电子测量大作业

课程设计报告

一、设计任务及要求

设计一款多用型数字电压表，要求可用它来测量直流/交流电压、电阻、电容及电流的大小并数字显示，选定设计的元器件各参数值，计算确定多用型数字电压表测量的量程。设计电路原理图实现之并上交设计报告。

二、方案设计

采用ICL7107是31/2位双积分型A/D转换芯片下面是这款芯片的特点：

① ICL7107是31/2位双积分型A/D转换器，属于CMoS大规模集成电路，

它的最大显示值为士1999，最小分辨率为100uV，转换精度为0.05士1

个字。

②能直接驱动共阳极LED数码管，不需要另加驱动器件，使整机线路简化，

采用士9V一组电源供电，并将第21脚的GND接第30脚的IN 。

③在芯片内部从V+与COM之间有一个稳定性很高的2.8V基准电源，通过

电阻分压器可获得所需的基准电压VREF 。

④能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动极性显示功能。

⑤输入阻抗高，对输入信号无衰减作用。

⑥整机组装方便，无需外加有源器件，配上电阻、电容和LED共阳极数码

管，就能构成一只直流数字电压表头。

⑦噪音低，温漂小，具有良好的可靠性，寿命长。

⑧芯片本身功耗小于15mw（不包括LED）。

⑨不设有一专门的小数点驱动信号。使用时可将LED共阳极数数码管公共

阳极接V+.

⑩可以方便的进行功能检查。

设计方案原理图如下：

三、数字万用表的电路图

总体电路：

注：由于proeWildfire 5.0中AC-DC转换器不能工作所以我在Multisim中仿真的。

这是AD显示电路，通过这个电路我们可以显示出我们测量的数值。电路图中，仅仅使用一只 DC9V 电池，数字电压表就可以正常使用了。按照图示的元器件数值，该表头量程范围是±200.0mV。当需要测量±200mV 的电压时，信号

从 V-IN 端输入，当需要测量±200mA 的电流时，信号从 A-IN 端输入，不需要加接任何转换开关，就可以得到两种测量内容。

直流电流测量电路

在有了一只数字电压表(数字面板表)之后按照上面的图示，给它配置一组分流电阻，就可以实现多量程数字电流表，分档从±200uA 到±200mA 。

直流电压测量电路

与多量程电流表对应的是经常需要使用多量程电压表，按照上图配置一组分压电阻，就可以得到量程从±200.0mV 至±1000V 的多量程电压表。

测量电阻与测量电流或者电压一样重要，俗称“三用表”，利用数字电压表做成的多量程电阻表，采用的是“比例法”测量，因此，它比起指针万用表的电阻测量来具有非常准确的精度，而且耗电很小，下图示中所配置的一组电阻就叫“基准电阻”，就是通过切换各个接点得到不同的基准电阻值，再由 Vref 电压与被测电阻上得到的 Vin 电压进行“比例读数”，当 Vref ＝ Vin 时，显示就是 Vin/Vref*1000=1000 ，按照需要点亮屏幕上的小数点，就可以直接读出被测电阻的阻值来了。

下面的就是测电阻的电路图：

电阻测量电路

其实，测交流电流和电压就是讲输入的量经过一个AD-DC的转换器，所以只是在上面的测直流的电路图中加了一个AD-DC的转换器，其测量范围没有改变。因为此图在proeWildfire 5.0中无法运行所以只能在Multisim中实行了。

下面的图一是proeWildfire 5.0，图二是Multisim12.0

图一proeWildfire 5.0

图二Multisim12.0

电容的测量电电路

电容检测电路

四、数字万用表的每个模块电路图原理，电路显示

1、直流电流测量电路原理及电路显示

在表头上并联一个适当的电阻（叫分流电阻）进行分流，就可以扩展电流量程。改变分流电阻的阻值，就能改变电流测量范围。即当R4=9kΩ，R10=900Ω，R11=90Ω，R13=9Ω，R12=0.9Ω时测量范围0-20uA，0-200 uA，0-2mA，0-20mA，0-200mA。如图

电路显示：单输入电压1uA时显示1.010uA

2、直流电压测量电路原理及电路显示

在表头上串联一个适当的电阻（叫倍增电阻）进行降压，就可以扩展电压量程。改变倍增电阻的阻值，就能改变电压的测量范围。即当

R9=9M,R8=900K,R7=90K,R6=9K,R5=1K时，测量范围为0-200mV，

0-2V,0-20V,0-200V,0-1000V.如图

电路显示：单输入电压1v时显示1v

3、电阻测量电路原理及电路显示

测量电阻与测量电流或者电压一样重要，俗称“三用表”，利用数字电压表做成的多量程电阻表，采用的是“比例法”测量，因此，它比起指针万用表的电阻测量来具有非常准确的精度，而且耗电很小，下图示中所配置的一组电阻就叫“基准电阻”，就是通过切换各个接点得到不同的基准电阻值，再由 Vref 电压与被测电阻上得到的 Vin 电压进行“比例读数”，当 Vref ＝ Vin 时，显示就是 Vin/Vref*1000=1000 ，按照需要点亮屏幕上的小数点，就可以直接读出被测

电阻的阻值来了。即R15=9MΩ，R16=900KΩ，R17=90 KΩ，R18=9 KΩ,R19=0.9

KΩ,R20=0.1 KΩ时，测量范围0-20MΩ，0-2MΩ，0-200KΩ，0-20 KΩ，0-2 KΩ，0-0.2 KΩ电路如下：

电路显示：单输入电压1kΩ时档位在2KΩ时显示1.019kΩ，有一定的误差。

4、交流电流电路测量电路原理及电路显示

因为芯片ICL7107只能识别DC量，所以测量交流时，需加装一个并、串式半波整流电路，将交流进行整流变成直流后再通过芯片ICL7107进行显示，这样就可以根据直流电的大小来测量交流电压。扩展交流电压量程的方法与直流电压量程相似。所以只需要加上一个AD-DC的电路就行了。参数计算来自课本，