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1、位数字电压表摘要 数字电压表主要分为四部分：测量部分、显示部分、脉冲部分、供电部分。测量部分是通过4位半双积分式A/D转换器ICL7135芯片实现。ICL7135对模拟电压进行A/D转换，输出BCD码，并自动输出极性判断信号，同时ICL7135用动态扫描传送数据使数码管亮灭的时间间隔短，保证了测量结果的稳定显示。74LS47和共阳数码管是显示部分，74LS74译码器接收ICL135的BCD码译码成控制信号去点亮数码管，从而显示出所测的模拟电压值。用ICM7556配上合适的电阻电容组成多谐振荡器作为脉冲部分产生标准的137KHz频率提供ICL7135工作时针信号。外接+5V和74HC04产生的-
2、5V是供电部分给整个电路供电。整个设计利用反相器与555结合产生-5V给ICL7135供电降低了电路的供电要求。选用ICL7135使显示变得简单而又稳定。关键字 数字电压表 A/D转换 数码管 译码器 ICL7135DIGITAL VOLTMETERAbstract digital voltmeter measurement are mainly divided into four parts: part, that part, pulse, power supply. Measurement part is through four half A/D converter ICL7135 ch
3、ip. ICL7135 to simulate A/D conversion voltage output, and automatic BCD output signal, and ICL7135 polarity judgment with dynamic scanning GuanLiang digital data transmission to destroy the time interval is short, guarantee the stability of measurement results. 74LS47 and Yang digital display 74LS7
4、4 part, is receiving the decoder ICL135 BCD decoding into the control signal to light, which showed that the simulation test voltage values. ICM7556 with matching appropriate resistance composed many harmonic oscillator as capacitance have standard 137KHz pulse frequency signal. ICL7135 provide work
5、ing hour External + 5V and 74HC04 produces - for the part is 5V circuit power supply. The whole design using inverter and combined to produce 555-5V circuit ICL7135 power supply decreased. ICL7135 choose to display become simple and stable.Key words The digital voltmeter A/D conversion Digital tube
6、Decoder ICL7135目录1 前言11.1总体方案设计论证21.1.1设计要求31.1.2设计目的31.2数字电压表的特点及发展趋势31.2.1 数字电压表的特点41.2.2 数字仪表的发展趋势52 数字电压表的基本组成原理及电路设计72.1数字电压表基本原理及系统框图72.2 输入滤波电路及负电源组成原理72.3 位A/D转换器ICL7135的功能介绍82.4 ICM7556时钟振荡器92.5 驱动器、译码器、数码显示器93 调试要点及测试方法103.1调试要点及测试方法10 3.2故障及排除 104 设计心得与体会11参考文献12附录：131 前言随着电子科学技术、传感技术、自动控
7、制技术和计算机的发展，电阻、电压、电流等数值的测量变得越来越常见，其中电压的测量最为常见。传统的指针式电压表应经无法满足如今高精度的要求，数字电压表的诞生很好地解决了这一问题。数字电压表(Digital Voltmeter)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。且数字电压表精度高，抗干扰能力强，可扩展性强，集成方便,读数方便。目前由各种A/D转换器构成的数字电压表,已被广泛应用于电子及电工测量，工业自动化仪表，自动测试系统等智能化测试领域，显示出强大的生命力。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电
8、量及非电量测量技术提高到站新水平。综上所述，数字电压表在现在及将来都会有广大的应用。1.1总体方案设计论证1.1.1设计要求1. 设计数字电压表电路。2.测量范围，0199.99mV,01.9999V,019.999V,0199.99V。3.用199.99mV或1.9999V的模拟电压作为输入，校准电压表的读数。4. 选做内容：自动量程切换。1.1.2设计目的1电子技术课程设计是学习电子技术十分重要的环节之一，是对学习电子技术知识的综合性实践训练。对于巩固所学的电子技术理论知识，培养解决实际问题的能力，加强基本的技能训练具有明显的积极作用。2. 掌握数字电压表的设计原理，组装、焊接与调试方法。
9、3. 熟悉集成电路ICL7135、ICM7556、74HC04、74LS47的使用方法，并掌握其工作原理。1.2数字电压表的特点及发展趋势数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表(如：温度计、湿度计、酸度计、重量、厚度仪等)，几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化仪表等各个领域。因此对数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。数字电压表简称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。1.2.1 数字电压表的特点1显示清晰直观，读数准确传统的模拟式仪
10、表必须借助于指针和刻度盘进行读数，在读数过程中不可避免的会引入人为的测量误差。数字电压表则采用先进的数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳读现象，测量结果就是唯一的。新型数字电压表还增加了标志符显示功能，包括测量项目、符号单位和特殊符号、为解决DVM不能反映被测电压的连续变化过程以及变化趋势这一难题，一种数字/模拟条图仪表业已问世。模拟图条（Anal of Bargraph）有双重含义：第一，被测量为模拟量；第二，利用条状图形来模拟被测量的大小及变化趋势。这类仪表将数字显示与高分辨率模拟条图显示集于一身，兼有DVM与模拟电压表之优点。智能数字电压表均带微处理器和标准接口，可配合计算机和
11、打印机进行数据处理或自动打印，构成完整的测试系统。2显示位数显示位数通常为31/2位、32/3位、33/4/位、41/2位、43/4位、51/2位、61/2位、71/2位、81/2位共9种。判定数字仪表的位数有两条原则：能显示09所有数字的位是整数位；分数位的数值是以最大显示值中最高位数字为分子，用满量程时最高数字作分母。例如，某数字仪表的最大显示值为1999，满量程计数值为2000，这表明该仪表有3个整数位，而分数位的分子为1，分母是2，故称之为31/2位，读作三位半。 3准确度高准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。4分辨率高数字电压表在最低电压量程上末位1个字所代表的电压值，称为仪
12、表的分辨力，它反映仪表灵敏度的高低。分辨力随显示位数的增加而提高。分辨率是指所能显示的最小数字（零除外）与最大数字的百分比。例如31/2位DVM的分辨率为1/19990.05。需要指出，分辨力与准确度属于两个不同的观念。从测量角度看，分辨力是虚指标（与测量误差无关），准确度才是实指标（代表测量误差的大小）。5测量范围宽多量程DVM一般可测量01000V直流电压，配上高压探头还可测上万伏的高压。6扩展能力强在数字电压表的基础上，还可扩展成各种通用及专用数字仪表、数字多用表（DMM）和智能仪表，以满足不同的需要。7测量速度快数字电压表在每秒钟内对被测电压的测量次数，叫测量速率，单位是次/S。它主要
13、取决于A/D转换器的转换速率，其倒数是测量周期。8输入阻抗高数字电压表具有很高的输入阻抗，通常为10M10000M，最高可达1T。9集成度高，微功耗新型数字电压表普遍采用CMOS大规模集成电路，整机功耗很低。10抗干扰能力强51/2位以下的DVM大多采用积分式A/D转换器，其串模抑制比、共模抑制比各别可达100dB、80120dB。高档DVM还采用数字滤波、浮地保护等先进技术，进一步提高了抗干扰能力，共模抑制比可达180dB。1.2.2 数字仪表的发展趋势采用新技术、新工艺，由LSI和VLSI构成的新型数字仪表及高档智能仪器的大量问世，标志着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先
14、河。1广泛采用新技术，不断开发新产品2模块化的发展方向新一代数字仪表正朝着标准模块化的方向发展。预计在不久的将来，许多数字仪表将由标准化、通用化、系列化的模块所构成，给电路设计和安装调试、维修带来极大方便。表面安装技术（SMT）和表面安装元器件（SMD）将获得普遍应用。这项技术被誉为世界电子工艺技术的一项重要突破。所谓表面安装是将微型化的表面安装集成电路（SMIC）和表面安装元件，用粘贴工艺直接安装在印刷板上，再用波峰焊接机焊接，由此取代传统的打孔焊接工艺，使印刷板安装密度大为增加，可靠性得到明显提高。 3多重显示仪表为彻底解决数字仪表不便于观察连续变化量的技术难题，数字/模拟条图双显示仪表已
15、成为国际流行款式，它兼有数字仪表准确度高、模拟式仪表便于观察被测量的变化过程及变化趋势的两大优点。模拟条图大致分成三类：液晶（LCD）条图，呈断续的条状，这种显示器的分辨力高、微功耗，体积小，低压驱动，适于电池供电的小型化仪表。等离子体（PDP）光柱显示器，其优点是自身发光，亮度高，显示清晰，观察距离远，分辨力较高，缺点是驱动电压高，耗电较大。LED光柱，它是由多只发光二极管排列而成。这种显示器的亮度高，成本低，但象素尺寸较大，功耗高，驱动电路复杂。4安全性仪器仪表在设计和使用中的安全性，对于生产厂家和广大用户都是至关重要的问题。一方面厂家必须为仪表设计安全保护电路，并使之符合国际标准（例如美
16、国UL认证，欧洲GS认证，ISO9001国际标准质量认证）；另一方面用户必须安全操作，时刻注意仪表上的各种安全警告指示。仪表的保护电路在于最大限度的减小或防止因误操作而造成的危害。以DMM为例，常见的误操作是用电流档或电阻档去测量电压。5操作简单化本次课程设计我们仅选数字电压表中的数字电压表来进行设计。2 数字电压表的基本组成原理及电路设计2.1数字电压表基本原理及系统框图数字电压表的基本原理：数字电压表(digital voltmeter)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。如图1所示，本系统所设计的4 1/2电压表
17、由ICL7135-4 1/2位A/D转换器、三极管9013驱动阵列、74LS47BCD到七段锁存-译码-驱动器、共阳极LED发光管、基准电源、时钟及量程开关电路组成。4 1/2位是指十进制0000019999，只有4位完整显示位，其数字范围为09，而其最高位只能显示0或1，故称为半位。基本质量的快速判别：送入+5V直流稳压电源，屏幕上面应该显示随机数字，用金属短接两个输入端口，屏幕上应该显示“0000”，利用指针万用表的X1电阻档，输入到表头的信号输入端口，屏幕上应该显示电池的数字。交换输入信号的极性，应该有负号出现。经过这样一轮的测试，如果都没有问题，表头就可以准备使用了。校准测量精度：可以
18、使用最简单的方法校准，就是使用一只数字万用表监视着芯片第二引脚的电压，微调多圈电位器，使读数等于1.0000V，然后输入一个信号电压，用数字万用表监视读数是否一致，如果不一致，再仔细微调多圈电位器令其达到一致。量程开关基准电压源4 1/2A/D电路显示电路字型译码驱动电路 时钟电路字位驱动电路 图1 数字电压表系统框图2.2 输入滤波电路及负电源组成原理在ICL7135的信号输入端，即“INLO-”“INHI+”两个管脚(3、4)与被测电压VX之间接100和0.1uF的RC滤波器，以提高整体抗干扰能力，也有利于增加整体的过载能力。ICL7135所需的“-5V”电源由74HC04的反相器并联为电
19、源逆变电路，以提供其所需要的-5V电压要求。其原理图如图2 图2输入滤波电路 6个非门并联相当于一个非门，当输入脉冲为高电平时，经过非门反相器输出为低电平，当反相器输出高电平时，形成如图9所示电路，由点a向C6充电至+5V止，这时D2反相截止，当反相器输出低电平时，形成如图10所示回路，点a相当于地，C6上的压降相当于+5V，b点相当于-5V，C点为地，D3截止，D2导通。电流方向edb,输出一个-5V电压，满足一个电源供两种极性的要求，同时，选用稳定电压为3V的标准稳压二极管，并且用一个分压电阻与电位器串联，微调提供基准电压VREF+=1，基准电压的精度和准稳定性将直接影响转换的精度。图3
20、电容充电电路 图4 电容放电电路 2.3 位A/D转换器ICL7135的功能介绍A/D转换器是数字电压表、数字多用表及测量系统的心脏。ICL7135为全MOS工艺4位半双积分式A/D转换器。在单极性基准电压(VREF+=1V)供给之下,能对双积分极性输入的模拟电压进行A/D转换,并自动输出极性判断信号,它采用了自校零技术,可保证零点在常温下的长期稳定性,零点的温度系数2mv/,模拟输入可以差动信号,输入阻抗极高输入端零点漏电流10PA。2.4 ICM7556时钟振荡器时钟振荡器产生的时钟脉冲的频率直接影响A/D转换器的采样速度和抗干扰的能力。由ICM7556集成定时器构成的振荡电路，易实现抗干
21、扰能力强，其相当于双555定时器构成。 图7 NE555集成电路构成多谐振荡器电路及波形图2.5 驱动器、译码器、数码显示器为了使A/D输出能点亮发光数码管，所以中间需要驱动器，用5个NPN型三极管驱动。BCD码七段译码驱动器有共阳和共阴两类，型号有74LS47（共阳），74LS48（共阴），CC4511（共阴）等。74LS47译码器，它是二十进制译码，转换成七段显示信号。数码显示器是用来显示示数的，用发光二极管组成，亮度较亮，采用共阳极(与74LS47相匹配)。下面有74LS47为例，其管脚排列如图10所示。 图10 74LS47芯片顶视图该器件输入信号为BCD码，输出端为OA，OB，OC，
22、OD，OE，OF，OG分别对应的，共7线，令有3条控制线，/。端为测试端。在 端接如高电平的条件下，当=0时，无论输入端A，B，C，D为和值，输出全为低电平，使7段显示器件显示“8”字型，此功能用于测试器件。端为清零输入端。=1，=1的条件下，当输入ABCD=0000时，输出全为高电平，可使共阳LED显示熄灭。而且在输入A，B，C，D不全为零时，仍能译码输出，使显示器正常显示。端为消隐输入端。该输入端具有最高级别的控制权，当该端为低电平时，不管其他输入为何值，输出端均为高电平，这可使共阳显示器熄灭。另外，该端还有第二个功能清零信号输出端，记为。当该位输入的ABCD=0000且=0时，此时输出低
23、电平；若该输入的A，B，C，D不等于零，则输出高电平。若与配合使用，很容易实现多位数码显示时的清零控制。例如对整数古部分，将最高位的接地，这样当最高位为零时“清零”，同时该位输出低电平，使下一位的为低电平，古也具有“清零”功能；而对与小数部分，应将最低位的接地，个位的端悬空或接高电平，低为的接至高位的。其功能见表1 3 调试要点及测试方法3.1调试要点及测试方法（1）接通电源电压，ICL7135、ICM7556、74HC04、74LS47的电源端与地端之间的电压为+5V，ICL7135的1脚电压为-5V。（2）用示波器观察555多谐振荡器是否起振，测量5脚与地端电压为2.7V左右。（3）采用稳
24、压电源，使其输出电压为199.99mV或1.9999V作模拟量出入信号，调整基准电压的电位器，使LED数码管显示值与输入模拟电压值相等。（4）基准电压测量。将正输入端与短接，读数应为1000.01。（5）检查自动调零功能。将输入端短路，既没有输入信号时，LED显示器应该显示00000。（6）检查超量程溢出功能。调节输入电压值，当超出测量范围时观察LED数码管是否有闪烁警告所用。（7）测试线性误差。将输入模拟电压信号从0V增达到1.9999V，用标准数字电压表监测输出，通过与LED显示值相比较，其最大偏差即为线性误差。3.2 故障及排除板子焊完后我就心里没底了，后面我有的焊的地方连在一起了。有的
25、线还漏着，在排版时排错了，有的反了。有的放错地方了，我就自己按图反着接，后来同学帮我用万用表测的时候就一个元件乱响，我看到后面焊的地方连了，重新焊过后，万用表这关我过了。用仪器连接时不知道这么了，就是不亮，反反复复的焊，连接还是没好使，经过几次亮了3个，最后还是没有做出来。太遗憾了。4 设计心得与体会这个时刻终于到来了，经过一天的排版，焊接终于把产品做出来了，可是，正如我预料的那样，没有亮，可能是第一次焊接吧，不太有经验，有的连在一起了。可能是因为这个原因，灯都没亮，通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关高频电子线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又
26、一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践。才能提高自己。参考文献 1秦增煌，电工学，高等教育出版社，2003年。2高吉祥主编 电子技术基础实验与课程设计 电子工业出版社 2002年2月3林占江、林放编著 电子测量仪器原理与应用 北京电子工业出版社 2007年2月4沈尚贤. 电子技术导论, 上册. 北京. 高等教育出版社,1985.5 李士雄,丁康源. 数字集成电子技术教程. 北京.高等教育出版社,1993.序号器件名称符号型号与规格数量备注1电阻R1、R7、R9R15R4、R5、R8R2、R3 R6 200 4.7 K100 K15 K93212电位器P110 K13三极管Q1Q6Q790139012614电容C5C3C1C2、C4C6、C7300 PF0.1 uF0.47uF1 uF10 uF111225稳压二极管VZ3 V16整流二极管D2、D3IN400427芯片1234ICL7135ICM755674LS4774HC041111附录：材料明细表