3位半数字电压表

目录

第一章三位半数字电压表的设计方案

1.1 题目及设计目的 (2)

1.2 设计要求 (2)

1.3 方案设计 (2)

1.4 三位半数字电压表的设计思想 (4)

第二章三位半数字电压表设计过程

2.1 三位半数字电压表特点 (4)

2.2 TC7107的介绍 (5)

2.2.1 TC7107的性能特点 (6)

2.2.2 TC7017的功能 (6)

第三章电路仿真

3.1 电路仿真 (7)

第四章实验总结

4.1 实验总结 (8)

一：三位半数字电压表的设计案

1.1题目及设计目的

1、题目：三位半位数字电压表

2、设计目的：通过电子技术的综合设计，熟悉一般电子电路综合设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体的设计方法，同时复习、巩固以往的模电、数电内容。

1.2设计要求

采用课程或实验内容中所使用的元器件，设计一个三位半数字电压表，三位半是指个位、十位、百位的范围为0-9，而千位只有0和1两个状态，称为半位。所以数字电压表测量范围为0001-1999。数字电压表主要部分是A/D转换器，显示方法通常采用动态扫描（工作时四个数码管轮流点亮，利用人眼的视觉残留特性能够得到整体效果，当扫描频率过低时显示的数码会有闪烁感）方式，但需要字形译码驱动电路和字位驱动电路。

1.任务要求：

2.基本要求：

3.直流电压测量范围（0~200V）测量误差小于1%

4.附加

5.交流电压测量范围（0~200V）测量误差小于1%

6.自动量程转换

7.通过查阅资料，实现设计要求，写出实现原理，画出原理框图，描述其功能，并给出数字电压表电路原理图。

1.3方案设计

利用成熟芯片Tc7107实现电压的测量，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。优点：可直接驱动LED数码管，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。

数字电压表原理框图如下：

1.4 三位半数字电压表的设计思想

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。

二：三位半数字电压表设计过程

2.1 三位半数字电压表的特点

三位半数字电压表的测量范围为直流：0～199.9V。它有超量程、欠量程，当朝量程时，A/D转换器成溢出状态，这时高位显示为1，其他低位不显示。当欠量程时，最高位和最低位显示的数为0.当有两种量程的一种时，将用大的一量程，

如此切换直至切换到适当量程。

其特点如下：

（1）显示清晰直观，读数准确数字电压表则采用先进的数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳数现象，测量结果就是唯一的，能所短读数和记录的时间。

（2）显示位数显示位数通常为3～8位。

（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。他表示测量结果与真值的一致程度，也反映了测量误差的大小，准确度越高，测量误差越小。数字电压表的准确度远优于模拟式电压表。

（4）分辨率高数字电压表在最低量程上末位1个字所代表的电压值，称作仪表的分辨率，他反应仪表灵敏度的高低。分辨力随显示位数的增加而提高。数字电压表的分辨力指标亦可用分辨率来表示。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。实际上分辨力仅与仪表显示位数有关，而准确度则取决于A/D转换器等的总误差。

（5）测量范围宽多量程DVM一般可测 0～1999V 直流电压。

（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，以满足不同的需求。

（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/秒”。它主要取决于A/D转换器的转换速率,其倒数是测量周期。

（8）集成度高，微功耗

2.2 TC7107的介绍

A/D转换电路

TC7107是一种高性能，低功耗的三位半A/D转换器，同时包含有七段译码器，显示驱动器，参考源和时钟系统，TC7107可直接驱动共阳极LED数码管，TC7107将高精度，通用性和真正的低成本很好的结合在一起，它有低于10uV的自动校零功能，零漂小于10V/C，低于10 pA的输入电流，极限转换误差小于一个字，真正的差动输入和差动参考源在各种系统中都很有用在用于测量负载单元，压力规管和其他桥式传感器时会有跟突出的特点。

在Proteus仿真软件中，我们可以使用TC7107代替ICL7107。

2.2.1 TC7107的性能特点

1 保持零电平输入时，各量程的读值均为零；

2 1 pA典型输入电流；

3 很低的噪声（小于15uVP- P）；

4 片上自带时钟；

5 低功耗；

6 不需外带有源电路；

7 真正的差动输入和差动参考电源，直接LCD显示驱动；

2.2.2 TC7107管脚功能

V+和V- 分别为电源的正极和负极（或地）

Au-gu, aT-gT ,aH-gH, 分别为个位，十位，百位笔画的驱动信号，依次借个位，十位，百位LED显示器的相应笔画电极。

Bck ：千位笔画驱动信号。接千位LED显示器的相应的笔画电极。

Pm ：液晶显示器背面公共电极的驱动端，简称背电极。

OCS1—OSC3 ：时钟振荡器的引出端，外接阻容或石英晶体组成的振荡器。第38脚至第40脚电容量的选择是根据下列公式来决定：Fos1=0.45/RC Com ：模拟信号公共端，简称“模拟地”，使用时一般与输入信号的负端以及基准电压的负极相连。

TEST ：测试端，该端经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地，故也称：“逻辑地”或“数字地”。

VREF+ VREF- ：基准电压正负端。

CREF ：外接基准电容端。

INT ：27是一个积分电容器，必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件。

IN+和IN- ：模拟量输入端，分别接输入信号的正端与服端。

AZ ：积分器的比较器的反响输入端，接自动调零电容CAZ，如果应用在200m V 满刻度的场合是使用0.47 u F 而2 V满刻度是0.047u F 。

BUF ：缓冲放大器输入端，接积分电阻Rint，其输出极的无功电流是100uA，而缓冲器与积分器能够供给20u A 的驱动电流，从此脚接一个Rint至积分电容器其值在满刻度200mV时选用47K，而2V满刻度则使用470K。

TC7107的工作原理

双积分型A/ D转换器TC7107是一种间接A/ D转换器，它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字型输出。

三：电路仿真

3.1电路仿真

将所需的元器件放置好后，电路连接图与仿真图如图

图4 ICL7107电路连接图

图5 仿真图

四：实验总结

实验总结

作为本学期最后一次电子制作实验，汇总了该学期电子制作理论课的所有理论知识以及实验课程中对各种元器件的功能认识，应用方法和注意事项，是一次

真正考验个人水平的实验，而且对提高自己理论知识和仿真应用有了很大的提高为以后的学习打下了基础。

本次设计的题目是三位半数字电压表的设计与实现，在设计之前原理图纸的设计尤为的重要这关系着仿真结果的成与败，不得有半点错误。原理图确认之后便可以仿照着在PROTUES软件上进行绘制。绘制过程较为麻烦需要细心耐心的完成。在调试过程中，屡次遇到各种问题且找不出正确的解决方案导致心灰意冷，但也并没有就此放弃，通过翻阅课本和请教同学最终还是得出了实验结论。

通过本次实验的设计思考，使我的基础理论知识和专业知识均得到了切实的巩固，同时也提高了我分析问题和解决问题的能力。为了很好的完成设计，在网上查阅相关资料阅读相关书籍，我学到很多我没接触到的知识，知识面变广了。

在理论知识方面，我们把所学到的知识进行了进一步的强化和稳固。另外，增强了自己的自学能力，拓展了知识面。

当然在本次实验中也暴露出了各种问题，比如PROTUES软件的使用不够熟练，对于元器件了解的不够彻底，对理论知识没有很熟练的掌握等。