內(nèi)容摘要

　　伴隨著電子技術(shù)科學(xué)的發(fā)展，電子測量技術(shù)已成為廣大電子技術(shù)工作者必須掌握的一門科學(xué)技術(shù)，同時對測量的精度和功能的有著更高的要求。電壓是電子測量的一個主要參數(shù)，由于電壓測量在電子測量中的普遍性與重要性，因此對電壓測量的研究與設(shè)計有著非常重要的意義。本次設(shè)計的主要設(shè)計內(nèi)容為三檔直流電壓表。在設(shè)計過程中由于第一次接觸這種芯片，對該芯片不是很熟悉，我們參閱了大量前人的設(shè)計，在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用A / D轉(zhuǎn)換器ICL7107構(gòu)建了一個直流數(shù)字電壓表。本設(shè)計首先簡要介紹了設(shè)計電壓表的主要方式，然后詳細(xì)介紹了直流數(shù)字電壓表的設(shè)計流程和芯片的工作原理，本設(shè)計中我們展示了兩種方案，手動換擋的自動換擋，在各方案中也給出了兩種方案的優(yōu)缺點。同時也給出了硬件電路的設(shè)計細(xì)節(jié)，包括各部分電路的走向、芯片的選擇以及方案的可行性分析等。

　　關(guān)鍵字：ICL7107芯片，數(shù)字電壓表，A\D轉(zhuǎn)換，比較器，CC4006雙向模擬開關(guān)。

　　課程設(shè)計任務(wù)及要求

　　2.1設(shè)計目的

　　1、掌握雙積分A/D轉(zhuǎn)換的工作原理和集成雙積分A/D轉(zhuǎn)換器件的設(shè)計方法

　　2、掌握常用數(shù)字集成電路的功能和使用

　　2.2設(shè)計要求

　　1. 設(shè)計直流數(shù)字電壓表

　　2. 直流電壓測量范圍：

　　0V~1.999V，0V~19.99V，0V~199.9V。

　　3. 直流輸入電阻大于100kΩ。

　　4. 畫出完整的設(shè)計電路圖，寫出總結(jié)報告。

　　5. 選做內(nèi)容：自動量程轉(zhuǎn)換。

　　設(shè)計思路和方案選擇

　　3.1設(shè)計思路

　　根據(jù)設(shè)計要求和功能，我們考慮了多種可行性方案。但是在設(shè)計過程中，小數(shù)點的點亮電路的設(shè)計遇到了很大的麻煩。

　　方案1：主要器件由芯片ICL7107和共陽極半導(dǎo)體數(shù)碼管LED，其中換擋電路用的是分壓原理，將電阻串聯(lián)起來，不同的電阻端就是不同的檔位。小數(shù)點的點亮是直接吧小數(shù)點端直接接一個數(shù)字地， 然后用三個開關(guān)分別來控制換擋時小數(shù)點的亮滅。

　　該方案特點：該方案小數(shù)點電路用的時直接接數(shù)字地的方法利用開關(guān)控制，換擋時也是通過手動控制來完成，這種方案電路簡單、清楚易懂，同時測量的誤差也很小，結(jié)果比較準(zhǔn)確，但是電路實現(xiàn)起來比較復(fù)雜，開關(guān)過于繁瑣，測量電路時不太方便。

　　方案2：考慮到直接使用直接吧小數(shù)點端鏈接到數(shù)字地上，使用開關(guān)來控制換擋時點亮小數(shù)點這種方案開關(guān)過多、換擋是過與繁瑣。在主要元器件沒有變的前提下，采用比較器來從換擋端取信號比較后接到共陽極數(shù)碼管的小數(shù)點端。但是該方案開始時，測量的電壓誤差明顯的增大，又通過一系列的調(diào)整和修改，最終通過參數(shù)的修改調(diào)整將測量誤差控制在理想范圍內(nèi)。

　　該方案特點：該方案測量時比上一個方便多了，小數(shù)點電路不用單獨(dú)控制，實現(xiàn)了小數(shù)點根據(jù)檔位的要求自動點亮，測量誤差也比較小。當(dāng)最終沒有實現(xiàn)測量電路的自動換擋，要通過手動撥換檔位。

　　方案三：選用了LM324運(yùn)放和CC4066傳輸門，在通過方案二的修改后，小數(shù)點的問題基本解決了，想通過進(jìn)一步的改善實現(xiàn)自動換擋。電路能根據(jù)測量電壓大小的不同，自動選擇量程，點亮不同擋位時的小數(shù)點。其中換擋電路是通過COMS傳輸門和比較器來實現(xiàn)的，先通過比較器比較輸出接到傳輸門的C端，當(dāng)輸出為高電平時傳輸門CC4066導(dǎo)通。

　　該方案特點：該方案很大程度提升了測量的方便性，實現(xiàn)了測量的自動化。自動換擋，不用人工去撥動開關(guān)。但該方案中，經(jīng)過我們的反復(fù)調(diào)試和修改后，比起前兩個方案這個方案的測量結(jié)果有點偏大。這次課程設(shè)計中我們吧方案二和方案三都做了，兩個方案都展示了。

　　工作原理

　　4.1 工作原理

　　1）、基本原理框圖

　　直流數(shù)字電壓表測量電路、雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換電路電路、數(shù)碼顯示電路和量程轉(zhuǎn)換電路組成，原理框圖如圖1 所示。

　　測量電路和量程轉(zhuǎn)換將寬范圍的輸入直流電壓變換為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸入電壓范圍的直流電壓，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，送數(shù)碼顯示電路顯示測量值。

　　雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是間接型ADC。它將取樣電壓轉(zhuǎn)換為與之成正比的時間寬度，在此期間允許計數(shù)器對周期脈沖進(jìn)行計數(shù)。計數(shù)器的二進(jìn)制數(shù)就是取樣電壓對應(yīng)的數(shù)字量。

　　圖2是雙積分ADC的電路原理圖。電路主要由積分器、比較器、計數(shù)器、JK觸發(fā)器和控制開關(guān)組成。由JK觸發(fā)器的輸出QS控制單刀雙置開關(guān)選擇積分器的輸入電壓。當(dāng)QS=0時，積分器對取樣電壓 做定時積分；當(dāng)QS=1時，積分器對基準(zhǔn)電壓-VREF做定壓積分。 與-VREF電壓極性相反，這里設(shè)取樣電壓 為正，則-VREF為負(fù)。