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课程设计报告格式
东莞理工学院城市学院
《高频电路原理与分析》课程设计报告
题目:
数字电压表的设计
班级:
09电信
(1)班
学生姓名:
何树祺
学号:
200940707106
指导老师:
唐志辉
日期:
2011-06-13至2011-06-17
目录
一、设计的任务与要求…………………………………………3
二、方案的选择…………………………………………………4
三、系统工作原理………………………………………………5
四、实现中出现的问题…………………………………………13
五、实验数据及处理……………………………………………14
六、收获体会……………………………………………………15
七、参考文献……………………………………………………16
一﹑设计的任务与要求
1.1设计目的
1﹑了解双积分式A/D转换器的工作原理
2﹑熟悉A/D转换器ICL7107的性能及其引脚功能
3﹑掌握用ICL7107构成直流数字电压表的方法
2.2设计要求
1﹑设计一个数字电压表电路。
2﹑测量范围:
直流电压0V~1.999v,0V~19.99V,0V~199.9V,0V~1999V。
3、组装调试数字电压表电路原理图,写实验报告。
二、方案的选择
1.数字电压表的设计
设计要求如下:
(采用集成电路ICL7107)
(1)三位数码管显示,具有手动调零、手动换挡功能。
(2)兼有测量电流和电阻的功能。
位的数字电压表是指个位、十位、百位的范围为09,而千位只有0和1两个状态,称为半位。
所以
数字电压表测量范围为00011999。
数字电压表主要部分是A/D转换器,若选用集成芯片MC14433作为A/D转换,其显示方法通常采用动态扫描(工作时四个数码管轮流点亮,利用人眼的视觉残留特性能够得到整体效果,当扫描频率过低时显示的数码会有闪烁感)方式,采用这种方式较为省电,但需要字形译码驱动电路和字位驱动电路。
三﹑系统工作原理
1﹑系统框图
本设计从各个角度分析了数字电压的设计过程及部分电路的组成和原理,本设计的系统框图如下:
图1系统框图
本设计主要分为两部分:
硬件电路和软件程序。
硬件电路分为单片机小系统电路,分压电路,A/D转换器,LED显示电路,各部分电路的设计及原理将会硬件电路设计部分详细介绍。
本设计的电压表是一个3位半直流电压测量的数字式电压表,测量范围为直流0-199mV,0-1.999V,0-19.99V,0-199.9V,0-1999V,共五个量程。
电压值显示稳定,读数方便,能测量正,负电压能自动切换量程,使用方便。
系统框图(图1所示),本系统可分为测试电压转换,模拟电压通道,数据电压通道(A/D转换及译码锁定),数码显示,小数点驱动电路5部分。
2﹑ICL7107的工作原理
ICL7107内部包括模拟电路和数字电路两大部分,两者是互相联系的。
一方面由控制逻辑产生控制信号,按规定时序将多路模拟开关接通或断开,保证A/D转换正常进行。
另一方面模拟电路中的比较器输出信号又控制着数字电路的工作状态和显示结果。
下面介绍各部分的工作原理。
(1)模拟电路
模拟电路由双积分式A/D转换器构成,电路如图2所示。
主要包括2.8V基准电压
图2ICL7107的模拟电路
源(E0),缓冲器(A1),积分器(A2),比较器(A3)和模拟开关等组成。
缓冲器A4专门用来提高COM端带负载的能力,可谓设计数字多用表的电阻档,二极管档和hFE档提供便利条件。
图3ICL7107外围电路图
(2)数字电路
数字电路如图4所示。
主要包括8个单元:
①时钟振荡器,②分频器,③计数器,④锁存器,⑤译码器,⑥异或门相位驱动器,⑦控制逻辑,⑧LCD显示器。
(3)小数点驱动电路
为了显示小数点,需要采用CD4030四异或门。
电路如图5
图5小数点驱动电路
S为小数点选择开关,DP1~DP3依次为个位,十位,百位的小数点驱动端,LCD的背电极解BP,剩下一个异或门还可驱动标识符。
控制逻辑有三个作用:
第一,识别积分器的工作状态,适时发出控制信号,使A/D转换正常进行。
第二,判定输出电压极性并控制LCD的负极性显示。
第三,超量程时发出溢出信号使千位显示1,其余位消隐。
逻辑表达式为:
3﹑关于多量程电路部分
(1)在一些情况下,希望数字电压表的量程大一些。
我们只需要更改2只元器件的数值,就可以实现量程为-2.000V至+2.000V。
更改的元器件具体位置和数值见图6的28和29两只引脚:
图6
(2)数字电流表
在有了一只数字电压表之后,按照下面图7所示,给它配置一组分流电阻,就可以实现多量程数字电流表,分档从+-200uA至+-20A。
但是要注意:
在使用20A大电流档的时候,不能再有开关来切换量程,应该专门配置一只测量插孔,以防烧毁切换开关。
图7图8
(3)数字电压表
与多量程电流表对应的是多量程电压表,按照上图8配置一组分压电阻,就可以得到量程从+-200mV至+-1000V的多量程电压表。
(4)数字电阻表
测量电阻与测量电压和电流一样重要,俗称“三用表”,利用数字电压表做成的多量程数字电阻表,采用是“比例法”来测量,因此,它比起指针万用表的电阻测量来具有非常准确的精度,而且耗电很小。
下图9所示,配置一组电阻就叫“基准电阻”。
图9
四、实现中出现的问题
(1)辨认引脚:
芯片的第一脚,是正放芯片,面对型号字符,然后在芯片的坐下方为第一脚。
(2)牢记关键点的电压:
芯片第一脚是供电,正确电压为DC5V。
第36脚为基准电压,正确数值为100mV,第26引脚为负电源引脚,正确电源数值是负的,在-3V至-5V都认为正常,但是不能是正电压,也不能是零电压。
(3)注意芯片27,28,29引脚的元件数值,它们是0.22uF,74K,0.47uF阻容网络,这三个芯片属于芯片工作的积分网络,不能使用磁片电容。
芯片的33和34脚接的104电容也不能使用磁片电容。
(4)注意接地引脚:
芯片的电源地是21脚,模拟地是30脚,信号地30脚,基准地是35脚,这4个脚是解地。
(5)负电压产生电路:
负电压电源可以从电路外部直接使用7905等芯片来提供,但是要求供电需要正负电源,通常采用简单方法,利用一个+5V供电就可以解决问题。
(6)如果上面的所有连接和电压数值都是正常的,没有短路和开路的故障,那么,电路可以正常工作了。
利用一个电位器和指针万用表的电阻X1档,我们可以分别调出50mV,100mV,190mV三种电压表,把他们依次输入到ICL7107的第31脚,数码管应该分别显示50.0,100.0,190.0的数值,允许有2到3个字的误差。
(7)ICL7107也经常使用在+-1.999V量程,这时候,芯片27,28,29的元件数值更改为0.22uF,470K,0.047uF阻容网络,并且把36引脚调到1.000V就可以使用在+-1.999V量程。
五、实验数据及处理
5.1﹑调试仪器
可调直流电源,可调范围:
0~200mV:
万用表,精度:
0.1mV。
5.2﹑调试方法
1.电压测量调试:
用该表测量一个电压,再用万用表测量,分别记录电压值。
2.用电位器调试:
首先用整数的电压测量,观察是否能正确测量,然后调节电源电压到小数量程的电压值进行测量,观察是否能正常测量。
5.3﹑测试结果分析
1.电压测量:
由测量可知该表测量电压较准确,与万用表有一定差异应是分压电阻和模拟开关的导通电阻引起的。
2.自动切换量程测试:
由测量可知自动切换量程功能能够实现。
5.4硬件实物图
5.5﹑元器件清单
ICL7107芯片一个,5个非极性电容,4个电阻和1个电位器;
六、收获体会
这次课程设计当中我真正体会到什么是学以致用,第一次体会到用自己所学的知识做出了数据电压表,在以前自己是想都不敢想的,而现在自己竟然做了出来,所以我心中有一种成就感。
虽然这次课程设计理论与实践基本完成,但在实践的过程中存在许多问题,比如说当测量时得不到理论上的要求,电路焊接杂乱等。
所以在以后的实验当中,我们在实验之前第一件事应该检查元器件,而不是动手连线。
连接固然重要但我个人认为比这个更重要的是在连线之前要检查好元器件。
希望以后有更多这样的机会来锻炼自己的动手能力,使自己所学的东西活学活用。
最后衷心感谢老师在课程设计中给我的指导。
七、参考文献
(1)《PROTEL电路设计教程》,江西敏﹑姚鹏冀、胡荣等篇著,清华大学出版社2003
(2)《常用电子测量仪器的使用》,【英】A.M.L鲁特金著、谢瑞和、黄志良、、谢白美、王观兰译电子工业出版社1999
(3)《数字电路与逻辑设计》,刘浩斌(主编)汪良能、刘鑫、刘伟(编著),电子工业出版社2001
(4)《数字万用表的原理、使用与维修》,沙占为(编著)电子工业出版社1988
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