数字电压表的设计

数字电压表的设计

刘英

电子信息科学与技术专业学号：040524097

指导老师：熊中朝

摘要：数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。以数字电压表为核心扩展成的各种数字化仪表几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化系统等各个领域。本设计采用CMOSS集成电路芯片CC7106来进行A/D转换，属于双积分型直流数字电压表。该数字电压表采用LCD显示，除具有一般数字电压表读数直观准确、测量速度快、输入阻抗大、测量范围宽之外，还具有读数保持的功能。电路特点是成本低，简单，体积小，安全性好，可扩展性强。

关键词：数字电压表；

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3

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位；A/D转换；液晶显示

Design of a Digital Voltmeter

Liu Ying

Electronic information science and technology No: 040524097

Tutor: Xiong Zhong-chao

Abstract:Digital voltmeter（DVM）is the core and fundamental of many digital meters. The digital meters derive from DVM almost covers all the measuring fields. This design employs the CMOS large scale integrated circuit CC7106 as the A/D converter of the DVM, thus it is a dual-integrating direct current DVM. This DVM utilizes liquid crystal display, besides advantages of accuracy and direct readings, high speed measurement, high impedance, a vast measuring range, it also has the function of readings hold. The characteristics of this design are low cost, simple, small size, high security.

Key words: DVM;

1

3

2

bit; ADC; LCD

目录

摘要 (1)

1引言 (3)

2数字电压表原理框图 (4)

3单元电路设计 (4)

3.1双积分式A/D转换器CC7106 (4)

3.2输入电路 (8)

3.3 CC7106外围电路 (9)

3.3.1振荡电路 (9)

3.3.2 基准电压电路 (10)

3.3.3 积分电路 (11)

3.4 显示部分 (11)

3.4.1

1

3

2

位液晶显示器 (12)

3.4.2 小数点驱动电路 (12)

3.5 读数保持功能电路 (13)

4 总电路图 (13)

5 总结 (15)

参考文献 (15)

1 引言

数字电压表简称DVM，是采用数字化测量的电压仪表。数字电压表与模拟电压表相比，具有读数直观、准确，显示范围宽、分辨力高，输入阻抗大，集成度高、功耗小、抗干扰能力强，可扩展能力强等特点，因此在电压测量、电压校准中有着广泛的应用。数字电压表也是诸多数字化仪表的核心与基础。

以数字电压表为核心扩展成的各种数字化仪表几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化系统等各个领域。

数字电压表按测量功能可分为直流数字电压表和交流数字电压表。数字电压表一般由模拟部分和数字部分组成，模拟部分主要功能是获取电压并将其转换为相应的数字量，数字部分完成逻辑控制、译码和显示等功能。数字电压表的核心是A/D转换器，由A/D转换器工作原理的不同，数字电压表又可分为逐次比较型和双积分型。

电压表的主要技术指标：

●测量范围数字电压表的测量范围通常以基本量程为基础，借助于衰

减器扩展量程。

●输入阻抗数字电压表的输入阻抗主要由衰减器的阻抗决定。

●显示位数数字电压表的显示位数是指完整显示位，既能够显示0～

9十个数字的那些位。

●测量速度测量速度是指每秒对被测电压的测量次数，或一次测量过

程所需的时间，它主要取决于A/D转换器的转换速率。

●分辨率分辨率是数字电压表能够显示被测电压的最小变化值，即显

示器末位跳一个数字所需的最小输入电压值。

当今，数字电压表正进入一个蓬勃发展的新时期，一方面它开拓了电子测量领域的先河，另一方面它本身正朝着高准确度、智能化、低成本的方向发展。此外，数字电压表在安装工艺、外观设计、安全性、可靠性等方面也在不断改进，日臻完善。

本设计采用CMOS大规模集成电路芯片CC7106来进行A/D转换，属于双积分型直流数字电压表。该数字电压表采用LCD显示，除具有一般数字电压表读数直观准确、测量速度快（2.5次/s）、输入阻抗大（10MΩ）、测量范围宽（分5个量程挡，分别为200mV、2V、20V、200V、1000V）之外，还具有读数保持的功能。电路特点是成本低，简单，体积小，安全性好，可扩展性强（只需加上各种转换器就可构成万用表）。

2 数字电压表原理框图

一般数字电压表的组成框图如图（1）所示。输入电路一般由分压电路、具有高输入阻抗的源极跟随器和放大电路组成，其作用是对量程进行扩展和阻抗变换等；A/D 转换器将被测电压转换成与之成比例的数字量；计数器完成对数字量的累计；显示电路作用是对计数结果进行寄存、译码并驱动显示器显示测量结果。随着集成电路技术的发展，现在已有多种专用的A/D 转换芯片，如本设计中采用的CC7106，这些集成芯片往往具有A/D 转换、计数、逻辑控制等多项功能，因此只需少量的外围电路即可构成数字电压表。

模拟部分数字部分

图（1）

3 单元电路设计

3.1 双积分式A/D 转换器CC7106

（1）双积分式A/D 转换的基本原理

所谓双积分就是在一个测量周期内要进行两次积分：首先，对被测电压x V 进行定时积分，然后对基准电压REF V 进行定值积分。通过两次积分比较，将x V 变换成与之成正比的时间间隔；然后，在这个时间间隔内对固定频率的时钟脉冲计数，计数的结果正比于被测电压的数字量。双积分式A/D 转换器的组成框图和积分电路的波形如图（2）所示。