直流数字电压表

电子技术基础

课程设计

题目名称：直流数字电压表

姓名：徐兆

学号：20124056

班级：12级电气5班

指导教师：唐治德

评语：

成绩：

重庆大学电气工程学院

2014年6月

摘要

传统的模拟指针式电压表功能单一，精度低，读数的时候也非常不方便，很容易出错。而采用模数转换器的数字电压表由于测量精度高，速度快，读数时也非常的方便，抗干扰能力强等优点而被广泛应用。数字电压表（Digital V oltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。

本文主要介绍的是基于ICL7107数字电压表的设计，ICL7107是目前广泛应用于数字测量系统是一种集三位半转换器段驱动器位驱动器于一体的大规模集成电路，能够直接驱动共阳极数字显示器，构成的数字电压具有以下几个特点：显示数据直观；读数准确；准确度高；分辨率高；测量范围宽。

本次设计的直流数字电压表的能实现多量程的电压测量：最高量程为200V，分三个档位量程，即0~1.999V，0~19.99V，0~199.9V。量程的改变可以通过调档开关控制分压和小数点移位来实现。

目录

摘要........................................................................................................................ I 1设计目的与要求 (1)

1.1设计目的 (1)

1.2设计要求 (1)

2设计思路 (1)

2.1设计方案 (1)

2.2系统框图 (1)

3单元电路的设计方案及原理 (2)

3.1ICL7107的工作原理 (2)

3.1.1ICL7107的工作过程 (2)

3.1.2ICL7107的电路原理图及引脚图 (5)

3.2电源接入端的电路 (7)

3.2.1基准电压 (7)

3.2.2量程转换电路 (7)

3.3数码管的显示电路 (8)

3.3.1LED简介 (8)

3.3.2显示电路 (9)

3.4小数点的驱动电路 (9)

4电路仿真图与实物图 (10)

4.1仿真图 (10)

4.2实物图 (11)

5系统调试与结果分析 (11)

5.1调试仪器 (11)

5.2调试方法 (12)

5.3测试结果 (13)

5.4测试分析 (13)

6实现中出现的问题 (13)

7总结及心得体会 (14)

8元器件清单 (15)

9参考文献 (15)

1设计目的与要求

1.1设计目的

1）掌握双积分A/D转换的工作原理和集成双积分A/D转换器件的设计方法。2）掌握常用数字集成电路的功能和使用。

3）熟悉A/D转换器ICL7107的性能及其引脚功。

4）掌握用ICL7107构成直流数字电压表的方法。

1.2设计要求

1) 设计直流数字电压表。

2) 直流电压测量范围：

0V~1.999V，0V~19.99V，0V~199.9V，0V~1999V。

3) 直流输入电阻大于100kΩ。

4) 画出完整的设计电路图,写出总结报告。

5) 电压表可以实现手动转换量程。

2设计思路

2.1设计方案

1.主要器件由芯片ICL7107和共阳极半导体数码管LED组成。

2.本方案的主要特点是：

（1）能直接驱动共阳极的LED显示器，不需要另加驱动器件，使整机线路简化。

（2）采用+5V和—5V两组电源供电。

（3）LED属于电流控制器件，在3 1/2位数字仪表中采用直流驱动方式，芯片本身功耗较小。

（4）显示亮度较高。

2.2系统框图

本文的电压表是一个31/2位半直流电压测量的数字式电压表。测量范围为

直流0到1.99V，0到19.99V，0到1999V，功3个量程。电压值显示稳定，读数方便，能测量正负电压和自动切换量程，使用方便，本系统可分为测试电压转换、模拟电压通道、数据电压通道、数码显示、小数点驱动电路5部分。

图2-1直流数字电压表设计框图

3单元电路的设计方案及原理

3.1ICL7107的工作原理

3.1.1ICL7107的工作过程

ICL7107 是双积型的A/D 转换器，还集成了A/D 转换器的模拟部分电路，如缓冲器、积分器、电压比较器、正负电压参考源和模拟开关，以及数字电路部分如振荡源、计数器、锁存器、译码器、驱动器和控制逻辑电路等，使用时只需外接少量的电阻、电容元件和显示器件，就可以完成模拟到数字量的转换，从而满足设计要求。显示稳定可读和测量反应速度快，是本设计的关键。

双积分模数转换器（ADC）是间接型ADC。它将取样电压转换为与之成正比的时间宽度，在此期间允许计数器对周期脉冲进行计数。计数器的二进制数就是取样电压对应的数字量。

图3-1是双积分ADC的电路原理图。电路主要由积分器、比较器、计数器、JK触发器和控制开关组成。由JK触发器的输出QS控制单刀双置开关选择积分器的输入电压。当QS=0时，积分器对取样电压做定时积分；当QS=1时，积

分器对基准电压-VREF 做定压积分。 与-VREF 电压极性相反，这里设取样电压 为正，则-VREF 为负。

图 3-1双积分ADC 的电路原理图

1．定时积分

在确定的时间内对取样电压进行积分即是定时积分。

启动信号S 输入负窄脉冲（S=0），使计数器、JK 触发器Q S 清零，开关S 1选择取样电压作积分器输入。同时开关S 2闭合，使积分电容放电，O v =0。负脉冲消失后（S=1），开关S 2断开，积分器对取样电压做积分，积分器输出电压下降，0

取启动信号S 的负脉冲刚消失的时刻为时间零点，并设时钟脉冲CP 的周期为T CP 。则对取样电压的积分时间T 1为

T 1=2n T CP

是确定不变的。积分器输出电压为

⎰-=+-=t

S I O S I O t RC nT v v d nT v RC t v 0)()0()(1)(τ 积分器输出电压与时间成线性关系，其斜率是负的，与取样电压)(S I nT v 和积分器的时间常数RC 有关。)(S I nT v 越大，负斜率也越大。定时积分的工作波形