1、1 课题名称数字电压表的设计与制作2 设计指标及要求设计并制作一个通用液晶显示 位的数字电压表电路，技术指标要求是：2131)直流电压测量范围(0-200V) ：共分5档 200mV、2V、20V 、200V ；2)基本量程：200mV，测量速率（2-5）次任选；3)分辨率0.1mV；4)测量误差： %1.05)具有正、负电压极性显示，小数点显示和超量程显示。3 方案论证方案一：采用 AT89S52 单片机为核心、以 AD0809 数模转换芯片采样、以1602 液晶屏显示制作具有电压测量功能的具有一定精度的数字电压表。AT89S52 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机；8 位 AD
2、转换器ADC0809，编程简单方便，价格便宜；采用液晶 1602 做为显示电路，功能强大，适合做各类扩展。但该方案涉及的编程复杂，同时硬件电路也颇复杂。方案二：采用 ICL7106A/D 转换器，液晶显示器 EDS801A 配以外围电路进行设计。ICL7106 是美国 Intersil 公司专为数字仪表生产的数字仪，满幅输入电压一般取 200mV 或 2V。该芯片集成度高,转换精度高 ,抗干扰能力强,输出可直接驱动 LCD 液晶数码管,只需要很少的外部元件,就可以构成数字仪表模块，硬件电路简单，而且精度高，完全可以实现要求。综合分析，同时结合到软硬件实际，选择方案二，原理简单，仅涉及硬件电路。
3、4 系统框图4.1 系统框图5 单元电路设计及参数计算5.1 AD 转换器及外围电路设计电路图如下图 5.1 所示。图 5.1 AD 转换器及外围电路图其中液晶显示采用 EDS801，将其各数码的字段及公共端与 ICL7106 相应端联接。OSC1、OSC2 和 OSC3 是内部时钟的外接电阻和电容引脚； TEST 是数字逻辑地端；VRH 和 VRL 是参考电压的输入端，参考电压决定着 AD 转换器的灵敏度，它是由 UDD 分压而来，调节 PR分压比可调节灵敏度（调满）；两个 CR 脚是基准电容的外接引脚；COM 端是模拟信号公共端； AZ、BUF 和INT 分别是自动调零端、缓冲控制端和积分
4、器输出端；U+和 U-为电源端；IN+和 IN-为待测信号输入端。R1、C 1 分别为振荡电阻与振荡电容。R 2 与电位器 RP 构成基准电压分压器，RP 宜采用精密多圈电位器，调整 RP 使 UREFU M/2100.0mV，满量程即定为200mV，二者呈 12 的关系。R 3、C 3 为模拟输入端高频阻容式滤波器，以提高仪表的抗干扰能力。C 2、C 4 分别为基准电容和自动调零电容。R 4、C 5 依次为积分电阻和积分电容。仪表采用 9V 叠层电池供电，测量速率约 2.5 次秒。IN 端、 UREF 端、COM 端互相短接。对于 CC7106，OSC1 至 OSC2 为时钟振荡器的引出端，
5、主振频率 由外OSCf接 的值决定，即 ，CC7106 计数器的时钟脉冲 是主振频1RC1f0.45/OSCR P率 经 分频后得到的，因此 ，设 CC7106 一次 A/D 转OSf4 10.45fCPOSRC换所需时钟脉冲总数 N 为 4000，而一次转换所需时间 T=1/2.5 次=0.4s 。则时钟脉冲频率 由 T=N/ =4N/ 式可得 =N/T 10Khz，因而主振频率为CPfCPfOSCPf=4 =40Khz，因此可以算出 、 的值。若取 =100pF，则 =(0.45/ )OSf 1R11R1C112.5 ，取标称值 120 。Ckk积分元器件 、 及自动调零电容 的取值分别为
6、 =56 ， =0.224R5C4C4k5， =0.47 。 和 RP 组成基准电压的分压电路。其中， RP 一般采用精F42密多圈电位器。改变 RP 的值可以调节基准电压 的值。 、 为输入滤波REFV3C电路。电源电压取+9V， 取 0.1 。2CF5.2 量程开关电路设计电路图如下图 5.2 所示。由于基本量程 UM200mV，按照下图配置一组分压电阻，组成电阻衰减网络通过手动就可以得到量程从 200.0mV 至 1000V 的多量程电压表。该表的输入阻抗 =10 ，各档衰减后的电压 与输入电iRxV压 的关系为 = ( / )。iVxiVxi图 5.2 量程开关电路图5.3 小数点驱动
7、电路设计电路图如下图 5.3 所示。 、 、 与异或门 CC4070 及开关等组成的电1R23路用来驱动和控制小数点。图 5.3 小数点驱动电路6 元器件选择6.1 双积分式 A/D 转换器 CC7106ICL7106 是美国 Intersil 公司专为数字仪表生产的数字仪，满幅输入电压一般取 200mV 或 2V。该芯片集成度高,转换精度高, 抗干扰能力强,输出可直接驱动 LCD 液晶数码管,只需要很少的外部元件,就可以构成数字仪表模块。其管脚排列图如下图 6.1 所示。图 6.1 ICL7106 管脚图ICL7106 的性能特点如下：（1）7V15V 单电源供电，可选 9V 叠层电池，有助
8、于实现仪表的小型化。低功耗（约 16mW） ，一节 9V 叠层电池能连续工作 200 小时或间断使用半年左右。（2）输入阻抗高（10 10） 。内设时钟电路、2.8V 基准电压源、异或门输出电路，能直接驱动 3位 LCD 显示器。（3）属于双积分式 A/D 转换器，A/D 转换准确度达0.05，转换速率通常选 2 次秒5 次秒。具有自动调零、自动判定极性等功能。通过对芯片的功能检查，可迅速判定其质量好坏。（4）外围电路简单，仅需配 5 只电阻、5 只电容和 LCD 显示器，即可构成一块 DVM。其抗干扰能力强，可靠性高。ICL7106 内部包括模拟电路和数字电路两大部分，二者是互相联系的。一方
9、面由控制逻辑产生控制信号，按规定时序将多路模拟开关接通或断开，保证A/D 转换正常进行；另一方面模拟电路中的比较器输出信号又控制着数字电路的工作状态和显示结果。6.2 液晶显示器 EDS801EDS801 显示器电路简单，不需要对其进行编程，只需将其对应管脚与ICL7106 的管脚相应的连接即可工作。其管脚图如下图 6.2 所示。图 6.2 EDS801 引脚图7 整体电路图及工作原理系统整体电路图如下图 7.1 所示。CC7106 是双积分式 A/D 转换器，双积分就是在一个测量周期内要进行两次积分：首先，对被测电压 进行定时积分，然后对基准电压 进行定值积xVREFV分。通过两次积分比较，
10、将 变换成与之成正比的时间间隔；然后，在这个时间间隔内对固定频率的时钟脉冲计数，计数的结果正比于被测电压的数字量。按照整体原理图安装好电路后，接入正负电源，先调节电位器 RP 使基本量程为 200mV 时的基准电压 =100mV，然后在电压表输入端 接入被测直流电REFVxV压，通过 CC7106 的双积分作用进行计数，即对由模拟量转换的数字量进行相应的计数，并且将结果送液晶显示器进行显示，最终获得待测电压的电压值。8 组装调试本次设计使用的主要仪器、仪表有：直流稳压电源、标准电压表（万用表） 。调试时，接入正负电源，先调节电位器 RP 使基本量程为 200mV 时的基准电压=100mV，然后
11、在电压表输入端 接入被测直流电压，这时在显示器上应分REFVxV别显示正确读数，同时用万用表测试待测电压，进行比较，判断读数的正确性及误差。在测试中，通过调节电位器，电压表可以对待测电压进行准确的测试，误差也在要求允许的范围内。调试中主要会出现读数跳动，有时读数与实际电压不是很相符，通过调节电位器可以使读数趋于理想准确的数值，同时检查电路的稳定性，不出现短路或者断路的情况，从而可以让读数稳定。9 元器件清单元器件清单见下表 9.1元件名称 元件数量（个） 元件名称 元件数量（个）ICL7106 1 1M 电阻 4EDS801 1 900K 电阻 1CC4070 1 90K 电阻 10.01 瓷
12、片电容F1 9K 电阻 10.22 瓷片电容 1 1K 电阻 10.47 瓷片电容 2 56K 电阻 10.1 瓷片电容 1 24K 电阻 1100 瓷片电容pF1 1K 电位器 19M 电阻 1 9V 电池 1120K 电阻 1 导线 若干表 9.1 元器件清单10 电路的特点和方案的优缺点及改进本次设计所采用的方案中电路原理简单，硬件电路搭建容易，而且稳定，组装好的电压表可以对待测电压进行准确的测量，其测试结果与标准电压表（万用表）测试的结果相比相差无几，而且只要电路组装稳定，读数稳定易读。但本电路也存在问题，比如液晶显示器的读数有时不稳定，出现跳动现象，这不仅与电路元件参数有关，而且与搭
13、接的连线等有关系。本次课题也可以采用单片机及合适的 A/D 转换器进行设计，经过正确的编程制作一个精度更高、更稳定的电压表，同时还可以实现量程的自动转换；同时对测试的结果可以采用数码管进行显示，没有必要用液晶显示器进行显示。如果需要，A/D 转换器也可以换成功能更多的器件，比如 MC14433 等。参考文献1康华光，邹寿彬，秦臻.电子技术基础数字部分（第五版）Z.北京：高等教育出版社，20062付家才.电子实验与实践Z. 北京：高等教育出版社，20053吕思忠，施齐云.数字电路实验与课程设计Z. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，20014谢自美，罗杰等.电子线路设计实验测试Z. 武汉：华中科技大学出版社，20065谢自美，尹仕.电子线路综合设计Z.武汉：华中科技大学出版社，2006
