基于ICL7107數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)制作

1、基于ICL7107的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)人： *設(shè)計(jì)時(shí)間： 2014. 8. 12014. 8. 7摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電壓表的種類越來(lái)越多，功能越來(lái)越豐富，當(dāng)然應(yīng)用的領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，給人們的工作和生活帶來(lái)許多方便。本文主要介紹的是基于ICL7107數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)，ICL7107是目前廣泛應(yīng)用于數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)是一種集三位半轉(zhuǎn)換器段驅(qū)動(dòng)器位驅(qū)動(dòng)器于一體的大規(guī)模集成電路，ICL7107是目前廣泛應(yīng)用于數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)的一種31/2位A/D轉(zhuǎn)換器，能夠直接驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極數(shù)字顯示器，夠成數(shù)字電壓表，此電路簡(jiǎn)潔完整，稍加改造就可以夠成其他電路，如數(shù)字電子秤、數(shù)字溫度計(jì)的等專門傳感器的測(cè)量工具。ICL

2、7107是目前廣泛應(yīng)用于數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)是一種集三位半轉(zhuǎn)換器段驅(qū)動(dòng)器、位驅(qū)動(dòng)器于一體的大規(guī)模集成電路，主要用于對(duì)不同電壓的測(cè)量和許多工程上的應(yīng)用，調(diào)頻接口電路，它采用的是雙積分原理完成A/D轉(zhuǎn)換，全部轉(zhuǎn)換電路用CMOS大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)。應(yīng)用了ICL7107芯片數(shù)碼管顯示器等，芯片第一腳是供電，正確電壓時(shí)DC5V，連接好電源把所需要測(cè)量的物品連接在表的兩個(gè)端口，從而可以在顯示器上看到所需要的結(jié)果。在軟件設(shè)計(jì)上，主要編寫了實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)頻率的調(diào)節(jié)和單片機(jī)功能的相關(guān)程序，,最后把軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)結(jié)合到一起，然后進(jìn)行調(diào)試。本文闡述了硬件設(shè)計(jì)中具體的硬件結(jié)構(gòu)和功能和軟件設(shè)計(jì)中具體寫入的程序還有相應(yīng)的調(diào)試過(guò)程。

3、目 錄摘 要2第一章 緒論31.1 數(shù)字電壓表的概術(shù)31.2 數(shù)字電壓表的結(jié)構(gòu)41.3 數(shù)字電壓表應(yīng)用領(lǐng)域41.4設(shè)計(jì)目的4第二章 課程設(shè)計(jì)方案、要求、任務(wù)實(shí)驗(yàn)原理52.1方案選擇52.2 系統(tǒng)方框圖62.3設(shè)計(jì)要求62.4設(shè)計(jì)任務(wù)72.5實(shí)驗(yàn)原理7ICL71078第一章 緒論1.1 數(shù)字電壓表的概術(shù) 電表是常用的電學(xué)測(cè)量?jī)x器，有關(guān)電表的基本原理和應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中是不可缺少的，我們把數(shù)字電表基本原理和應(yīng)用技術(shù)引入普通電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，其原因是：數(shù)字儀表應(yīng)用日益廣泛；數(shù)字電表基本原理簡(jiǎn)單，它也是一種比較法，對(duì)電容器在待測(cè)電壓Vx與參考電壓下的充、放電時(shí)間關(guān)系進(jìn)行比較。了解了數(shù)字電表基本原理及常

4、用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片外圍元件的作用、參量選擇原則后可在萬(wàn)用表設(shè)計(jì)中靈活應(yīng)用數(shù)字電表的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。隨著科學(xué)的發(fā)展，數(shù)字電壓表應(yīng)用越來(lái)越廣泛，下面介紹一下數(shù)字電壓表的組成和應(yīng)用領(lǐng)域。1.2 數(shù)字電壓表的結(jié)構(gòu)數(shù)字電壓表有以下幾個(gè)個(gè)組成部分： ICL7107芯片LED數(shù)字顯示器三位半驅(qū)動(dòng)段驅(qū)動(dòng)位驅(qū)動(dòng) 數(shù)字電壓具有以下九大特點(diǎn)： 1.顯示數(shù)據(jù)直觀，度數(shù)準(zhǔn)確。 2.準(zhǔn)確度高。 3.分辨率高。 4.測(cè)量范圍寬。 5.擴(kuò)展能力強(qiáng)。 6.測(cè)量速率高。 7.輸入阻抗高。8.集成度高，微功耗。 9.抗干擾能力強(qiáng)。1.3 數(shù)字電壓表應(yīng)用領(lǐng)域數(shù)字電壓表通常被應(yīng)用以下任務(wù)： 1.對(duì)一些工程上的測(cè)量； 2.完成大規(guī)模集成電路的

5、轉(zhuǎn)換； 3.應(yīng)用于大規(guī)模的數(shù)字測(cè)量； 4.實(shí)現(xiàn)三位半集成電路的應(yīng)用和其他電路的應(yīng)用；本文主要是研究基于ICL7107芯片、數(shù)字顯計(jì)數(shù)器的應(yīng)用。1.4設(shè)計(jì)目的1.綜合運(yùn)用數(shù)字電路和模擬電路，鞏固所學(xué)知識(shí)。2.了解雙積分A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理。3.掌握ICL7107構(gòu)成數(shù)字直流電壓表的方法。4.了解數(shù)字顯示電路的擴(kuò)展應(yīng)用。5.了解產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本思路和方法。6.掌握常用電子元件的選擇方法和元件參數(shù)的。7.加強(qiáng)計(jì)算機(jī)運(yùn)用、查閱資料和獨(dú)立完成電路設(shè)計(jì)的能力。第二章 課程設(shè)計(jì)方案、要求、任務(wù)實(shí)驗(yàn)原理2.1方案選擇本次設(shè)計(jì)主要芯片有ICL7107和共陽(yáng)極半導(dǎo)體數(shù)碼管LED組成。本方案的主要特點(diǎn)是：1. 能夠

6、直接驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極的LED顯示器，不需要外加驅(qū)動(dòng)原件，使整機(jī)線路簡(jiǎn)化。2. 采用+5V和-5V兩組電源供電。3. LED屬于電池控制原件，芯片本身功耗較小。4. 顯示亮度較高。2.2 系統(tǒng)方框圖本文的電壓表是一個(gè)3位半直流電壓測(cè)量的數(shù)字式電壓表。設(shè)計(jì)量程為20.0V，并能顯示負(fù)電壓。電壓值顯示穩(wěn)定，讀數(shù)方便。2.3設(shè)計(jì)要求1. 利用芯片ICL7107來(lái)實(shí)現(xiàn)電路功能；2. 選擇合適的電阻、電容、液晶顯示器等器件；3. 完成全電路理論設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試，并畫出電路原理圖；4. 撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告；5. 上交制作產(chǎn)品一件。2.4設(shè)計(jì)任務(wù)1. 設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓表電路；2. 通過(guò)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字測(cè)量；。 3. 測(cè)

7、量范圍：直流電壓0V-20V，可顯示負(fù)電壓。4. 組裝調(diào)試數(shù)字電壓表。5. 畫出數(shù)字電壓表電路原理圖，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。2.5實(shí)驗(yàn)原理下面闡述它的引腳功能和外圍元件參數(shù)的選擇。ICL7107雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器引腳功能、外圍元件參數(shù)的選擇。圖2.5-2 ICL7107芯片引腳圖ICL7107芯片的引腳圖如圖2.5-2所示，它與外圍器件的連接圖如4所示。圖4中它和數(shù)碼管相連的腳以及電源腳是固定的，所以不加詳述。芯片的第32腳為模擬公共端，稱為COM端；第34腳Vr+和35腳Vr-為參考電壓正負(fù)輸入端；第31腳IN+和30腳IN-為測(cè)量電壓正負(fù)輸入端； Cint和Rint分別為積分電容和積分電阻，Caz為

8、自動(dòng)調(diào)零電容，它們與芯片的27、28和29相連，電阻R1和C1與芯片內(nèi)部電路組合提供時(shí)鐘脈沖振蕩源，從40腳可以用示波器測(cè)量出該振蕩波形，該腳對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀上示波器接口CLK，時(shí)鐘頻率的快慢決定了芯片的轉(zhuǎn)換時(shí)間（因?yàn)闇y(cè)量周期總保持4000個(gè)Tcp不變）以及測(cè)量的精度。圖4 - 電壓表原理圖由原理圖設(shè)計(jì)的PCB板如下所示：圖5 PCB圖1.3LED顯示屏 采用2個(gè)共陽(yáng)級(jí)二位數(shù)碼管進(jìn)行顯示，芯片ICL7107可以直接驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)型數(shù)碼管，不需要驅(qū)動(dòng)電路。最高位只起到顯示1和-的作用，第二位可以顯示小數(shù)點(diǎn)。調(diào)試工作單一、 儀器，儀表準(zhǔn)備1. 雙路直流穩(wěn)壓電源 （一臺(tái)）。2. 4位半數(shù)字萬(wàn)用表 （一臺(tái)）。二、

9、 調(diào)試內(nèi)容及步驟1、接+5V供電電源，將37腳（TEST）接+5V，數(shù)碼管各段及百位小數(shù)點(diǎn)均點(diǎn)亮，說(shuō)明顯示正常。2、調(diào)電位器使36腳（Vref+）為100mV,再將兩測(cè)試輸入端外接應(yīng)顯示00.0。（注：調(diào)基準(zhǔn)電壓100mV 時(shí)，最好接432穩(wěn)壓電源來(lái)調(diào)試，這樣防止直流穩(wěn)壓源電壓波動(dòng)影響調(diào)試結(jié)果）3、將4位半數(shù)字表?yè)苤?0V檔作為標(biāo)準(zhǔn)表并與本表兩端輸入端并聯(lián)，用不同直流電壓記錄兩表顯示值（見(jiàn)表1）。三、 誤差原因分析及改進(jìn)建議1、在調(diào)基準(zhǔn)電壓100mV時(shí)，由于50Hz紋波影響，無(wú)法調(diào)到精確值而對(duì)最終顯示電壓產(chǎn)生影響，對(duì)于后兩位數(shù)值跳動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)在輸入電源處并聯(lián)一個(gè)0.1uF和一個(gè)470uF電容，

10、可抑制跳動(dòng),同時(shí)應(yīng)增大接地線的截面積。 2、在擴(kuò)程電路中，采用的是10K與1M的電阻，分壓比例為1:101，達(dá)不到1:100的精確度從而使結(jié)果有誤差，本數(shù)字表誤差為1-3mV，應(yīng)嚴(yán)格采用比例電阻，使用高度精確的電阻來(lái)減少誤差。表1測(cè)試電壓（V）0.10.51510151820-54位半值數(shù)字表 (V)-1.065.0699.99414.96-本設(shè)計(jì)數(shù)字表 (V)-1.055.049.9614.9- 調(diào)試人：* 指導(dǎo)老師：* 2014.8.8數(shù)字電壓表使用說(shuō)明書（一）、概述該儀表是一種性能穩(wěn)定、用+5V電源驅(qū)動(dòng)的高可靠性數(shù)字電壓表。儀表采用兩個(gè)共陽(yáng)型LED數(shù)碼管組成三位半數(shù)字顯示019.9V、讀

11、數(shù)清晰、方便使用。該儀表專門用來(lái)測(cè)量直流電壓，是實(shí)驗(yàn)室，維修工人的理想工具。是一臺(tái)性能優(yōu)越的儀表。（二）、安全事項(xiàng)該儀表在設(shè)計(jì)上符合IEC1010條款（國(guó)際電工委員會(huì)頒布的安全標(biāo)準(zhǔn)），在使用之前，請(qǐng)先閱讀安全注意事項(xiàng)。  1 測(cè)量電壓時(shí)，請(qǐng)勿輸入超過(guò)直流20V的極限電壓。2 測(cè)量前要檢查表筆是否可靠接觸，是否正確連接、是否絕緣良好等。 3 電壓表的電源供電端子，不能反接，否則會(huì)燒毀電壓表，電壓表供電電壓不能低于或高于 +5V。4 電位器的調(diào)試端不能隨意調(diào)動(dòng)，否則會(huì)影響測(cè)試準(zhǔn)確度。（三）、操作面說(shuō)明（四）、特性1. 顯示方式:LED數(shù)碼管顯示。2. 最大顯示：19.9V電壓，輸入負(fù)電壓自動(dòng)極性顯示。（五）、使用方法1. 將電壓表供電端子按其極性接+5V的電壓。2. 將測(cè)試線跨接在被測(cè)電路上，藍(lán)色線所接的該點(diǎn)電壓與極性顯示在屏幕上。注意：1. 電壓表供電電壓極性，切勿反接或低于或高于+5V否則會(huì)燒毀電壓表，或不能測(cè)試。2. 輸入電壓切勿超過(guò)20V，否則會(huì)燒毀電壓表。（六）、儀表的保養(yǎng)該儀表是一臺(tái)精密儀器，使用者不要隨意更改電路。附：元件清單名稱符號(hào)參數(shù)封裝電解電容C1，C2，C3，C4C103,C224,C473,C10