输入缓冲放大器的输出端，外接积分电阻R 4（一般取R =47K Ω）。 29端：A-Z ，积分器和比较器的反相输入端，接自校零电容4C （取4C =0.47μ）。

④30、31——INLO 、 INHI ，输入电压低、高端; 由于两端与高阻抗CMOS 运算放大器相连接，可以忽略输入信号的注入电流，输入信号应经过1M Ω电阻和0.02μF 电容组成的滤波电路输入，以滤除干扰信号。

⑤33、34——基准电容负压、正压端；被充电的电压在反相积分时，成为基准电压（一般取