四位半数字电压表设计

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1、吉林建工学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计论文纸目录1绪论31.1国内外数字电子发展概况 41.2主要任务41.3设计内容及要求41.4设计目的52数字电压表基本组成原理及电路设计 52.1.1数字电压表基本原理及系统框图 53数字电压表的硬件设计63.1四位半A/D转换器ICL7135的功能简介 63.1.1 ICL7135 的原理63.1.2 7135主要特点63.1.3 ICL7135 的管脚说明 73.2 ICM7556的功能简介83.2.1 ICM7556的基本组成83.2.2 ICM7556的管脚说明83.3 74HC04功能简介93.4 74LS47译码器简介 103.

2、4.1 74LS47的管脚分布和说明 103.4.2 74LS47 原理113.5并行BCD码的输出123.6输入滤波电路及负电源组成原理 12共18第#页吉林建工学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计论文纸4调试要点及测试方法135致谢14致谢15参考文献16附录17共18第#页吉林建工学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计论文纸1. 绪论1.1国内外数字电子发展概况数字技术是当前发展最快的学科之一，数字逻辑器件已从60年代的小规模集成电路（SSI）发展到目前的中、大规模集成电路（MSI、LSI）及超大规模集 成电（VLSI）。相应地，数字逻辑电路的设计方法在不断地演变和发展，由

3、原来 的单一的硬件逻辑设计发展成三个分支，即硬件逻辑设计（中、小规模集成器件）、 软件逻辑设计（软件组装的LSI和VSI，如微处理器、单片机等）及兼有二者优 点的专用集成电路（ASIC）设计。在电量的测量中，电压，电流和频率是最基本的三个被测量， 其中电压量的 测量最为经常。而且随着电子技术的发展， 更是经常需要测量高精度的电压， 所 以数字电压表成为一种必不可少的测量仪器。并且，有各种单片A/D转换器构成的数字电压表，已被广泛应用于电子及电 工测量，工业自动化仪表，自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力。 与此同时，由DVMT展而成的各种通用及专业数字仪器仪表， 也把电量及非电量 测

4、量技术提高到崭新水平。目前数字电子技术已经广泛地应用于计算机，自动控制，电子测量仪表，电 视，雷达，通信等各个领域。例如在现代测量技术中，数字测量仪表不仅比模拟 测量仪表精度高，功能高，而且容易实现测量的自动化和智能化。 随着集成技术 的发展，尤其是中，大规模和超大规模集成电路的发展， 数字电子技术的应用范 围将会更广泛地渗透到国民经济的各个部门，并将产生越来越深刻的影响。电子技术特别是数字电子技术发展迅速，大大推动了信息技术的发展，电 子技术的新理论、新器件、新技术不断出现，对我们学生的能力提出更高的要求。随着电子科学技术的飞速发展，技术的发展对科学技术、国民经济和国防 各领域的日益深入的影

5、响和渗透。 单纯从技术开发能力来讲，国内与国外差距并 不大。从事手持设备应用系统开发的有关专家认为，中国的工科学生即使是普通大学的毕业生在技术素质上也不比国外同行差， 所欠缺的只是实践经验，只要稍 加培训即可。但同时也指出，由于中国制造商推出的产品技术含量低，价格低， 因而利润很薄，结果就没有更多力量搞开发， 于是又更加无法提高技术含量，要 想发展就必须首先突破这一怪圈。1.2主要任务(1) 将四位半的数字电压表的元件焊在电板上，并进行调试，将四位半电压表 显示与主机的电压表显示接近(误差要小，最好接近)。(2) 了解各元件的作用，熟悉其用法。(3) 了解四位半数字电压表在生活中实际运用。1.

6、3设计内容及要求(1) 测量范围是-1.9999+1.9999 V(2) 有自动调零的功能(5位全显示0) 在正常范围内允许有+/-1个自号跳动。(4) 组装并调试四位半数字电压表。(5) 画出数字电压表电路原理图与元器件布置图，写出设计说明书。1.4设计目的(1) 理论与实践相结合设计四位半数字电压表。(2) 掌握四位半数字电压表的设计原理、组装、焊接与调试方法。(3) 了解，掌握，并能独立调式设计四位半数字电压表。以及各组成元件的使用和原理。(4) 熟练使用万用表的各个功能2. 数字电压表的基本组成原理及电路设计2.1.1数字电压表基本原理及系统框图数字电压表的基本原理：该数字电压表是按照

7、普通应用电路而组合成为最基 本的数字表头，主要使用了其土 2.0000V的直接测量功能。电路里采用 74HC04 组成-5V电压产生电路，以及ICL7135需要的时钟信号电路，省去了用户使用 双电源供电的麻烦，只需要给表头供电+5V就可以正常使用。小数点选择电路是通过一个NPN型三极管，利用它的驱动源是选择哪一位数码管的位扫描驱动 信号来达到对应使该位的小数点点亮的目的。基本质量的快速判别：送入 +5V直流稳压电源(小心：电源不能反接，否 则，顷刻之间可能令电压表报废！)，屏幕上面应该显示随机数字，用金属短路2个输入端口（ Vin与GND,屏幕应该显示土 0000,（允许有土 1个字的变化），

8、 利用指针万用表的X1 Q电阻挡，（或者是一节1.5V电池），输入到电压表的信 号输入端口，屏幕应该显示该电池的数字。例如：15034 （具体应该以电池电压为准），如果你需要选择决定小数点的位置，可以通过选择小数点来让它显示 1.5034或者15.034等等。交换输入信号的极性，应该有负号出现，显示为 -15034,（允许有土 1个字的翻转误差，人工无法修改，由芯片制作厂商决定此 指标）。-经过这么一轮测试，如果都没有问题，表头就可以准备使用了。校准测量精度：可以使用最简单的方法校准，就是利用一只数字万用表监视 着芯片第二引脚的电压，微调多圈电位器，使读数二1.0000V,（允许 2个字），

9、然后，输入一个信号电压，用数字万用表监视，是否读数一致，如果不一致，再 仔细微调多圈电位器令其达到一致。 校准后，可以用指甲油小许封住多圈电位器 的微调螺钉，以防移位，之后，就可以投入正常使用了。（表头已经出品时校准在2V量程，基准=1.0000V， 2 个字）。系统框图如图一所示：基准电压输入电压ICL驱动器LED7135数码显时钟信号A/D译码器示电路图1系统框图3. 数字电压表的硬件设计3.1 LED及四位半A/ D转换器ICL7135的功能简介英文单词的缩写，主要含义：LED = Light Emitti ng Diode，发光二极管,是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它

10、可以直接把电转化为光；LED= Large Electronic Display，大型电子展示；LED= Lupus erythematosus disseminatus，播散性红斑狼疮，一种慢性、特发性自身免疫病；led是lead的过去式和过去分词，意为“领导，带领”；俄罗斯Pulkovo机场的IATA代码。本词条主要介绍发光二极管。3.1.1四位半A/D转换器ICL7135的功能简介ICI7135 是4位双积分A/D转换芯片,可以转换输出土 20000个数字量,有STB 选通控制的BCD码输出,与微机接口十分方便.ICL7135具有精度高（相当于14位 A/D转换），价格低的优点.其转换速

11、度与时钟频率相关，每个转换周期均有：自校 准（调零）,正向积分（被测模拟电压积分）,反向积分（基准电压积分）和过零检测 四个阶段组成，其中自校准时间为10001个脉冲，正向积分时间为10000个脉冲， 反向积分直至电压到零为止（最大不超过20001个脉冲）.故设计者可以采用从正 向积分开始计数脉冲个数，到反向积分为零时停止计数.将计数的脉冲个数减 10000,即得到对应的模拟量.图1给出了 ICL7135时序,由图可见,当BUS淡高时 开始正向积分,反向积分到零时BUSY变低,所以BUSY可以用于控制计数器的启动 /停止.3.1.2 ICL7135 的原理数字部分主要由计数器、锁存器、多路开关

12、及控制逻辑电路等组成。7135一次A/D转换周期分为四个阶段：1、自动调零（AZ） ； 2、被测电压积分（INT）； 3、基准电压反积分（DE ; 4、积分回零（ZI）。具体内部转换过程这里不做祥 解，主要介绍引脚的使用。3.2.2 7135主要特点1在每次A/D转换前，内部电路都自动进行调零操作。2在土 2000字（2V满量程）范围内，保证转换精度土 1字。3具有自动极性转换功能。4输出电流典型值1PA5所有输出端和TTL电路相容。6有过量程（OR和欠量程（UR）标志信号输出，可用作自动量程转换的控制信号。7输出为动态扫描BCD码。8对外提供六个输入,输出控制信号（R/H,BUSH,ST,P

13、OL,OR,UR）因此除用于数字 电压表外,还能与异步接收/发送器,微处理器或其它控制电路连接使用。9采用28外引线双列直插式封装，外引线功能端排列如图所示。3.1.3 ICL7135 的管脚说明ICL7135为DIP28封装,芯片引脚排列如图2所示REFERENCEANALOG 匚OMMOf4FNT OUTAZINBUFF OUTREF CAP -羽 一一241-REF CAP +INLOIN HIV+B2l4一可可回11|迥回UMD EFt RANGE OVERRAMGE STROBER.HDIGITAL GND POLCLOCK INBUSY(LSDJD102D3D4MSB) BBB4图

14、2 1CL7135芯片引脚V- （ 1脚）负电源端REFERENCE 2脚）一外接基准电压输入端ANALOG COMMO三脚）模拟地INT（4脚）一一积分器输出，外接积分电容（Cint）端AZ（ 5脚）一一外接调零电容（Caz）端BUFF（ 6脚）一一缓冲器输出，外接积分电阻（Rint）端REFCAP+（8）外接基准电压电容（Cr）端INLO（ 9脚）一一被测电压低输入端INHI（ 10脚）一一被测电压高输入端V+（ 11脚）一一正电源端D5 D4、D3 D2 D1（ 12，17，18，19，20脚）一一位扫描选通信号输出 端，每一位驱动信号分别输出一个正脉冲信号，脉冲宽度为200个时钟周期，

15、其中D5对应万位选通，以下依次为千、百、十、个位。在正常输入情况下，D5- D1 输出连续脉冲。当输入电压过量程时，D5-D1在AZ阶段开始时只分别输出一个 脉冲，然后都处于低电平，直至DE阶段开始时才输出连续脉冲。利用这个特性， 可使得显示器件在过程时产生一亮一暗的直观现象B8、B4 B2、B1（ 16，15，14，13脚） BCD码输出端，该四端为转换 结果BCD码输出，采用动态扫描输出方式，即当位选信号D5=“ 1”时，该四端的信号为万位数的内容，D4=“ 1”时为千位数内容，其余依次类推。在个、十、 百、千四位数的内容输出时，BCD码范围为0000-1001，对于万位数只有0和1 两种状态，所以其输出的 BCD码为“ 0000”和“0001”。当输入电压过量程时， 各位数输出全部为零，这一点在使用时应注意。BUSY（21脚）一一指示积分器处于积分状态的标志信号输出端，在双积分 阶段（INT+DE，BUSY为高电平，其余时为低电平。因此利