基于ICL7107的數(shù)字電壓表

　　基于ICL7107的數(shù)字電壓表
　　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越多，功能越來越豐富，當(dāng)然應(yīng)用的領(lǐng)域也越來越廣泛，給人們的工作和生活帶來許多方便。本文主要介紹的是基于ICL7107數(shù)字電壓表的設(shè)計的設(shè)計，ICL7107是目前廣泛應(yīng)用于數(shù)字測量系統(tǒng)是一種集三位半轉(zhuǎn)換器段驅(qū)動器位驅(qū)動器于一體的大規(guī)模集成電路，ICL7107是目前廣泛應(yīng)用于數(shù)字測量系統(tǒng)的一種31/2位A/D轉(zhuǎn)換器，能夠直接驅(qū)動共陽極數(shù)字顯示器，夠成數(shù)字電壓表，此電路簡潔完整，稍加改造就可以夠成其他電路，如數(shù)字電子秤、數(shù)字溫度計的等專門傳感器的測量工具。ICL7107是目前廣泛應(yīng)用于數(shù)字測量系統(tǒng)是一種集三位半轉(zhuǎn)換器段驅(qū)動器、位驅(qū)動器于一體的大規(guī)模集成電路，主要用于對不同電壓的測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。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DC5V，連接好電源把所需要測量的物品連接在表的兩個端口，從而可以在顯示器上看到所需要的結(jié)果。在軟件設(shè)計上，主要編寫了實現(xiàn)計數(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)計和硬件設(shè)計結(jié)合到一起，然后進(jìn)行調(diào)試。本文闡述了硬件設(shè)計中具體的硬件結(jié)構(gòu)和功能和軟件設(shè)計中具體寫入的程序還有相應(yīng)的調(diào)試過程。
　　目 錄
　　摘 要 2
　　第一章 緒論 3
　　1.1 數(shù)字電壓表的概術(shù) 3
　　1.2 數(shù)字電壓表的結(jié)構(gòu) 4
　　1.3 數(shù)字電壓表應(yīng)用領(lǐng)域 4
　　1.4設(shè)計目的 4
　　第二章 課程設(shè)計方案、要求、任務(wù)實驗原理 5
　　2.1方案選擇 5
　　2.2 系統(tǒng)方框圖 6
　　2.3設(shè)計要求 6
　　2.4設(shè)計任務(wù) 7
　　2.5實驗原理 7
　　ICL7107 8
　　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)測量儀器，有關(guān)電表的基本原理和應(yīng)用技術(shù)實驗在電學(xué)實驗中是不可缺少的，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)實驗中，其原因是：
　　數(shù)字儀表應(yīng)用日益廣泛；
　　數(shù)字電表基本原理簡單，它也是一種比較法，對電容器在待測電壓Vx與參考電壓下的充、放電時間關(guān)系進(jìn)行比較。
　　了解了數(shù)字電表基本原理及常用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片外圍元件的作用、參量選擇原則后可在萬用表設(shè)計中靈活應(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個組成部分：
　　ICL7107芯片LED數(shù)字顯示器三位半驅(qū)動段驅(qū)動位驅(qū)動
　　數(shù)字電壓具有以下九大特點：
　　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.測量范圍寬。
　　5.擴(kuò)展能力強(qiáng)。
　　6.測量速率高。
　　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.對一些工程上的測量；
　　2.完成大規(guī)模集成電路的轉(zhuǎn)換；
　　3.應(yīng)用于大規(guī)模的數(shù)字測量；
　　4.實現(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)字顯計數(shù)器的應(yīng)用。
　　1.4設(shè)計目的
　　1.綜合運(yùn)用數(shù)字電路和模擬電路，鞏固所學(xué)知識。
　　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)計算機(jī)運(yùn)用、查閱資料和獨立完成電路設(shè)計的能力。
　　第二章 課程設(shè)計方案、要求、任務(wù)實驗原理
　　2.1方案選擇
　　本次設(shè)計主要芯片有ICL7107和共陽極半導(dǎo)體數(shù)碼管LED組成。
　　本方案的主要特點是：
　　1. 能夠直接驅(qū)動共陽極的LED顯示器，不需要外加驅(qū)動原件，使整機(jī)線路簡化。
　　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3位半直流電壓測量的數(shù)字式電壓表。設(shè)計量程為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)計要求
　　1. 利用芯片ICL7107來實現(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、制作、調(diào)試，并畫出電路原理圖；
　　4. 撰寫設(shè)計報告；
　　5. 上交制作產(chǎn)品一件。
　　2.4設(shè)計任務(wù)
　　1. 設(shè)計一個數(shù)字電壓表電路；
　　2. 通過設(shè)計，可以實現(xiàn)數(shù)字測量；。
　　3. 測量范圍：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，寫出實驗報告。
　　2.5實驗原理
　　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為自動調(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)部電路組合提供時鐘脈沖振蕩源，從40腳可以用示波器測量出該振蕩波形，該腳對應(yīng)實驗儀上示波器接口CLK，時鐘頻率的快慢決定了芯片的轉(zhuǎn)換時間（因為測量周期總保持4000個Tcp不變）以及測量的精度。
　　
　　圖4 - 電壓表原理圖
　　由原理圖設(shè)計的PCB板如下所示：
　　
　　圖5 – PCB圖
　　1.3 LED顯示屏
　　采用2個共陽級二位數(shù)碼管進(jìn)行顯示，芯片ICL7107可以直接驅(qū)動共陽型數(shù)碼管，不需要驅(qū)動電路。最高位只起到顯示‘1’和‘-’的作用，第二位可以顯示小數(shù)點。
　　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）。
　　2. 4位半數(shù)字萬用表 （一臺）。
　　二、 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)點均點亮，說明顯示正常。
　　2、調(diào)電位器使36腳（Vref+）為100mV，再將兩測試輸入端外接應(yīng)顯示00.0。（注：調(diào)基準(zhǔn)電壓100mV 時，最好接432穩(wěn)壓電源來調(diào)試，這樣防止直流穩(wěn)壓源電壓波動影響調(diào)試結(jié)果）
　　3、將4位半數(shù)字表撥至20V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，由于50Hz紋波影響，無法調(diào)到精確值而對最終顯示電壓產(chǎn)生影響，對于后兩位數(shù)值跳動問題，通過在輸入電源處并聯(lián)一個0.1uF和一個470uF電容，可抑制跳動，同時應(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減少誤差。
　　表1
　　測試電壓（V）0.10.51510151820-5
　　4位半值數(shù)字表 （V）--1.065.0699.99414.96---
　　本設(shè)計數(shù)字表 （V）--1.055.049.9614.9---
　　調(diào)試人：
　　***
　　指導(dǎo)老師：***
　　2014.8.8
　　數(shù)字電壓表使用說明書
　　（一）、概述
　　該儀表是一種性能穩(wěn)定、用+5V電源驅(qū)動的高可靠性數(shù)字電壓表。儀表采用兩個共陽型LED數(shù)碼管組成三位半數(shù)字顯示0～19.9V、讀數(shù)清晰、方便使用。
　　該儀表專門用來測量直流電壓，是實驗室，維修工人的理想工具。是一臺性能優(yōu)越的儀表。
　?。ǘ?、安全事項
　　該儀表在設(shè)計上符合IEC1010條款（國際電工委員會頒布的安全標(biāo)準(zhǔn)），在使用之前，請先閱讀安全注意事項。
　　1． 測量電壓時，請勿輸入超過直流20V的極限電壓。
　　2． 測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，否則會影響測試準(zhǔn)確度。
　?。ㄈ?、操作面說明
　　
　?。ㄋ模?、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. 將測試線跨接在被測電路上，藍(lán)色線所接的該點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否則會燒毀電壓表，或不能測試。
　　2. 輸入電壓切勿超過20V，否則會燒毀電壓表。
　?。?、儀表的保養(yǎng)
　　該儀表是一臺精密儀器，使用者不要隨意更改電路。
　　附：
　　元件清單
　　名稱符號參數(shù)封裝
　　電解電容C1，C2，C3，C4C103，C224，C473，C103CC3216-1206
　?。ㄙN片）
　　電容C5C100PCC3216-1206
　?。ㄙN片）
　　電阻R1+R2，R3+R4，R5，R6，R7，R810K，100K， 1M，470K，100K，510ΩCC3216-1206
　　（貼片）
　　插座P1，P2 Header 2
　?。ㄖ辈澹?br /> 　　電位器RP1K電位器
　　（自制直插）
　　數(shù)碼管U1，U2共陽DIP18二位數(shù)碼管
　　（自制直插）
　　芯片ILC7107 DIP40
　?。ㄖ辈澹?br /> 　　
附：
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元件清單

名稱	符號	參數(shù)	封裝
電解電容	C1，C2，C3，C4	C103,C224,C473,C103	CC3216-1206 (貼片)
電容	C5	C100P	CC3216-1206 （貼片）
電阻	R1+R2，R3+R4，R5，R6，R7，R8	10K,100K, 1M,470K,100K,510Ω	CC3216-1206 （貼片）
插座	P1，P2	?	Header 2 （直插）
電位器	RP	1K	電位器 （自制直插）
數(shù)碼管	U1，U2	共陽DIP18	二位數(shù)碼管 （自制直插）
芯片	ILC7107	?	DIP40 （直插）

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