数字电压表课程设计实验报告

自动化与电气工程学院

电子技术课程设计报告

题目数字电压表的制作

专业

班级

学号

学生姓名

指导教师

二○一三年七月

一、课程设计的目的与意义

1.课程设计的主要目的，是通过电子技术综合设计，熟悉一般电子电路综合设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法。

2.同时了解双积分式A/D转换器ICL7107的性能及其引脚功能，熟悉集成电路ICL7107构成直流数字电压表的使用方法，并掌握其在电路中的工作原理。

3.通过设计也有助于复习和巩固以往的模电、数电内容，达到灵活应用的目的。在完成设计后还要将设计的电路进行安、调试以加强学生的动手能力。在此过过程中培养从事设计工作的整体观念。

4.利用双积分式A/D转换器ICL7107设计一数字电压表，量程为-1.99—+1.99，通过七段数码管显示。

二、电路原理图

数字电压表原理图

三、课程设计的元器件

1.课程设计所使用的元器件清单：

2.主要元器件介绍

（1）芯片ICL7107：

ICL7107的工作原理

双积分型A/D转换器ICL7107是一种间接A/D转换器。它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。

它的原理性框图如图所示，它包括积分器、比较器、计数器，控制逻辑和时钟信号源。积分器是A/D转换器的心脏，在一个测量周期内，积分器先后对输入信号电压和基

准电压进行两次积分。比较器将积分器的输出信号与零电平进行比较，比较的结果作为数字电路的控制信一号。时钟信号源的标准周期Tc 作为测量时间间隔的标准时间。它是由内部的两个反向器以及外部的RC组成的。其振荡周期Tc=2RCIn1.5=2.2RC 。

ICL7106A/D转换器原理图

计数器对反向积分过程的时钟脉冲进行计数。控制逻辑包括分频器、译码器、相位驱动器、控制器和锁存器。

分频器用来对时钟脉冲逐渐分频，得到所需的计数脉冲fc和共阳极LED数码管公共电极所需的方波信号fc。

译码器为BCD-7段译码器，将计数器的BCD码译成LED数码管七段笔画组成数字的相应编码。

驱动器是将译码器输出对应于共阳极数码管七段笔画的逻辑电平变成驱动相应笔画的方波。

控制器的作用有三个：第一，识别积分器的工作状态，适时发出控制信号，使各模拟开关接通或断开，A/D转换器能循环进行。第二，识别输入电压极性，控制LED 数码管的负号显示。第二，当输入电压超量限时发出溢出信号，使千位显示“1" ，其余码全部熄灭。

钓锁存器用来存放A/D转换的结果，锁存器的输出经译码器后驱动LED 。它的每个测量周期自动调零（AZ）、信号积分（INT）和反向积分（DE）三个阶段。

第一阶段：自动调零阶段AZ

转换开始前（转换控制信号VL=0) ，先将计时器清零，并接通开关S0 ，使积分电容C完全放电。

第二阶段：信号积分INT

令开关S1合到输入信号V1一侧，积分器对V1进行固定时间Tl的积分，积分结果为：

上式说明，在Tl固定条件下V0与Vl成正比。

第三阶段：反向积分DE

令开关S1转至参考电压VREF一侧，积分器反向积分。如果积分器的输出电压上升至必零时，所经过的积分时间T2则可得，

故可得到，

可见，反向积分到V0=0这段时间T2与Vl成正比。令时钟脉冲CD的周期为Tc，计数扔器在T2时间内计数值为N得：T2=NTc

代入上式得：

分析可知：T1,Tc，VREF固定不变，计数值N仅与VIN成正比，实现了模拟量到数字量的转变。

下面介绍A/D转化过程的时间分配。假设时钟脉冲频率为40KHz，每个周期为4000Tc, 如图所示，每个测量周期中三个阶段工作自动循环。

双积分型A/D转换器的电压波形图

各阶段时间分配如下

①信号积分时间Tl用1000Tc 。

②信号反向积分时间T2用0一2000Tc ，这段时间的长短是由VIN的大小决定的。

③自动调零时间T0用1000－3000Tc 。

从上面的分析可知，Tl 是固定不变的，但T2随VIN的大小而改变。因为，

选

基

准

电

压

VRFF = 100.0mv ,

由：

得：VIN=0.1N

满量程时N=2000，同样由上式可导出满量程时VIN与基准电压的关系为：VIN=2VREF 。为了提高仪表的抗干扰能力，通常选定的采样时间Tl 为工频周期的整数倍。我国采用50Hz交流电网，其周期为20ms，应选T1=n×20ms。n= l,2,3……n 越大，对串模干扰的抑制能力越强，但n越大，A/D转换的时间越长。因此，一般取Tl=100ms，即f0＝40KHz 。

由T0=2RC105=2.2RC，得

式中T0为振荡周期。

由上式可知，当f0=40KHz时，阻容元件的选取并不唯一，只要满足要求即可。

INC7107的结构电路图

ICL7107主要参数：

芯片INC7107各个引脚的功能和注意事项：

ICL7107 安装电压表头时的一些要点：按照测量＝±199.9mv

1.辨认引脚：芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的左下方为第一脚。也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一脚了。许多厂家会在第一脚旁边打上一个小圆点作为标记。知道了第一脚之后，按照反时针方向去走，依次是第 2 至第40 引脚。（1 脚与40 脚遥遥相对）。

2.牢记关键点的电压：芯片第1脚是供电，正确电压是DC5V 。第36 脚是基准电压，正确数值是100mV，第26 引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，