数字电压表

实验课成绩 电子线路设计与制作

学生实验报告书

实 验 名 称： 数字电压表的设计与制作 开 课 学 院： 信 息 学 院 指导教师姓名： 学 生 姓 名： 学生专业班级：

2009 -2010 学年 第 二 学期

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学生学号

目录

一、实验目的 ................................ 3 二、设计内容及要求 .......................... 3

1. 基本设计内容 ................................................................. 3 2. 设计要求 ................................................................................................................... 3

三、电路设计 ................................ 4

1．ICL7106的主要特点 ...................................................... 4 2．ICL7106的管脚功能 ...................................................... 4 3、EDS801管脚功能 ........................................................... 6 4.由ICL7106构成的3½位数字电压表 ................................ 6 5. 配置多量程电压表 ......................................................... 7 6.液晶驱动及小数点显示 ................................................... 8

四、组装调试 ................................ 9 五、小结 .................................... 9

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一、实验目的

通过该题目的设计和实验,了解数字电压表的电路组成与基本工作原理，掌握通用数字电压表的设计方法与电路调整、测试技能。掌握双积分型A/D转换器的工作原理，更加深入理解与掌握模拟电子技术和数字电子技术的理论，增进工程实践能力。

二、设计内容及要求

1. 基本设计内容

设计并制作一个通用液晶显示312位的数字电压表电路，技术指标要求是： 1．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：0.1%

5．具有正、负电压极性显示、小数点显示和超量程显示。 2. 设计要求

数字电压表的电路组成框图如图1所示：

图1 数字电压表电路组成框图

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1．给定A/D转换器为CC7106，液晶显示器为EDS801A.

2．设计电路并计算所用元件的参数值，画出数字电压表的原理电路图。 3．安装所设计的电路，按照数字电压表的调试步骤，逐步进行调整与功能测试。

4．撰写实验报告

三、电路设计

主要器件提供：ICL7106A/D转换器，液晶显示器EDS801A，异或门CC4070或CC4030。

ICL7106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。 1．ICL7106的主要特点

（1）采用7～15V单电源供电，可选用9V叠层电池。低功耗（约16mW）。 （2）输入阻抗高（1010Ω）。内设时钟电路、+2.8V基准电源、异或门输出电路，能直接驱动3位半液晶显示器。

（3）A/D转换精度高达±0.05%，且具有自动调零、自动判定极性等功能。 （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（直流电压表）表头。其抗干扰能力强，可靠性高。 2．ICL7106的管脚功能

ICL7106采用DIP－40封装，引脚排列如图1所示。其引脚功能分别是：

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图1 ICL7106管脚

U+（1）、U-（26）分别接9V电源（E）的正、负极。

COMMON（32）为模拟信号的公共端，简称模拟地，使用时应与IN LO(30)、REF LO(35)端短接。

TEST（37）是测试端，该端经内部500Ω电阻接数字电路的公共端（GND），因二者呈等电位，故亦称作数字地。该端有两个功能：

① 作测试指示，将它接U＋时LCD显示全部笔段1888、可检查显示器有无笔段残缺现象；

②作为数字地供外部驱动器使用，来构成小数点及标志符的显示电路。 A1～G1、A2～G2、A3～G3、AB4分别为个位、十位、百位、千位的笔段驱动端，接至LCD的相应笔段电极。千位b、c段在LCD内部连通。当计数值N＞1999时显示器溢出，仅千位显示“1”，其余位消隐，以此表示仪表超量程（过载溢出）。

POL为负极性指示的驱动端。

BP为LCD背面公共电极的驱动端，简称“背电极”。

OSC1～OSC3为时钟振荡器引出端，外接阻容元件可构成两级反相式阻容振荡器。

REF HI、REF LO分别为基准电压的正、负端，利用片内V＋－COMMON之间的＋2.8V基准电压源进行分压后，可提供所需UREF值，亦可选外基准。

CREF＋、CREF－是外接基准电容端。

IN HI和IN LO为模拟电压的正、负输入端。 A-Z端接自动调零电容。

BUFF是缓冲放大器输出端，接积分电阻RINT。

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INT为积分器输出端，按积分电容CINT。

需要说明，ICL7106的数字地（GND）并未引出，但可将测试端（TEST）视为数字地，该端电位近似等于电源电压的一半。

3、EDS801管脚功能

EDS801管脚功能显示关系见下图2

图2 EDS801管脚及其功能

4.由ICL7106构成的3½位数字电压表

1、由ICL7106构成的3½位数字电压表的基本电路如图3所示，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，基本量程UM＝200mV。

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图3 由ICL7106构成3 ½ 位数字电压表的电路

图中：R1、C1分别为振荡电阻与振荡电容。

R2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UREF＝UM/2＝100.0mV，满量程即定为200mV，二者呈1∶2的关系。

R3、C3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。 C2、C4分别为基准电容和自动调零电容。 R4、C5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。 5. 配置多量程电压表

下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。

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图4 多量程电压表连接图

6.液晶驱动及小数点显示

液晶显示器LCD的驱动方式：液晶必须采用交流驱动方式。当液晶显示器的字符笔划电极与背电极（BP）呈等电位时，液晶不显示（消隐）；当二者存在电位差时，液晶方可显示。通常是把两个频率与幅度相同而相位相反的方波电压分别加于笔画引出端与BP端之间，利用二者电位差来驱动该笔画字符发光。一般选择频率为50~60Hz，幅度为4~6V的方波电压。

EDS801UDD1234567891011121314COM4ACOM4AB<BPR1DPL389564070＝1＝110R2R3DPL241DPL12＝13151617181920S1S2S3DP33E3D3CDP22E2D2CDP11E1D1C1B3G3F3A3BCOL2G2F2A2B1G1F1A4039383736353433323130292827262524232221 图5 小数点驱动电路图

由于液晶的驱动要求是交流电压，所以小数点的驱动采用图5所示的异或门电路。异或门的一个脚为ICL7106输出的背板电极电压BP，此电压为一个方波

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电压。异或门的另一个脚为小数点的点亮逻辑DPL，当需要点亮小数点时，DPL为1，异或门的输出DP是背板电压的“非”逻辑，则DP与BP之间的电压为一交流方波电压，小数点被点亮。当不要小数点亮时，DPL为0，异或门的输出与背板电压相同，则DP与BP之间的电压为0，小数点不亮。

四、组装调试

ICL7106的2—25脚接液晶数码显示器的相应脚，CP1、CP2和CP3是内部时钟的外接电阻和电容引脚。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 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。AZ、BUF和INT分别是自动调零端、缓冲控制端和积分器输出端。组装好电路之后，我们分别用我们设计的电压表和数字万用表 FLUKE 17B进行电压测量。

电压表选20V量程时，测量数据如下：

万用表测量值 2.43V 5.46V 7.68V 9.74V 电压表测量值 2.47V 5.55V 7.49V 9.46V 电压测量误差

（2.47V—2.43V）/2.47V=0.016 （5.55V—5.46V）/5.55V=0.020 （7.68V—7.49V）/7.49V=0.025 （11.74V—11.46V）/11.74V=0.024 故电压表测量误差≤0.03，满足设计要求。

五、小结

ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路。它包含3 1/2位数字A/D转换器，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。数字电压表的制作是ICL7107的一种典型应用电路。其电路如附图。

制作时，数字显示用的数码管为共阳型，2K可调电阻最好选用多圈电阻，分压电阻选用误差较小的金属膜电阻，其它器件选用正品即可。该电路稍加改造，还可演变出很多电路，如数显电流表、数显温度计等。

这次的设计让我对电子的先辈们无比崇拜，是他们的智慧，聪明的大脑，设计出如此简单实用的电子集成芯片，为电子线路的简化做出巨大的贡献，而这些集成的电子正改变着我们的世界，让我的世界丰富多彩。今后我会更加努力学习新的知识，拓宽自己的知识面，掌握更多的技能，完善自己，为以后的工作、生活和学习打下坚实的基础，为电子的明天贡献自己微薄的力量。

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