1、數字電路課程設計報告課題：數字電壓表專 業：電子信息工程班 級：姓 名：學 號：指導老師：日 期：2013年12月10日目 錄一、摘要.2二、設計任務及要求.2三、設計總體方案.2四、單元電路的設計.3五、調試過程及結果分析.6六、心得感悟.7七、參考文獻.7八、附錄(整機邏輯電路圖、實物圖、PCB板圖).8一、摘 要本文主要介紹的是基于ICL7107數字電壓表的設計的設計，ICL7107是目前廣泛應用于數字測量系統是一種集三位半轉換器段驅動器位驅動器于一體的大規模集成電路，ICL7107是目前廣泛應用于數字測量系統的一種3位半A/D轉換器，能夠直接驅動共陽極數字顯示器，夠成數字電壓表，此電路

2、簡潔完整，稍加改造就可以夠成其他電路，如數字電子秤、數字溫度計的等專門傳感器的測量工具。ICL7107是目前廣泛應用于數字測量系統是一種集三位半轉換器段驅動器、位驅動器于一體的大規模集成電路，官地方官方主要用于對不同電壓的測量和許多工程上的應用，調頻接口電路，它采用的是雙積分原理完成A/D轉換，全部轉換電路用CMOS大規模集成電路設計。應用了ICL7107芯片數碼管顯示器等，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果。在軟件設計上，主要編寫了實現計數頻率的調節和單片機功能的相關程序，,最后把軟件設計和硬件設計結合到一

3、起，然后進行調試。二、設計任務及要求1. 設計一個數字電壓表電路，能夠實驗電壓測量； 2.測量范圍：通過小數點驅動電路，直流電壓0V到1.999V，0V到19.99V,0V到199.9V,0V到1999V.3.畫出數字電壓表電路原理圖，并作出PCB圖；4.利用芯片ICL7107來實現電路功能；5.選擇合適的電阻、電容、液晶顯示器等器件；6.完成全電路理論設計、制作、調試，制板錫焊；7.上交制作產品一件。8.撰寫設計報告；三、 設計總體方案（1）.方案介紹主要芯片有ICL7107和共陽極半導體數碼管LED組成。本方案的主要特點是：1.能夠直接驅動共陽極的LED顯示器，不需要外加驅動原件，使整機線

4、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）.系統框圖四、單元電路的設計4.1換擋電路換檔電路圖如下：3.1換擋電路該模塊通過配置如圖所示的“基準電阻”來采用“比例法”實現多量程電壓表，同時采用跳帽來實現換擋，從上到下的檔位依此是：200mV檔，2V檔，20V檔，200V檔，1000V檔。4.2雙積分模數轉換器（ICL7107）的基本工作原理當輸入電壓為Vx時，在一定時間T1內對電量為零的電容器C進行恒流（電流大小與待測電壓Vx成正比）充電，這樣電容器兩極之間的電量將隨時間線性增加，當充電時間T1到后，電容器上積累的電量Q與

5、被測電壓Vx成正比；然后讓電容器恒流放電（電流大小與參考電壓Vref成正比），這樣電容器兩極之間的電量將線性減小，直到T2時刻減小為零。所以，可以得出T2也與Vx成正比。如果用計數器在T2開始時刻對時鐘脈沖進行計數，結束時刻停止計數，得到計數值N2，則N2與Vx成正比。雙積分AD的工作原理就是基于上述電容器充放電過程中計數器讀數N2與輸入電壓Vx成正比構成的。現在我們以實驗中所用到的3位半模數轉換器ICL7107為例來講述它的整個工作過程。ICL7107雙積分式A/D轉換器的基本組成如圖1所示，它由積分器、過零比較器、邏輯控制電路、閘門電路、計數器、時鐘脈沖源、鎖存器、譯碼器及顯示等電路所組成

6、。下面主要講一下它的轉換電路，大致分為三個階段：第一階段，首先電壓輸入腳與輸入電壓斷開而與地端相連放掉電容器C上積累的電量，然后參考電容Cref充電到參考電壓值Vref，同時反饋環給自動調零電容CAZ以補償緩沖放大器、積分器和比較器的偏置電壓。這個階段稱為自動校零階段。第二階段為信號積分階段（采樣階段），在此階段Vs接到Vx上使之與積分器相連，這樣電容器C將被以恒定電流Vx/R充電，與此同時計數器開始計數，當計到某一特定值N1（對于三位半模數轉換器，N1=1000）時邏輯控制電路使充電過程結束，這樣采樣時間T1是一定的，假設時鐘脈沖為TCP，則T1=N1*TCP。在此階段積分器輸出電壓Vo=-

7、Qo/C(因為Vo與Vx極性相反)，Qo為T1時間內恒流（Vx/R）給電容器C充電得到的電量，所以存在下式： Qo= Vo=-=- 2. 雙積分AD內部結構圖第三階段為反積分階段（測量階段），在此階段，邏輯控制電路把已經充電至的參考電容按與極性相反的方式經緩沖器接到積分電路，這樣電容器C將以恒定電流 放電，與此同時計數器開始計數，電容器C上的電量線性減小，當經過時間T2后，電容器電壓減小到0，由零值比較器輸出閘門控制信號再停止計數器計數并顯示出計數結果。此階段存在如下關系： Vo+=0 (3)把（2）式代入上式，得： T2=Vx (4)從（4）式可以看出，由于T1和Vref均為常數，所以T2與

8、Vx成正比，從圖2可以看出。若時鐘最小脈沖單元為,則，代入（4），即有： N2= Vx (5)可以得出測量的計數值N2與被測電壓Vx成正比。對于ICL7107，信號積分階段時間固定為1000個,即N1的值為1000不變。而N2的計數隨Vx的不同范圍為01999，同時自動校零的計數范圍為29991000，也就是測量周期總保持4000個不變。即滿量程時N2max=2000=2*N1,所以Vxmax=2Vref，這樣若取參考電壓為100mV，則最大輸入電壓為200mV；若參考電壓為1V，則最大輸入電壓為2V。4.3顯示部分顯示部分由共陽數碼管組成，所以當輸入為低電平時候，段選的那一段將會點亮從而顯示

9、字符。小數點顯示部分：由跳帽來點亮，通過串聯一個680的電阻分流來實現。數碼管顯示：五、調試過程及結果分析5.1測試儀器：直流穩壓電源、數字萬用表5.2測試方法：用直流穩壓電源給系統提供±5V的直流電，將跳帽接在200mV檔，然后通過調節滑動變阻器調節使Vref值為100mV。檢查步驟：（1）零電壓測量：將正極輸入端與負極輸入端短接，儀表顯示為“0000”。（2）基準電壓測量：將正極輸入端與VREF+短接，讀數為100.0±1。（3）數碼管段位全亮測試：將TEST端與VDD短接，讀數為“1888”。調試完畢，將直流穩壓愿的輸出端調制5.0V，然后接入到電壓表輸入端，觀察數碼

10、管上面的顯示。5.3整機測試數據次數實際值（V）測量值(V)誤差10.60.591.6%28.28.53.66%315.815.42.5%422.622.80.9%525.725.70%630.830.12.3%六、心得感悟通過本次課程設計，讓我對AD軟件的使用更加熟練了，也了解了一些在畫板子當中應該注意到的問題嗎，比如說線距，如果線距沒有處理得恰當，那么在焊接的時候就可能會出現一些不必要的損失，比如說兩根線會在焊接的時候連接到一起，如果沒注意到后期的調試工作也必然不會順利的進行。還有就是在調試的工程，懂得了一些怎么去處理問題的能力。比如說在調試過程中，一開始數碼管根本一個都不會亮，一開始也沒有弄清楚到底是什么原因，在后來通過看原理圖以及PCB圖，然后在對照自己所焊接的板子，發現是連接數碼管的那個電源線出現了問題，然后通過使用萬用表的測試，發現那個線出現了斷路，之后用錫絲連接上之后，數碼管就全部都點亮了。在本次課程設計中，學到了很多知識。比如ILC7107芯片是怎么實現AD（模數轉換）的。七、 參考文獻1 庚華光 電子技術基礎 數字部分2 梁德厚 數字電子技術及應用 機械工業出版社 3 周長源 電路理論基礎 高