数字电流表设计与仿真

船山学院

电子技术课程设计

题目设计并仿真一台数字电流表

专业名称电气工程及其自动化

指导教师徐祖华

职称副教授

班级船本08级01班

学号20089450114

学生姓名曾波

2011年1 月12 日

设计并仿真一台数字电流表

摘要

本课题实验主要采用CC7106双积分A/D变换器设计方案来完成一个简易的数字电流表，其实是一个电压表进行改装得到的，将电压表能够对输入的0～5 V的模拟直流电压进行测量，并通过一个4位一体的7段LED数码管进行显示，测量误差约为0.1 V。该电压表的测量电路主要由三个模块组成：A/D转换模块、数据处理模块及显示控制模块。A/D转换主要由芯片CC7106来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。数据处理则由芯片CD331来完成，其负责把CC7106传送来的数字量经一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；另外它还控制着CC7106芯片的工作。显示模块主要由LCD液晶数码管及相应的驱动芯片)组成，显示测量到的电流值。

关键词

简易数字电流表、LCD液晶数码管、CC7106。

目录

引言 (1)

1工作原理 (1)

1.1数字电流表的工作原理 (1)

1.2 AD转换器及外围电路计 (1)

1.3量程开关电路设计 (2)

1.4直流稳压电流源设计 (3)

1.5 小数点驱动电路设计 (3)

2总体方案设计 (4)

2.1方案论证 (4)

2.2系统框图 (4)

2.3整体电路图 (5)

3元器件的介绍 (5)

3.1双积分式A/D转换器C C7106 (5)

3.2 液晶显示器EDS801 (6)

4仿真图 (7)

4.1量程电路仿真图 (7)

5结论 (9)

参考文献 (10)

附录 (11)

引言

传统的电网电流表一般都采用指针式表头，且都存在着测量范围小，稳定性差，精度低，表头指针指示不便于读数且误差大等缺点，已经不适应社会发展的需要。而随着智能化测控技术的迅速发展.以双积分AD转换器为核心的数字电表的优势已十分明显。智能综合仪表是基于智能化、数字化新一代智能仪表的设计理念，采用灵巧总线、工业网络、液晶显示、电子储存技术、调节仪表与记录仪表功能．具有高测量控制精度、高可靠性稳定性的特点。芯片负责采集数据，给出了一款性价比高、抗干扰能力强、测量精度很的电网电流表的设计方法。

1 工作原理

1.1数字电流表的工作原理

数字电流表是由数字电压表改装成的，由于通常所说的电流表是指灵敏电流计其量程太小，不能直接测量电流，仅用于检测有无电流和电流的方向，所以要想得到一个有多量程或量程较大的电流表需要将一个理想电压表改装而成。本设计是用一个内阻视为无穷大的电压表并联分流电阻而成的数字电流表。待测电流I随搬动开关K的位置而流过R1或R2...，因而本电流表的多个量程就取决于G的满量程电压和R1、R2的阻值，记G的满量程电压为Ug，根据欧姆定律Ug=RgIg，若Ug和Rg已知则Ig就是电流表的满量程电流。

图1.1数字电流表的基本原理

1.2AD转换器及外围电路设计

电路图如下图5.1所示。

图1.2 AD转换器及外围电路图

其中液晶显示采用EDS801，将其各数码的字段及公共端与ICL7106相应端接。OSC1、OSC2和OSC3是内部时钟的外接电阻和电容引脚；TEST是数字逻辑地端；VRH和VRL是参考电压的输入端，参考电压决定着AD转换器的灵敏度，它是由UDD分压而来，调节P R分压比可调节灵敏度（调满）；两个CR脚是基准电容的外接引脚；COM端是模拟信号公共端；AZ、BUF和INT分别是自动调零端缓控制端和积分器输出端；U+和U-为电源端；IN+和IN-为待测信号输入端。R1、C1分别为振荡电阻与振荡电容。R2与电位器RP构成基准电压分压器，RP宜采用精密多圈电位器，调整RP使UREF＝UM/2＝100.0mV，满量程即定为200mV，二者呈1∶2的关系。R3、C3为模拟输入端高频阻容式滤波器，以提高仪表的抗干扰能力。C2、C4分别为基准电容和自动调零电容。R4、C5依次为积分电阻和积分电容。仪表采用220V叠层电池供电，测量速率约50次／秒。IN-端、UREF －端与COM端互相短接。

对于CC7106，OSC1至OSC2为时钟振荡器的引出端，主振频率OSC f 由外接11R C

的值

决定，即11f 0.45

/OSC R C =，CC7106计数器的时钟脉冲CP f 是主振频率OSC f 经4÷分频后得到的，因此

11110.45f f 44CP OSC R C ==∙

，设CC7106一次A/D 转换所需时钟脉冲总数N 为200，而一次转换所需时间T=1/50次=0.02s 。则时钟脉冲频率CP f 由T=N/CP f =4N/OSC f 式可得

CP f =N/T ≈10Khz ，因而主振频率为OSC f =4CP f =40Khz ，因此可以算出1R 、1C 的值。若取1C =100pF ，则1R =(50/1C

)OSC f ≈112.5k Ω，取标称值120k Ω。 积分元器件4R 、5C 及自动调零电容4C 的取值分别为4R =56k Ω5C =0.22F μ，4C =0.47F μ。2R 和RP 组成基准电压的分压电路。其中，RP 一般采用精密多圈电位器。改变RP 的值可以调节基准电压REF

V 的值。

3

R 、3C 为输入滤波电路。电源电压取+220V ，

2C 取0.1F μ。 1.3 量程开关电路设计

量程开关电路如图1.3所示。

图1.3量程开关电路图

由于基本量程U M ＝0.5mV ，按照下图配置一组分压电阻，组成电阻衰减网络通过手动就可以得到量程5mV 、50mV 、500mV 、5V 的多量程电压表。该表的输入阻抗i R =10M Ω，

各档衰减后的电压x V 与输入电压i V 的关系为x V

=i V (x R /i R )。 1.4 直流稳压电流源设计

此直流稳压电源由电源变压器T 、整流滤波电路及稳压电路所组成。220V 电压经过此电路后得到次数字电压表所需的9V 。稳态电压集成稳压器选用 L7812cv(1.5A,9V)及PJ7912(1.5A,-9V)，其输出电压范围为：Uo=9V 和-9V 。