数字电压表

模数电课程设计报告

课题名称：数字电压表设计

姓名：彭上

学院：信息与通信工程学院

班级：自动化13-2BF

学号：14132100679

序号： 03 指导老师：程望斌

完成时间：2014年12月16 日

目录

一．设计任务书（设计课题、功能要求） (1)

二．实验仪器 (1)

三．设计框图及整机概述 (2)

四．各单元电路的设计方案及原理说明 (2)

五．调试过程、参数测试及结果分析 (8)

六. 数字电压表电路板设计与制作注意事项 (10)

七．设计、安装及调试中的体会 (10)

八．对本次课程设计的意见及建议 (13)

九．参考文献 (13)

十．附录 (13)

数字电压表设计

一. 设计任务（设计课题与功能要求）

该课程设计的主要任务是要求我们自己利用ICL7107及电阻电容去设计一个三位半的数字电压表，能够实现200mv、2v、20v、200v、1000v五个不同档位的电压测量。整个过程分以下环节：画原理图，PCB布局，电路板的打印及制作，打孔，焊锡元器件，调试，误差分析等。整个过程要求我们先学会Altium Designer6.9等软件将原理图画出来及PCB的布局连线；其次制作PCB板时要求我们掌握如何去打印PCB图，让我们知道了电路板上的铜线是怎么布上去的；然后在锡焊元器件的时候从很大一部分考验了我们锡焊的功底，同时又锻炼了我们的锡焊能力，提高了我们对锡焊能力培养的重视；最后在调试和误差分析的时候，让我知道在做电子类的产品的时候，并不是所有的理论在实践中都管用，让我们知道了理论和实践之间还是有很大的距离，提醒我们实践出真知，只有通过实践我们才可以更好的掌握和理解书本上理论。

二．实验仪器

直流稳压电源（一台）、数字万用表（一个）

三．设计框图及整机概述

数字电压表设计框图如图所示：

图1 数字电压表设计框图

在图1中，先将待测的电压输入，利用一系列的电阻将待测的电压衰减，然后输入ICL7107芯片的30和31号管脚，通过ICL7107转换及一些外围电路对数码管编码再分别接到对应的数码管上进行显示。对于小数点，因为本次设计采用的是共阳极的数码管，所以小数点采用短路帽直接连接到ICL7107的37号TEST 端口。对于200mv---1000v5个不同的档位则也采用短路帽和排针的组合来手动转换，短接不同的端口表示选择不同的档位。

四．各单元电路的设计方案及原理说明

1.电源滤波电路

滤波电路如图所示：

图2 滤波电路

在图2中电路图的作用为滤波，通过两个电容将电源的交流成分滤掉，其目的为稳定电源输入量，减小因电源中的交流成分带来的不稳定及对电路的损害。

2.测试电源接入端电路

测试电源接入端电路如图所示

图3 测试电源接入端电路

在图3中，P1为测试电源的接入端口，2为正极，1为负极；R5～R9组成电阻衰减网络P2和短路帽实现量程的手动转换，当短路帽接到P2的1和2端口时，送入ICL7107的电压即为待测电压，所以为200mv的量程档；当接P2的3和4端口时，送入ICL7107的电压即为除R5之外其余电阻上的电压，计算易知待测电压衰减了10倍，所以为2v量程档；当接P2的5和6端口时同理可知为20v档；当接P2的7和8端口时为200v档；当接P2的9和10端口时为1000v档。

3.测试端口输入保护电路

测试端口输入保护电路如图所示

图4 测试端口输入保护电路

在图4中通过量程选档后接入一个过热保护的自恢复保险丝，防止因短路温度过高而烧坏元器件；R3为1M的限流电阻，防止电流过大，损坏电路；D1,D2为稳压二极管稳定输入到ICL7107的电压。

4.ICL7107外接显示电路及其输出电路

ICL7107外接显示电路及其输出电路如图所示

图5 ICL7107外接显示电路及其输出电路

由ICL7107芯片资料的截图易知，要驱动该芯片工作必须用±5V 电源使能并接相应的外接电路。

芯片引脚介绍：

（1）芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的左下方为第一脚。也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一脚了。许多厂家会在第一脚旁边打上一个小圆点作为标记。知道了第一脚之后，按照反时针方向去走，依次是第 2 至第 40 引脚。（1 脚与 40 脚遥遥相对）。

（2）牢记关键点的电压：芯片第一脚是供电，正确电压是 DC5V 。第 36 脚是基准电压，正确数值是 100mV，第 26 引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在－3V 至－5V 都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。芯片第 31 引脚是信号输入引脚，可以输入±199.9mV 的电压。在一开始，可以把它接地，造成“0”信号输入，以方便测试。

（3）注意芯片27,28,29 引脚的元件数值，它们是

0.22uF,56K,0.47uF 阻容网络，这三个元件属于芯片工作的积分网络。

（4）注意接地引脚：芯片的电源地是 21 脚，模拟地是 32 脚，信号地是 30 脚，基准地是 35 脚，通常使用情况下，这4个引脚都接地，在一些有特殊要求的应用中（例如测量电阻或者比例测量），30 脚或 35 脚就可能不接地而是按照需要接到其他电压上。这里不讨论特殊要求应用。

（5）数码管的显示电路

图6 数码管原理图

①数码管显示原理

设计中采用的是8段共阳极LED数码管来显示电压值。LED具有耗电低、亮度高、视角大、线路简单、耐震及寿命长等优点，它由8个发光二极管组成，其中7个按‘8’字型排列，另一个发光二极管为圆点形状，位于右下角，常用于显示小数点。把8个发光二极管连在一起，公共端接高电平，叫共阳极接法，相反，公共端接低电平的叫共阴极接法，我们采用共阳极接法。当发光二极管导通时，相应的一段笔画或点就发亮，从而形成不同的发光字符。其8段分别命名为