四位半数字电压表摘要课程设计(长大版)

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四位半数字电压表设计

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┊ [摘要] 随着电子科学技术、传感技术、自动控制技术和计算机技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，单片机技术作为计算机技术的一个分支广泛应用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器，甚至电子玩具等各个领域。本文介绍一种以89S52单片机为核心的数字电压测量电路,该电路采用ICL7135高精度、双积分A/D转换电路，测量范围直流0-±2000伏，使用LCD1601液晶模块显示，并可以与PC机进行串行通信。该电路设计新颖、功能强大、可扩展性强。 [关键词]：电压测量数字电压数码管

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Four in digital design a form

[Summary] As the voltage the table design the electronic science and technology, and sensing technology, automatic control technology and computer technology development, an electronic survey become the workers must acquire the means of electronics, precision measurement and functional requirements are higher and higher monolithic integrated circuits as computer technology have a wide application in industry, intellectualized instruments, household appliances and electronic toys and other areas. this article introduced a monolithic integrated circuits 89s52 the numbers measure the voltage electrical circuit used icl7135 high precision, two points a d transforming circuit, a direct measurement range of 0 - ± 2000 and lcd1601 use lcd modules, and in the pc to the serial communication.

[Keywords] voltage measurement displayed

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第二篇：长春大学四位半数字电压表课程设计内页(长大版含摘要)

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41位数字电压表 2

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┊ [摘要]大约150字，讲述设计的主要内容（宋体小四，行距20磅）随着电子科学技术、传感技术、自动控制技术和计算机技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，单片机技术作为计算机技术的一个分支广泛应用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器，甚至电子玩具等各个领域。本文介绍一种以89S52单片机为核心的数字电压测量电路,该电路采用ICL7135高精度、双积分A/D转换电路，测量范围直流0-±2000伏，使用LCD1601液晶模块显示，并可以与PC机进行串行通信。该电路设计新颖、功能强大、可扩展性强。 [关键词]：电压测量数字电压数码管 [关键字]大约5个左右，每个关键字之间空2个格，例如：译码器 ICL7135 41位数字电压表的英文 2 [Abstract] Four in digital design a form [Summary] As the voltage the table design the electronic science and technology, and sensing technology, automatic control technology and computer technology development, an electronic survey become the workers must acquire the means of electronics, precision measurement and functional requirements are higher and higher monolithic integrated circuits as computer technology have a wide application in industry, intellectualized instruments, household appliances and electronic toys and other areas. this article introduced a monolithic integrated circuits

89s52 the numbers measure the voltage electrical circuit used icl7135 high precision, two points a d transforming circuit, a direct measurement range of 0 - ± 2000 and lcd1601 use lcd modules, and in the pc to the

长春大学课程设计纸 serial communication.

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┊ [Keywords] voltage measurement displayed

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┊ 第1章前言 .......................................................................................................... 1 1.1 数字电压表的特点及发展趋势 ............................................................... 1 1.1.1数字电压表的特点 ......................................................................... 1 1.1.2数字电压表的发展趋势 ................................................................. 2 1.2 设计要求及方案选择 ............................................................................... 3 1.2.1设计要求 ......................................................................................... 3 1.2.2设计目的 ......................................................................................... 3 第2章数字电压表单元电路设计 ...................................................................... 3 2.1 A/D转换单元电路设计 ............................................................................ 4 2.1.1A/D转换器ICL7135的功能介绍 ................................................... 4 2.2 时钟产生单元电路设计 ........................................................................... 6 2.2.1ICM7556功能介绍 ........................................................................... 6 2.2.2ICM7556组成的多谐振荡器 ........................................................... 7 2.3 驱动及译码显示器 ................................................................................... 7 2.3.1驱动器、译码器、数字显示器 ................... 错误！未定义书签。第3章调试要点及测试方法 ................................................................................ 9 3.1 调试要点及测试方法 ............................................................................... 9 3.2 故障及排除 ............................................................................................. 10 第4章设计心得与体会 .................................................................................... 10 4.1 设计心得与体会 ..................................................................................... 10 参考文献 ................................................................................................................ 11

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第1章前言

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┊ 随着电子科学技术、传感技术、自动控制技术和计算机的发展，电阻、电压、电流等数值的测量变得越来越常见，其中电压的测量最为常见。传统的指针式电压表应经无法满足如今高精度的要求，数字电压表的诞生很好地解决了这一问题。数字电压表(Digital Voltmeter)简称DVM,它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。且数字电压表精度高，抗干扰能力强，可扩展性强，集成方便,读数方便。目前由各种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试领域，显示出强大的生命力。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到站新水平。综上所述，数字电压表在现在及将来都会有广大的应用。 1.1 数字电压表的特点及发展趋势 1.1.1数字电压表的特点 1．显示清晰直观，读数准确传统的模拟式仪表必须借助于指针和刻度盘进行读数，在读数过程中不可避免的会引入人为的测量误差。数字电压表则采用先进的数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳读现象，测量结果就是唯一的。新型数字电压表还增加了标志符显示功能，包括测量项目、符号单位和特殊符号、为解决DVM不能反映被测电压的连续变化过程以及变化趋势这一难题，一种"数字/模拟条图"仪表业已问世。"模拟图条"（Anal of Bargraph）有双重含义：第一，被测量为模拟量；第二，利用条状图形来模拟被测量的大小及变化趋势。这类仪表将数字显示与高分辨率模拟条图显示集于一身，兼有DVM与模拟电压表之优点。智能数字电压表均带微处理器和标准接口，可配合计算机和打印机进行数据处理或自动打印，构成完整的测试系统。 2．显示位数显示位数通常为31/2位、32/3位、33/4/位、41/2位、43/4位、51/2位、

61/2位、71/2位、81/2位共9种。判定数字仪表的位数有两条原则：①能显示0～9所有数字的位是整数位；②分数位的数值是以最大显示值中最高位数字为分子，用满量程时最高数字作分母。例如，某数字仪表的最大显示值为1999，满量程计数值为2000，这表明该仪表有3个整数位，而分数位的分子为1，分

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长春大学课程设计纸母是2，故称之为31/2位，读作三位半。

3．准确度高

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┊ 准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。 4．分辨率高数字电压表在最低电压量程上末位1个字所代表的电压值，称为仪表的分辨力，它反映仪表灵敏度的高低。分辨力随显示位数的增加而提高。分辨率是指所能显示的最小数字（零除外）与最大数字的百分比。例如31/2位DVM的分辨率为1/1999≈0.05％。需要指出，分辨力与准确度属于两个不同的观念。从测量角度看，分辨力是"虚"指标（与测量误差无关），准确度才是"实"指标（代表测量误差的大小）。 5．测量范围宽多量程DVM一般可测量0～1000V直流电压，配上高压探头还可测上万伏的高压。 6．扩展能力强在数字电压表的基础上，还可扩展成各种通用及专用数字仪表、数字多用表（DMM）和智能仪表，以满足不同的需要。 1.1.2数字电压表的发展趋势采用新技术、新工艺，由LSI和VLSI构成的新型数字仪表及高档智能仪器的大量问世，标志着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先河。 1．广泛采用新技术，不断开发新产品 2．模块化的发展方向新一代数字仪表正朝着标准模块化的方向发展。预计在不久的将来，许多数字仪表将由标准化、通用化、系列化的模块所构成，给电路设计和安装调试、维修带来极大方便。表面安装技术（SMT）和表面安装元器件（SMD）将获得普遍应用。这项技术被誉为世界电子工艺技术的一项重要突破。所谓表面安装是将微型化的表面安装集成电路（SMIC）和表面安装元件，用粘贴工艺直接安装在印刷板上，再

用波峰焊接机焊接，由此取代传统的打孔焊接工艺，使印刷板安装密度大为增加，可靠性得到明显提高。

3．多重显示仪表

为彻底解决数字仪表不便于观察连续变化量的技术难题，"数字/模拟条图"

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长春大学课程设计纸双显示仪表已成为国际流行款式，它兼有数字仪表准确度高、模拟式仪表便于观察被测量的变化过程及变化趋势的两大优点。

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┊ 模拟条图大致分成三类：①液晶（LCD）条图，呈断续的条状，这种显示器的分辨力高、微功耗，体积小，低压驱动，适于电池供电的小型化仪表。②等离子体（PDP）光柱显示器，其优点是自身发光，亮度高，显示清晰，观察距离远，分辨力较高，缺点是驱动电压高，耗电较大。③LED光柱，它是由多只发光二极管排列而成。这种显示器的亮度高，成本低，但象素尺寸较大，功耗高，驱动电路复杂。 4．安全性仪器仪表在设计和使用中的安全性，对于生产厂家和广大用户都是至关重要的问题。一方面厂家必须为仪表设计安全保护电路，并使之符合国际标准（例如美国UL认证，欧洲GS认证，ISO9001国际标准质量认证）；另一方面用户必须安全操作，时刻注意仪表上的各种安全警告指示。仪表的保护电路在于最大限度的减小或防止因误操作而造成的危害。以DMM为例，常见的误操作是用电流档或电阻档去测量电压。 5．操作简单化本次课程设计我们仅选数字电压表中的42数字电压表来进行设计。 1.2 设计要求及设计目的 1.2.1设计要求 1. 设计数字电压表电路。 2. 测量范围：直流电压0~199.99mV,0~1.9999V,0~19.999V,0~199.99V。 3.用199.99mV或1.9999V的模拟电压作为输入，校准电压表的读数。 4. 选做内容：自动量程切换 1.2.2设计目的 1．电子技术课程设计是学习电子技术十分重要的环节之一，是对学习电子技术知识的综合性实践训练。对于巩固所学的电子技术理论知识，培养解决实际问题的能力，加强基本的技能训练具有明显的积极作用。 2. 掌握数字电压表的设计原理，组装、焊接与调试方法。 3. 熟悉集成电路ICL7135、ICM7556、74HC04、74LS47的使用方法，并掌握其

工作原理。

第2章数字电压表单元电路设计

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2.1 A/D转换单元电路设计

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┊ 2.1.1A/D转换器ICL7135的功能介绍 1. ICL7135工作原理 ICI7135是4位双积分A/D转换芯片,可以转换输出±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2.1给出了ICL7135时序,由图可见,当BUSY变高时开始正向积分,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

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. 图2.1 1CL7135时序图 2. ICL7135引脚功能及含义 ICL7135为DIP28封装,芯片引脚排列如图2.2所示

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图2.2 1CL7135芯片引脚图 ICL7135引脚功能及含义如下: (1)与供电及电源相关的引脚(共7脚) .-V:ICL7135负电源引入端,典型值-5V,极限值-9V; .+V:ICL7135正电源引入端,典型值+5V,极限值+6V; .DGND:数字地,ICL7135正,负电源的低电平基准; .REF:参考电压输入,REF的地为AGND引脚,典型值1V,输出数字量=10000×(VIN/VREF); .AC:模拟地,典型应用中,与DGND(数字地)"一点接地"; .INHI:模拟输入正; .INLO:模拟输入负,当模拟信号输入为单端对地时,直接与AC相连. (2)与控制和状态相关的引脚 (共12脚) .CLKIN:时钟信号输入.当T=80ms时,fcp=125kHz,对50Hz工频干扰有较大抑制能力,此时转换速度为3次/s.极限值fcp=1MHz时,转换速度为25次/s. .REFC+:外接参考电容正,典型值1μF. .REFC-:外接参考电容负. .BUFFO:缓冲放大器输出端,典型外接积分电阻. .INTO:积分器输出端,典型外接积分电容. .AZIN:自校零端. .LOW: 欠量程信号输出端,当输入信号小于量程范围的10%时,该端输出高电平. .HIGH:过量程信号输出端,当输入信号超过计数范围(20001)时,该端输出高电

平.

.STOR:数据输出选通信号(负脉冲),宽度为时钟脉冲宽度的一半,每次A/D转换结束时,该端输出5个负脉冲,分别选通由高到低的BCD码数据(5位),该端用于

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将转换结果打到并行I/O接口.

.R/H:自动转换/停顿控制输入.当输入高电平时;每隔40002个时钟脉冲自动启

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动下一次转换;当输入为低电平时,转换结束后需输入一个大于300ns的正脉冲,才能启动下一次转换.

.POL:极性信号输出,高电平表示极性为正.

.BUSY:忙信号输出,高电平有效.正向积分开始时自动变高,反向积分结束时自动变低.

(3)与选通和数据输出相关的引脚(共9脚) .B8～B1:BCD码输出.B8为高位,对应BCD码; .D5:万位选通;

.D4～D1:千,百,十,个位选通.

3. ICL7135主要参数

ICL7135主要参数如表2.1所示。

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2.2 时钟产生单元电路设计 2.2.1ICM7556功能介绍

时钟振荡器产生的时钟脉冲的频率直接影响A/D转换器的采样速度和抗干扰的能力。由ICM7556集成定时器构成的振荡电路，易实现抗干扰能力强，其相当于双555定时器构成。

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2.2.2ICM7556组成的多谐振荡器

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多谐振荡器也称为无稳态触发器，它没有稳定状态，同时毋须外加触发脉冲，就能输出一定频率的矩形脉冲（自激振荡），A/D转换器ICL7135提供工作时钟信号，图7所示为又集成555定时器组成的多谐振荡器电路及工作波形图。

电阻RA，RB和电容C构成RC定时电路。电容C在VCC?vC?VCC间

周而复始进行冲放电过程，在输出端就得到一系列矩形脉冲信号。

进行分析可知，第一个暂稳态的脉冲宽度，即vC从VCC充电上升到VCC

所需的时间为

tPH?0.7?RA?RB?C 第二个暂稳态的脉冲宽度，即uC从

tPH

振荡周期T和振荡频率f分别为

2.3 驱动及译码显示器

2.3.1 驱动器、译码器、显示器

为了使A/D输出能点亮发光数码管，所以中间需要驱动器，用5个NPN型三极管驱动。

BCD码七段译码驱动器有共阳和共阴两类，型号有74LS47（共阳），74LS48（共阴），CC4511（共阴）等。74LS47译码器，它是二—十进制译码，转换成七段显示信号。数码显示器是用来显示示数的，用发光二极管组成，亮度较亮，采用共阳极(与74LS47相匹配)。

下面有74LS47为例，其管脚排列如图10所示。

放电下降到所需的时间为 VVCCCC

33?0.7RBC

T?tPH?tPL?0.7?RA?2RB?C

f??0.7?RA?2RB?C

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图10 74LS47芯片顶视图

该器件输入信号为BCD码，输出端为OA，OB，OC，OD，OE，OF，

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长春大学课程设计纸 OG分别对应的a，b，c，d，e，f，g共7线，令有3条控制线LE，RBI，BI/RBO。LE端为测试端。在 BI端接如高电平的条件下，当LE=0时，无论

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┊ 输入端A，B，C，D为和值，a~g输出全为低电平，使7段显示器件显示“8”字型，此功能用于测试器件。RBI端为清零输入端。LE=1，BI=1的条件下，当输入ABCD=0000时，输出a~g全为高电平，可使共阳LED显示熄灭。而且在输入A，B，C，D不全为零时，仍能译码输出，使显示器正常显示。BI端为消隐输入端。该输入端具有最高级别的控制权，当该端为低电平时，不管其他输入为何值，输出端a~g均为高电平，这可使共阳显示器熄灭。另外，该端还有第二个功能——清零信号输出端，记为RBO。当该位输入的ABCD=0000且RBI=0时，此时RBO输出低电平；若该输入的A，B，C，D不等于零，则RBO输出高电平。若RBO与RBI配合使用，很容易实现多位数码显示时的清零控制。例如对整数古部分，将最高位的RBI接地，这样当最高位为零时“清零”，同时该位RBO输出低电平，使下一位的RBI为低电平，古也具有“清零”功能；而对与小数部分，应将最低位的RBI接地，个位的RBI端悬空或接高电平，低为的RBO接至高位的RBI。其功能见表1

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表1 74LS47功能表

第3章调试要点及测试方法

3.1 调试要点及测试方法

（1）接通电源电压，ICL7135、ICM7556、74HC04、74LS47的电源端与地端之间的电压为+5V，ICL7135的1脚电压为-5V。

（2）用示波器观察555多谐振荡器是否起振，测量5脚与地端电压为2.7V（3）采用稳压电源，使其输出电压为199.99mV或1.9999V作模拟量出入左右。

信号，调整基准电压的电位器，使LED数码管显示值与输入模拟电压值相等。

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┊ （4）基准电压测量。将正输入端与短接，读数应为1000.01。（5）检查自动调零功能。将输入端短路，既没有输入信号时，LED显示器（6）检查超量程溢出功能。调节输入电压值，当超出测量范围时观察LED（7）测试线性误差。将输入模拟电压信号从0V增达到1.9999V，用标准数应该显示00000。数码管是否有闪烁警告所用。字电压表监测输出，通过与LED显示值相比较，其最大偏差即为线性误差。 3.2 故障及排除第一次通电数码管并没有点亮，在老师的帮助下，我发现自己的接线存在错误，第一次通电时，灯没有亮，有点失落，我就用数字万用表检查有没有短路状况，可是竟然没有一次短路现象，自己很迷惑。我判断是段路了，可能由于焊接功夫不到家，多数存在虚焊。于是，我又用数字完用表仔细排查，把虚焊部分尽量查回，可是第二次结果仍毫无现象，我很茫然，我静心下来仔细研究，发现我的电路板有的地方的焊盘都被我弄掉了，真是太缺少实践经验了，那也不能一点现象没有啊。我仍然一步一步检查故障，不断发现问题，解决问题，但是新问题也层次不穷。这都是手工不到家啊。在第三次通电时，我报有希望，但是失败了，真的很遗憾！！！第4章设计心得与体会 4.1 设计心得与体会自己的作品尽管没达到了所需的要求，但自己还是轻呼一口气，感到了完工的喜悦。但是同时也使我明白的是：做永远比说更重要。说句实话，我这是第一次焊电路板。虽然看似我比别人付出的汗水多，但是焊电路仍然不是一个轻松的事情。不是多就会成功，注重的是手法技术及心态。

如果把最终电路板成功的运行看成逻辑关系1，那么电路板上每个元件都是它的子集。并且它们是与的关系。所以只有当所有的元件都是1时，最后的结果才能达到我们想要的1。焊电路板是对人耐性的一个考验，只有当自己的心静下来时，才能焊接出理想的电路板。为了电路板焊接成功，我不败不气反复三次，

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长春大学课程设计纸即使还是失败了。

焊板子时，我为了尽量的少用线，就把元件尽量凑在一起，有的直接在板子

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┊ 上联的，虽然结果没完全成攻。但我的板子真的很美观，不是所谓的鸟巢。参考文献 [1]秦增煌，电工学，高等教育出版社，20xx年。 [2]高吉祥主编《电子技术基础实验与课程设计》电子工业出版社 20xx年2月

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