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时间:2017-12-12
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1、桂林电子科技大学毕业设计(论文)用纸第27页共27页引言科学技术的发展为测量仪器、仪表提供了新原理和新技术以及新型的元、器体,同时又对测量仪表提出了更新、更高的要求。数字电压表就是在精密电测量技术、计算技术、自动化技术和电子技术的基础上产生和发展起来的。数字式仪表是能把连续的被测量自动地变成断续的、用数字编码方式的、并以十进制数字自动显示测量结果的一种测量仪表。这是一种新型仪表,它把电子技术、计算技术、自动化技术的成果与精密电测量技术密切的结合在一起。成为仪器、仪表领域中独立而完整的一个分支。数字电压表简称DV
2、M,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。传统的模拟式仪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。数字电压表具备了很多传统模拟仪表所不能相比拟的优势特点,例如:显示清晰直观,读数准确;准确度高;分辨率高;测量范围宽;扩展能力强;测量速度快;输入阻抗高;集成度高,微功耗;抗干扰能力强等等。采用新技术、新工艺,由LSI和VL
3、SI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河。电压表作为电子仪器中极为常用的一种仪表,广泛应用于许多的测量场合,是数字化测量的最基本技能,有着重要的研究意义。桂林电子科技大学毕业设计(论文)用纸第27页共27页1设计思想数字电压表的位数是指完整显示位,即能够显示0-9十个数字的位。所谓三位半数字电压表,即只有3位完整显示位,而其最高位只能显示0或1,故称为半位。数字电压表一般由模拟电路与数字电路两大部分组成,模拟部分包括输入放大器、A/D转换器和基
4、准电压源;数字部分包括计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。其中,A/D转换器是数字电压表的核心部件。其基本组成如图1所示。图1数字电压表的组成框图1.1设计要求主要技术指标:直流电压测量范围(0~200)V;分为4档:200mV,2V,20V,200V;测量速度2~5次/秒;分辨率0.1mV;测量误差r<±0.1%。主要功能要求:具有正、负电压极性显示,小数点显示,超量程显示,量程自动转换(可选,单片机实现)等功能。1.2方案比较和芯片选择本次设计预计采用纯硬件实现,A/D转换器作为电压表的核心部分,用
5、来完成最主要也最基本的模--转换功能,电压表的测量速度主要就取决于A/D转换器的转换速率。数字电压表的设计中使用的最为广泛的是双积分型A/D转换器。尽管双积分型A/D转换器的转换速度较慢,一般在每秒十几次以内,但它同时具有工作性能稳定和抗干扰能力强的突出优点,对于一般对转化速度要求不高的数字电压表来说是较理想的选择。以下是选用不同双积分A/D转换器的方案比较:方案一:采用双积分型A/D转换器MC14433,它有多路调制的BCD码输出端和超量程输出端,采用动态扫描显示,便于实现自动控制。但它只有24个管脚,芯片只
6、能完成A/D转换功能,要实现显示功能还需配合其它驱动芯片等,这使得整部分硬件电路板布线复杂,加重了电路设计和实际焊接的工作,同时也增加了调试的难度。方案二:采用双积分A/D转换器ICL7107/ICL7106,它是COMS大规模集成芯片,将模拟电路和数字电路集成在一个有40个功能端的电路内,包含了A/D转换、逻辑控制、译码驱动等电路,能直接输出7段译码信号,只需再外接少量元件就能组成三位半数字电压表。电路设计简单,电路板布线不复杂,便于焊接、调试。除了桂林电子科技大学毕业设计(论文)用纸第27页共27页一个接地
7、脚外,ICL7106芯片的功能管脚与ICL7107完全相同,两者不同在于:ICL7106驱动LCD液晶显示器,而ICL7107驱动LED数码管。通过比较可知,方案一的电路设计会较为复杂,除了MC14433外,产生基准电压和驱动LED数码管也还需要不同的芯片,例如MC1403、集成电路驱动器MC1413、7段译码显示驱动器CC4511。模数电路的设计要慎重考虑元器件和线路之间的干扰问题,因为干扰所带来的误差将会对电压表的测量准确度产生很大的影响,给电路调试带来困难。综上所述,决定采用方案二的ICL7107芯片,L
8、ED数码管显示。2三位半数字电压表电路设计2.1电路原理图及原理说明图2.1三位半数字电压表原理图电路图如图2.1所示。直流电压源输入+5V模拟信号,通过ICL7660转化出一个-5V电压,驱动芯片电路工作。ICL7107完成31/2位数字A/D转换,直接驱动LED数码管显示数字结果,芯片内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等;表头满量程输入信号为DC±19
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