數(shù)字電壓表課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、<p><b>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　課題：數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)</p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　學(xué)院：信 息學(xué) 院</p><p>　　姓名學(xué)號(hào)： …………</p><p>　　班級(jí)： </p

2、><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一．設(shè)計(jì)課題3</b></p><p><b>　　二．設(shè)計(jì)要求3</b></p><p><b>　　三．設(shè)計(jì)方案3</b></p><p>　　1、

3、主要芯片的選擇3</p><p>　　2、量程轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)4</p><p>　　3、電壓顯示的實(shí)現(xiàn)5</p><p>　　4、小數(shù)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)6</p><p>　　5、電源濾波電路：6</p><p><b>　　四．實(shí)驗(yàn)過(guò)程7</b></p><p>　　五．調(diào)

4、試過(guò)程、參數(shù)測(cè)試及結(jié)果分析8</p><p><b>　　1.調(diào)試過(guò)程：8</b></p><p><b>　　2.參數(shù)測(cè)試：9</b></p><p>　　3.結(jié)果及其分析：9</p><p>　　六．設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試中的體會(huì)10</p><p><b>

5、;　　七．附錄11</b></p><p>　　附錄A 數(shù)字電壓表原理圖11</p><p>　　附錄B PCB板圖11</p><p>　　附錄C 數(shù)字電壓表實(shí)物圖11</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)課題：</b></p><p>　　液晶（或發(fā)光二極管）顯示的3.1/

6、2位數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　主要技術(shù)指標(biāo)：直流電壓測(cè)量范圍0~200V，共分四擋：200mv、2v、20v和200v；分辨率0.1mv。</p><p>　　主要功能要求：具有正、負(fù)電壓極性顯示，小數(shù)點(diǎn)顯示、超量程顯示，量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換等功能。</p><p>

7、;　　學(xué) 習(xí) 要 求：了解三位半數(shù)字電壓表的基本構(gòu)成；掌握雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理，以及通用數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)方法與調(diào)試技術(shù)。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　1、主要芯片的選擇：</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)要將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，本將數(shù)字量通過(guò)計(jì)數(shù)譯碼電路變換成筆段碼。由于對(duì)轉(zhuǎn)換速度沒(méi)有要

8、求，則可以選擇雙積分型ADC轉(zhuǎn)換器，又由于要對(duì)數(shù)字量進(jìn)行譯碼，則可以選擇ICL7107型ADC，其主要缺點(diǎn)是精度比較低，且內(nèi)部電壓轉(zhuǎn)換和控制部分不可控制。優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉。</p><p>　　ICL7107功能介紹：</p><p>　　雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7107是一種間接A/D轉(zhuǎn)換器。它通過(guò)對(duì)輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時(shí)間間隔，然后

9、利用脈沖時(shí)間間隔，進(jìn)而得出相應(yīng)的數(shù)字性輸出。它包括積分器、比較器、計(jì)數(shù)器，控制邏輯和時(shí)鐘信號(hào)源。</p><p>　　計(jì)數(shù)器對(duì)反向積分過(guò)程的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)?？刂七壿嫲ǚ诸l器、譯碼器、相位驅(qū)動(dòng)器、控制器和鎖存器。 分頻器用來(lái)對(duì)時(shí)鐘脈沖逐漸分頻，得到所需的計(jì)數(shù)脈沖fc和共陽(yáng)極LED數(shù)碼管公共電極所需的方波信號(hào)fc。 譯碼器為BCD-7段譯碼器，將計(jì)數(shù)器的BCD碼譯成LED數(shù)碼管七段筆畫組成數(shù)字的相

10、應(yīng)編碼。 驅(qū)動(dòng)器是將譯碼器輸出對(duì)應(yīng)于共陽(yáng)極數(shù)碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅(qū)動(dòng)相應(yīng)筆畫的方波。</p><p>　　控制器的作用有三個(gè)：第一，識(shí)別積分器的工作狀態(tài)，適時(shí)發(fā)出控制信號(hào)，使各模擬開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)，A/D轉(zhuǎn)換器能循環(huán)進(jìn)行。第二，識(shí)別輸入電壓極性，控制LED數(shù)碼管的負(fù)號(hào)顯示。第二，當(dāng)輸入電壓超量限時(shí)發(fā)出溢出信號(hào)，使千位顯示“1" ，其余碼全部熄滅。釣鎖存器用來(lái)存放A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，鎖存器的輸

11、出經(jīng)譯碼器后驅(qū)動(dòng)LED 。它的每個(gè)測(cè)量周期自動(dòng)調(diào)零（AZ）、信號(hào)積分（INT）和反向積分（DE）三個(gè)階</p><p>　　2、量程轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)：</p><p>　　各擋量程可以用多個(gè)電阻組成的電阻衰減網(wǎng)咯以及一個(gè)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)量程的手動(dòng)轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)如下圖。各檔量程為200mv、2v、20v、200v、1000v五個(gè)不同檔位，其中200mv為基本量程輸入阻抗Ri=R7+R9+R10+R13+R14

12、=10M，各檔位衰減后的電壓Vx與輸入的電壓Vi關(guān)系為：Vx=Vi.Rx/Ri，式中，Rx為開(kāi)關(guān)S1的動(dòng)端對(duì)地的電阻。R12為限流電阻，保險(xiǎn)絲起過(guò)載保護(hù)電路，兩只二極管和電容C9起過(guò)壓保護(hù)電路。</p><p>　　3、電壓顯示的實(shí)現(xiàn)：</p><p><b>　?、艛?shù)碼管顯示原理</b></p><p>　　圖1.1-6數(shù)碼管原理圖</

13、p><p>　　設(shè)計(jì)中采用的是4段LED數(shù)碼管來(lái)顯示電壓值。LED具有耗電低、亮度高、視角大、線路簡(jiǎn)單、耐震及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，它由4個(gè)發(fā)光二極管組成，其中3個(gè)按‘8’字型排列，另一個(gè)發(fā)光二極管為圓點(diǎn)形狀，位于右下角，常用于顯示小數(shù)點(diǎn)。把4個(gè)發(fā)光二極管連在一起，公共端接高電平，叫共陽(yáng)極接法，相反，公共端接低電平的叫共陰極接法，我們采用共陰極接法。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一段筆畫或點(diǎn)就發(fā)亮，從而形成不同的發(fā)光字符。其8段

14、分別命名為dp g f e d c b a。例如，要顯示“0”，則dp g f e d c b a分別為：00111111B；若要顯示多個(gè)數(shù)字，只要讓若干個(gè)數(shù)碼管的位碼循環(huán)為高電平就可以了。</p><p><b>　?、茢?shù)碼管的顯示電路</b></p><p><b>　　4、小數(shù)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)：</b></p><p>　　

15、和量程檔的選擇一樣，小數(shù)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)也要用到短路帽，當(dāng)Header 3X2的1和2短接時(shí)從左到右的第一個(gè)數(shù)碼管亮；當(dāng)Header 3X2的3和4短接時(shí)從左到右的第二個(gè)數(shù)碼管亮；當(dāng)Header 3X2的5和6短接時(shí)從左到右的第三個(gè)數(shù)碼管亮。</p><p>　　圖1.1-8.小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)電路</p><p><b>　　5、電源濾波電路：</b></p><

16、;p>　　圖1.1-2濾波電路</p><p>　　如上圖所示，電路圖的作用為濾波，通過(guò)兩個(gè)電容將電源的交流成分濾掉，其目的為穩(wěn)定電源輸入量，減小因電源中的交流成分帶來(lái)的不穩(wěn)定及對(duì)電路的損害。</p><p><b>　　四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程</b></p><p>　　該課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是要求我們自己利用ICL7107及電阻電容去設(shè)計(jì)一個(gè)三位

17、半的數(shù)字電壓表，能夠?qū)崿F(xiàn)200mv、2v、20v、200v、1000v五個(gè)不同檔位的電壓測(cè)量。整個(gè)過(guò)程以下環(huán)節(jié)：畫原理圖，PCB布局，電路版的打印及制作，打孔，焊錫元器件，調(diào)試，誤差分析等。整個(gè)過(guò)程要求我們先學(xué)會(huì)Altium Designer Release 10或者Altium Designer Release 6.9或者protel 99se等軟件將原理圖畫出來(lái)及PCB的布局連線；其次制作PCB板時(shí)時(shí)要求我們掌握如何去打印PCB圖，

18、讓我們知道了電路板上的銅線是怎么布上去的；然后在錫焊元器件的時(shí)候從很大一部分考驗(yàn)了我們錫焊的功底，同時(shí)又鍛煉了我們的錫焊能力，提高了我們對(duì)錫焊能力培養(yǎng)的重視；最后在調(diào)試和誤差分析的時(shí)候，讓我知道在做電子類的產(chǎn)品的時(shí)候，并不是所有的理論在實(shí)踐中都管用，讓我們知道了理論和實(shí)踐之間還是有很大的距離，提醒我們實(shí)踐出真知，只有通過(guò)實(shí)踐我們才可以更好的掌握和理解書本上理論。即主要為下面七步：</p><p>　　1、理解數(shù)字

19、電壓表的原理。</p><p>　　2、用AD6.9畫出數(shù)字電壓表的原理圖，然后合理布線。</p><p>　　3、去制版室制作PCB板。</p><p>　　4、找齊元器件，焊接到PCB板上。</p><p>　　5、進(jìn)行調(diào)試，并測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　6、誤差分析。</b>

20、</p><p><b>　　7、寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。</b></p><p>　　五．調(diào)試過(guò)程、參數(shù)測(cè)試及結(jié)果分析</p><p><b>　　1.調(diào)試過(guò)程：</b></p><p>　　將已知的待測(cè)電壓從數(shù)字電壓表的兩個(gè)輸入端輸入，接入正、負(fù)電源，先調(diào)節(jié)電位器RP使基本量程為200mv是的基準(zhǔn)電壓Vre

21、f=100mv，然后在電壓表輸入端Vx接入被測(cè)直流電壓199.9mv或1.999v，這時(shí)顯示器上分別顯示199.9mv或1.999v。調(diào)試時(shí)應(yīng)該注意小數(shù)點(diǎn)的定位開(kāi)關(guān)S2與量程開(kāi)關(guān)S1要分別對(duì)應(yīng)。電路調(diào)試完成后，其他檢查步驟如下：</p><p>　　1、零電壓測(cè)量。將正輸入端V+與負(fù)輸入端V-短接，儀表應(yīng)顯示“0000”。</p><p>　　2、基準(zhǔn)電壓測(cè)量。將V+與VREF+短接，讀書

22、為99~101mv。 </p><p>　　3、顯示器筆端全亮測(cè)試。將TEST端（第37引腳）與VDD短接，讀數(shù)應(yīng)該為1888.</p><p>　　4、負(fù)號(hào)與溢出功能檢測(cè)，將V+與VEE短接，應(yīng)顯示“—”號(hào)。當(dāng)Vi超過(guò)量程后即溢出，千位應(yīng)該顯示“1”。而百位、個(gè)位、十位均不亮。</p><p><b>　　2.參數(shù)測(cè)試：</b></p&

23、gt;<p>　　用萬(wàn)用表測(cè)量ICL7107的35和36號(hào)管腳的電壓，使輸入電壓接近100mv。</p><p><b>　　3.結(jié)果及其分析：</b></p><p><b>　　⑴數(shù)據(jù)結(jié)果如圖</b></p><p>　　圖1.1-9.電壓表測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果</p><p><b

24、>　　⑵誤差分析</b></p><p>　　由上圖可知我自己做的電壓表測(cè)的電壓不是很準(zhǔn)確，通過(guò)計(jì)算和測(cè)量發(fā)現(xiàn)有一下原因：</p><p>　　(1)在量程選檔的5個(gè)電阻值R5—R9并不是完全為9.1M,910K,91K和1K，其用到的電阻的測(cè)量值為10.2M,910.2k,89.2K和0.96K；通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)電阻值整體取的較高，所以所測(cè)量的電壓相對(duì)與標(biāo)準(zhǔn)電壓值要小。&l

25、t;/p><p>　　(2)觀察到測(cè)量電壓越大，誤差也越大，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)電壓的校準(zhǔn)時(shí)用萬(wàn)用表測(cè)的ICL7107的35和36號(hào)管腳的電壓不為標(biāo)準(zhǔn)的100mv，約為82.8mv。</p><p>　　(3)電路所選擇的ADC為雙積分型，其本身精度不是很高。</p><p>　　六．設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試中的體會(huì)</p><p>　　做了這個(gè)數(shù)字電壓表，從設(shè)計(jì)電

26、路，到焊接，到調(diào)試，到最后成功的做出來(lái)一個(gè)完全屬于自己的電壓表，我將模擬電路和數(shù)字電路的理論應(yīng)用與實(shí)際的電子產(chǎn)品中，讓我對(duì)于理論有一個(gè)更深的理解，同時(shí)也讓我知道理論和實(shí)踐之間是有差別的，只有加強(qiáng)自己的動(dòng)手能力，學(xué)好理論的同時(shí)，多多實(shí)踐，才能夠?qū)⒗碚撨\(yùn)用于實(shí)踐。在實(shí)踐時(shí)一個(gè)小小的細(xì)節(jié)，就可能導(dǎo)致失敗，我有一個(gè)錯(cuò)誤，幸好及時(shí)發(fā)現(xiàn)了，我暗自慶幸，可是我必須記住這個(gè)教訓(xùn)呀，以后不能再向這樣馬虎，不然后面在努力也是白費(fèi)，因?yàn)槲乙婚_(kāi)始就是錯(cuò)的?？茖W(xué)