內容摘要

　　伴隨著電子技術科學的發展，電子測量技術已成為廣大電子技術工作者必須掌握的一門科學技術，同時對測量的精度和功能的有著更高的要求。電壓是電子測量的一個主要參數，由于電壓測量在電子測量中的普遍性與重要性，因此對電壓測量的研究與設計有著非常重要的意義。本次設計的主要設計內容為三檔直流電壓表。在設計過程中由于第一次接觸這種芯片，對該芯片不是很熟悉，我們參閱了大量前人的設計，在此基礎上，運用A / D轉換器ICL7107構建了一個直流數字電壓表。本設計首先簡要介紹了設計電壓表的主要方式，然后詳細介紹了直流數字電壓表的設計流程和芯片的工作原理，本設計中我們展示了兩種方案，手動換擋的自動換擋，在各方案中也給出了兩種方案的優缺點。同時也給出了硬件電路的設計細節，包括各部分電路的走向、芯片的選擇以及方案的可行性分析等。

　　關鍵字：ICL7107芯片，數字電壓表，A\D轉換，比較器，CC4006雙向模擬開關。

　　課程設計任務及要求

　　2.1設計目的

　　1、掌握雙積分A/D轉換的工作原理和集成雙積分A/D轉換器件的設計方法

　　2、掌握常用數字集成電路的功能和使用

　　2.2設計要求

　　1. 設計直流數字電壓表

　　2. 直流電壓測量范圍：

　　0V~1.999V，0V~19.99V，0V~199.9V。

　　3. 直流輸入電阻大于100kΩ。

　　4. 畫出完整的設計電路圖，寫出總結報告。

　　5. 選做內容：自動量程轉換。

　　設計思路和方案選擇

　　3.1設計思路

　　根據設計要求和功能，我們考慮了多種可行性方案。但是在設計過程中，小數點的點亮電路的設計遇到了很大的麻煩。

　　方案1：主要器件由芯片ICL7107和共陽極半導體數碼管LED，其中換擋電路用的是分壓原理，將電阻串聯起來，不同的電阻端就是不同的檔位。小數點的點亮是直接吧小數點端直接接一個數字地， 然后用三個開關分別來控制換擋時小數點的亮滅。

　　該方案特點：該方案小數點電路用的時直接接數字地的方法利用開關控制，換擋時也是通過手動控制來完成，這種方案電路簡單、清楚易懂，同時測量的誤差也很小，結果比較準確，但是電路實現起來比較復雜，開關過于繁瑣，測量電路時不太方便。

　　方案2：考慮到直接使用直接吧小數點端鏈接到數字地上，使用開關來控制換擋時點亮小數點這種方案開關過多、換擋是過與繁瑣。在主要元器件沒有變的前提下，采用比較器來從換擋端取信號比較后接到共陽極數碼管的小數點端。但是該方案開始時，測量的電壓誤差明顯的增大，又通過一系列的調整和修改，最終通過參數的修改調整將測量誤差控制在理想范圍內。

　　該方案特點：該方案測量時比上一個方便多了，小數點電路不用單獨控制，實現了小數點根據檔位的要求自動點亮，測量誤差也比較小。當最終沒有實現測量電路的自動換擋，要通過手動撥換檔位。

　　方案三：選用了LM324運放和CC4066傳輸門，在通過方案二的修改后，小數點的問題基本解決了，想通過進一步的改善實現自動換擋。電路能根據測量電壓大小的不同，自動選擇量程，點亮不同擋位時的小數點。其中換擋電路是通過COMS傳輸門和比較器來實現的，先通過比較器比較輸出接到傳輸門的C端，當輸出為高電平時傳輸門CC4066導通。

　　該方案特點：該方案很大程度提升了測量的方便性，實現了測量的自動化。自動換擋，不用人工去撥動開關。但該方案中，經過我們的反復調試和修改后，比起前兩個方案這個方案的測量結果有點偏大。這次課程設計中我們吧方案二和方案三都做了，兩個方案都展示了。

　　工作原理

　　4.1 工作原理

　　1）、基本原理框圖

　　直流數字電壓表測量電路、雙積分模數轉換電路電路、數碼顯示電路和量程轉換電路組成，原理框圖如圖1 所示。

　　測量電路和量程轉換將寬范圍的輸入直流電壓變換為模數轉換電路輸入電壓范圍的直流電壓，模數轉換電路將其轉換為數字量，送數碼顯示電路顯示測量值。

　　雙積分模數轉換器（ADC）是間接型ADC。它將取樣電壓轉換為與之成正比的時間寬度，在此期間允許計數器對周期脈沖進行計數。計數器的二進制數就是取樣電壓對應的數字量。

　　圖2是雙積分ADC的電路原理圖。電路主要由積分器、比較器、計數器、JK觸發器和控制開關組成。由JK觸發器的輸出QS控制單刀雙置開關選擇積分器的輸入電壓。當QS=0時，積分器對取樣電壓 做定時積分；當QS=1時，積分器對基準電壓-VREF做定壓積分。 與-VREF電壓極性相反，這里設取樣電壓 為正，則-VREF為負。