本科毕业论文-数字式直流电压表的设计与测试.doc

目 录 摘 要 Abstract 前 言1、数字式直流电压表现状，研究目的以及意义 1.1课题背景及发展趋势 1.2研究的意义和目的2、数字电压表整体设计方案 2.1数字电压表原理介绍 2.2数字电压表设计方案综述3、集成电路ICL7106的理论综述 3.1 ICL7106概述 3.1.1 ICL7106简介 3.1.2 ICL7106的特点介绍 3.2 ICL7106管脚的功能特点 3.3 ICL7106的内部电路和工作原理 3.3.1 ICL7106内部模拟电路 3.3.2 ICL7106内部数字电路4、电路设计和分析 4.1由ICL7106构成的数字式直流电压表表头的分析 4.2小数点驱动电路 4.3各测量电路 4.3.1直流电压测量电路 4.3.2交流电压测量电路 4.3.3直流电流测量电路 4.3.4电阻测量电路 4.4使用注意事项5、数字万用表的制作，调试和测试 5.1制作方法 5.2系统调试 5.3测量结果对比分析 结束语 参考文献 致谢 数字式直流电压表的设计与测试 摘 要 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。本设计主要由集成芯片ICL7106和四个共阴极LED数码管构成，其中ICL7106内部包括模拟电路和数字电路两大部分，模拟电路部分包括基准电压源、模拟开关和A/D转换器；数字电路部分包括时钟振荡器、分频器、计数器、译码器异或门构成的驱动器、控制逻辑电路和锁存器。其中，A/D转换器是该系统的核心部分，它将输入的模拟量转换成数字量输出。在实际测量使用过程中，输入电压经量程转换进入ICL7106进行A/D转换，然后通过计数译码电路变换成笔段码，最后再通过驱动LCD上的电池显示符号来显示数值。本文将对设计所用集成芯片ICL7106各部分功能和电路以及其它扩展电路做详细阐述。关键词：数字电压表；ICL7106；A/D转换器 Digital DC voltmeters designing and testing Abstract Digital voltmeter (Digital Voltmeter) referred to as DVM, it is the use of digital measuring technology, the continuous analog (DC input voltage) into a non continuous, discrete digital form and the instrument display. This design mainly by the integrated chip ICL7106 and four common cathode LED digital tube, which is contained in the ICL7106 analog circuit and digital circuit two parts, parts of analog circuit includes a reference voltage source, analog switches and A/D converter; digital circuit part comprises a clock oscillator, frequency divider, the counter, the decoder XOR gate drive, control logic. Circuit and a latch. Among them, the A/D converter is the core part of the system, the analog it will enter into a digital output. In the actual measurement process, the input voltage range conversion into the ICL7106 to A/D conversion, and then transform the counting decoding circuit into segments of code, and then through the drive LCD on the battery symbol to display the numerical display. In this paper, the design of the integrated chip ICL7106, the function of each part and the circuit and other circuit done in detail. 前 言随着科学技术的发展和进步，电子测量中常用的指针式万用表逐步地已被数字式万用表所取代。数字万用表的结构基础是数字电压表。只要在数字电压表的前面加上各种转换电路，即可构成数字式万用表。数字式电压表的出现，有两方面的原因。一方面由于电子计算机的应用逐渐推广到系统的自动控制信实验研究的领域，提出了将各种被观察量或被控制量转换成数码的要求，即为了满足实时控制及数据处理的需要；另一方面，电子计算机的发展，带动了脉冲数字电路技术的进步，为数字化仪表的出现提供了条件。世界上第一台数字电压表是美国NLS公司制造的。我国是从1958年开始研制数字电压表的。同计算机的发展过程类似，数字电压表的发展过程也经历了电子管，晶体管，集成电路和大规模集成电路时代。数字电压表的发展目前则早已进入智能化时代，高档智能化数字万用表均带微处理器和标准接口，能配计算机与打印机进行数据处理及自动打印，构成完整的测试系统。在日常生活和工业生产中，数字电压表都是不可或缺的。本课题的目的就是基于ICL7106芯片设计制作设计出一种结构简单、工作可靠、灵活性好的数字电压表。本文先阐述数字电压表的发展历程和趋势，研究的目的和意义。然后进一步分析数字电压表的工作原理，主要包括：集成芯片ICL7106的特点，内部电路，工作原理分析；数字万用表表头DT830B的电路原理，组装与调试；扩展电路的分析。最后完成对数字式万用表DT830B的组装和调试，实验测试数据并与实验室标准万用表测量数据进行比对，完成对实验结果和可能造成实验误差的原因的分析。 一、数字式直流电压表现状，研究目的以及意义 1.1课题背景及发展趋势出现于50年代初，在60年代末得到迅猛发展的数字电压表，简称DVM，它的工作原理采用的是数字化测量技术，把连续的模拟量转变为不连续的数字量，加以数字处理然后再通过显示器件显示。数字式电压表的产生与发展与电子计算机的发展是密不可分的；同时，为革新电子测量中的烦锁和陈旧方式也催促了它的飞速发展，如今，它又成为向智能化仪表发展的必要桥梁。由于传统的指针式电压表存在功能单一、精度低等缺点，已经不能满足数字化时代的需求。同时采用集成芯片的数字式电压表，由于其精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信等特点已被广泛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，显示出强大的生命力。 数字电压表在近五十年间得到发展迅猛，构成数字电压表的核心元器件也已从早期的中小规模电路发展到大规模ASIC(专用集成电路)阶段。数字电压表的应用范围也从传统的测量扩展至通信、传感、自动控制等领域，由此可见，数字式电压表具有极其广阔的发展前景。 传统电压表主要有两种设计思路：一种是用电流计和电阻利用欧姆定律构成的电压表；另外一种是利用中小规模集成电路芯片构成的电压表。目前市场上较为流行的则是使用大规模ASIC(专用集成电路)构成的电压表。虽然设计思路不同，但各种电压表各有优劣，同时也为各种新颖的电压表设计提供依据和基本设计思路。近期中国数字电压表产业发展研究报告从多方面介绍了世界数字电压表产业的发展现状，同时阐述了中国数字电压表产业现状及其与外国同行业的差距，创新性地提出了“新型数字电压表产业” 和“替代品产业”两个新概念，在此基础上，从四个维度即“以人为本”、“科技创新”、“环境友好”和“面向未来”准确地界定了“新型数字电压表产业” 及替代产品的内涵。根据“新型数字电压表产业” 及替代品的评价体系和量化指标体系，从各个角度对中国数字电压表产业的发展现状进行了总结和分析，并对数字电压表产业在中国行政划分的四大都市圈的发展趋势做了深刻的评估和预测。以下给出中国新型仪表产业未来发展的几个趋势：(1)普遍采用新技术，不断开发创新，向模块化发展随着科学技术的发展，各种新技术新产品层出不穷，仪器仪表产业也不断地面临着技术的革新。首先是20世纪90年代针对A/D转换器的技术改革，如美国的四斜率A/D转换技术和余数再循环技术，英国的自动校准技术，荷兰的智能化专用芯片80C51系列等，这些新技术让数字电压表想高稳定性，高准确度，低成本方向发展。近年来，集成电路的发展使电压表只需要在外围加一个扩展电路和几个简单的元器件就可构成智能化仪表，可以完成测量，控制，比较，存储等多种功能。(2)标准化，规范化新型仪表正向着标准模块化方向发展，这也是未来数字仪表的发展趋势。未来的数字仪表将由各个标准化，规范化，通用化，系列化的模块所构成，这也将为仪器仪表的电路设计，维修检测提供很大的方便。(3) 扩展能力强，测量速度快，抗干扰能力强数字电压表在每秒钟内对被测电压的测量次数，叫测量速率，单位是“次/S”。它主要取决于A/D转换器的转换速率，其倒数是测量周期；5 位以下的DVM大多采用双积分式A/D转换器，其串模抑制比、共模抑制比各别可达100dB、80120dB。高档DVM还采用数字滤波、浮地保护等先进技术，进一步提高了抗干扰能力。(4)提高安全性仪器仪表的安全性在生产制造中至关重要，各个厂家都在尽力为仪表设计安全保护电路，并使其满足国家标准。(5)集成度高，微功耗 新型数字电压表的设计具有很高的输入阻抗，可高达1T。另外，其越来越多地将采用CMOS大规模集成电路，所以整机功率很低。 (6)操作简单 新型数字仪表由于采用集成芯片加简单的元器件即可构成，按键少，操作简单，实用。这也是数字式仪表向智能化发展的一个重要标志。1.2研究的意义和目的此次研究数字式直流电压表的目的在于：通过此次毕业设计对数字直流电压表的设计和测试综合运用数字电路和模拟电路，巩固所学知识；了解双积分A/D转换器的原理；掌握ICL7107构成数字直流电压表的方法；了解数字显示电路的扩展应用；了解产品设计的基本思路和方法；掌握常用电子元件的选择方法和元件参数；加强计算机运用、查阅资料和独立完成电路设计的能力。在此基础之上，分析了解目前国内国外数字电压表产业的发展，为以后的学习和行业研究打好基础。众所周知，在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中尤其以电压量的测量最为普遍。数字电压表作为最常用的测量仪表，以电压表为核心，可以扩展成为各种通用数字仪表，专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表（如：温度计，湿度计，酸度计，重量，厚度仪等），几乎覆盖了电子电工测量，工业测量，自动化仪表等各个领域。另外，综合近年来数字化仪表的发展趋势所看，数字式电压表具有比传统电压表读数直观、准确，显示范围宽、分辨力高，转入阻抗高，功耗小、抗干扰强等优点，值得人们去探索研究。从行业潜力来看，目前对于数字电压表的研究和技术革新主要存在于硬件方面，软件方面的作用远远没有发挥出来。但未来的发展趋势必然是智能仪表与人工智能结合起来开创的全新的智能仪器，所以说目前数字电压表的智能化发展还处于“幼年期”，需要我们更加深入地去了解，研究和创新。 二、数字电压表整体设计方案2.1数字电压表原理介绍 DT830B是利用ICL7106设计的一种简易型数字万用表。除了ICL7106和LCD外，该表仅使用了24个电阻、6个电容和1个二极管，线路简单，但测量功能仍有20项，且价格低廉，适合于学生练习电子设备的焊接、组装与调试，也可做简单的电子测量使用。该系统主要由集成电路ICL7106和四个共阴极LED数码管构成，其中ICL7106内部包括模拟电路（即双积分A/D转换器）和数字电路两大部分。在实际测量使用过程中，输入电压经量程转换进入ICL7106进行A/D转换，然后再通过驱动LCD上的电池显示符号来显示数值。由于集成芯片ICL7106只有液晶笔段及背电极驱动，没有小数点驱动端，所以为显示小数点，需另加外围电路。2.2数字电压表设计方案综述 该数字式电压表设计提供的电源是用电池提供的9v的电压。量程开关则是由接入的电阻的大小来控制的。接入的电阻越大测量的量程就越小，反之接入的电阻越小它的量程也就越大。此电路的量程最大可以达到1000v。时钟电路是由外接震荡电路产生的。集成芯片ICL7106提供A/D转换电路，显示部分则由ICL7106管脚直接驱动LCD显示.由于ICL7106是把模拟电路与逻辑电路集成在一块芯片上，属于大规模CMOS集成电路，芯片内部有异或门输出电路，因此可以直接驱动LCD显示器，也无需外加模块进行智能控制，即可实现对直流电压、交流电压、直流电流和电阻测量对象切换。下图为数字电压表结构框图 在上图所示结构框图中，除了LCD，RC滤波器，电容CREF外，其余各功能部分，都被集成到一块CMOS大规模集成电路7106中，还有少数无法用集成电路技术制造的电阻，电容，则通过管脚和内部电路连接，这使得7106的管脚多达40个。 三、集成电路ICL7106的理论综述3.1 ICL7106概述3.1.1 ICL7106简介 ICL7106是美国英特西尔（Intersil）公司的产品，它是一块高性能，低功耗应用非常广泛的三位半A/D转换器电路集成芯片。它包含3 1/2位数字A/D转换器，内部设有参考电压，模拟开关，逻辑控制，自动调零功能等。另外ICL7106含有一背电极驱动线，适用于液晶显示（LCD）。高集成度芯片ICL7106拥有三个显著的优点：高精度，通用性，低成本。ICL7106是一个系列产品，还有ICL7107、ICL7116、ICL7117，ICL7126、ICL7136、ICL7137等等，它们的功能和用途略有差别。国产的同型号产品是CC7106。3.1.2 ICL7106的特点介绍 ICL7106属于大规模CMOS集成电路，它将模拟电路和数字电路集成在同一块芯片上。它有如下特点： （1）采用单电源供电，电源电压范围是715V，因此可以使用9V叠层电池供电，便于制造袖珍式测量仪表。 （2）功耗低，芯片本身的工作电流仅为1.8mA左右，功耗约为16mw，一节9V叠层电池能连续工作200小时左右，正常断续使用，可使用半年以上。 （3）输入阻抗极高，典型值为1010,对输入信号没有衰减作用。 （4）数字输出部分为异或门输出电路（又称相位驱动电路）能直接驱动3 1/2位LCD。 （5）整机组装方便，不需要外加有源器件，只需要配上几个电阻和几个电容及LCD，就可以构成一个3 1/2位的直流电压表，俗称数字电压表头。在数字表头的基础上只需增加少量的转换电路和量程扩展电路即可制成数字万用表。 （6）芯片内部设有时钟电路的有源部分，设计者只要通过引脚外接阻容或石英晶体便可构成时钟振荡电路，给设计者留有充分的选择余地。 （7）能通过内部的模拟开关实现自动调零，能自动判定被测电压的极性。 （8）内置基准电压，使用方便。 （9）可以很方便地对芯片进行功能检查，从而判断芯片质量的好坏。 （10）因为是COMS集成电路，A/D转换采用双积分式工作原理，故抗干扰能力强，噪声低，失调温漂和增益温漂均很小，且可靠性高，寿命长。 3.2 ICL7106管脚的功能特点ICL7106有两种封装形式，一种为双列直插式塑料封装，另一种则为陶瓷封装，均为40个引出端，引出端俗称管脚，管脚排列如下图所示。各管脚功能分叙如下：（1）V+和V-（1,26脚）：分别接9V电源的正、负极。（2）COM（32脚）：模拟信号的公共端，简称“模拟地”，使用时通常将该端与输入信号的负端IN-相连，在集成电路内部则与基准电压的负端相连。（3）TEST（37脚）：测试端，此端有两个功能，一是做“测试指示”，将它与V+短接后，LED显示器显示全部笔画l888，据此可确定显示器有无笔段残缺现象；第二个功能是作为数字地供外部驱动器使用，构成小数点、标志符显示电路这是因为7106内部没有集成小数点驱动电路。（4）a1g1（5,4,3,2,8,6,7脚）：个位笔段驱动端，它们分别接至LCD个位相应笔段电极。（5）a2g2（12,11,10,9,14,13,25脚）:十位笔段驱动端，显然，它们应分别接至LCD十位的相应笔段电极。（6）a3g3（23,16,24,15,18,17,22脚）：百位笔段驱动端，接至LCD百位的相应笔段电极。（7）b4c4（19脚）：千位(即最高位，也称12位)笔段驱动端，接千位LED的b、c段。当计数大于1999时，LCD发生溢出，仅千位显示“1”，其余位均不显示，以此表示仪器过载。（8）POL（20脚）：负极性指示输出端，接千位LED的g段，当POL端输出的方波与背电极方波反相时，显示出负号“”。（9）BP（21脚）：LCD背面公共电极的驱动端，简称“背电极”。（10）OSC1-OSC3（40,39,38脚）：时钟振荡器的外接元件端，通常是外接阻容元件，以便和内部反相器构成两极反相式阻容振荡器。 （11）VREF+(36脚)：基准电压的正端，简称“基准+”，利用内部基准电压源可获得所需要的基准电压，也可以采用外部更高性能的基准电压源。（12）VREF-（35脚）：基准电压的负端，简称“基准-”。（13）CREF+ 、CREF-(34，33脚) ：外接基准电容端。（14）IN+、IN-（31,30脚）：模拟电压的输入端，分别接被测直流电压VIN的正负两端。（15）CAZ（29脚）：外接自动调零电容端，该端在芯片内部接至积分器和比较器的反相输入端。（16）INT（27脚）：积分器的输出端，接积分电容CINT 。（17）BUF（28脚）：缓冲放大器输出端，接积分电阻RINT。 需要说明的是，由于ICL7106的数字地（GDN）并未引出，而是通过内部500电阻和TEST相连，但TEST和数字地呈等电位，故可将TEST视为数字地。3.3 ICL7106的内部电路和工作原理 ICL7106的内部电路分为模拟电路和数字电路两大部分。其中集成了A/D 转换器的模拟部分电路，如缓冲器、积分器、电压比较器、基准电压源和模拟开关，以及数字电路部分如振荡源、计数器、锁存器、译码器、驱动器和控制逻辑电路等，使用时只需外接少量的电阻、电容元件和显示器件，就可以完成模拟到数字量的转换，从而满足设计要求。ICL7106 的一个周期为用4000 个计数脉冲时间作为A/D 转换的一个周期时间，每个周期分成自动稳零（AZ）、信号积分（INT）和反积分（DE）3 个阶段。内部逻辑控制电路不断地重复产生AZ、INT、DE 3 个阶段的控制信号，适时地指挥计数器、锁存器、译码器等协调工作，使输出对应于输入信号的数值。而输入模拟量的数值在其内部数值上等于计数数值T，即：VIN 的数值=T 的数值或Vin=Vref(T/1000) 式中：1000 为积分时间（1000 个脉冲周期）；T 为反积分时间（满度时为2000）。3.3.1 ICL7106内部模拟电路如下图所示为ICL7106内部电路的模拟电路部分。 由上图可以看出，模拟部分分别由以下各单元电路组成。（1） 基准电压源，由稳压二极管DZ，硅二极管D，电阻R1和R2组成。E0的允许范围是2.4V3.2V。E0不仅给芯片提供基准电压，还为设计万用表的档，二极管档，hFE档提供了方便。在普通数字万用表中，均通过电阻分压器从E0获得VREF。（2） 模拟开关，分别为SAZ,SINT,SDE。SAZ是自动调零开关，SINT为正向积分开关，SDE+和SDE-是反向积分开关，但SDE+和SDE-每次只有一组工作，是被测电压正负而定。（3） A/D 转换器，由积分器A2，比较器A3和外接元件RINT,CINT组成双积分A/D 转换器。A/D 转换器的每个测量周期分为三个阶段，即：自动调零（AZ），正向积分（INT），反向积分。第一阶段：自动调零阶段AZ 转换开始前（转换控制信号VL=0) ，先将计时器清零，并接通开关SAZ，使积分电容C完全放电。VREF向CREF充电，使CREF的电压被充到VREF，为反向积分做好准备。第二阶段：信号积分INT 此阶段中SINT闭合，SDE，SAZ断开，切断了自动调零电路，并去掉了A1+端和COM的短路线，将IN+，IN-端分别与A1+端，A2+端接通，积分器A2，比较器A3，缓冲器A1都开始工作。当定时计数器满1000个脉冲时，正向积分停止，转为反向积分开始，此时积分器的输出电压为：正向积分结束时，被测电压的极性即被判定。K为缓冲器A1的电压放大倍数，约为1。第三阶段：反向积分DE 令开关SDE转至参考电压VREF一侧，积分器反向积分。如果积分器的输出电压上升至必零时，所经过的积分时间T2则可得，故可得到，可见，反向积分到V0=0这段时间T2与VIN成正比。令时钟脉冲CD的周期为Tc，计数扔器在T2时间内计数值为N得：T2=NTcp代入上式得：由上式可知，T1，TCP,VREF都是预先设计好固定不变的，所以计数值N仅与被测电压VIN成正比，从而实现了对模拟直流电压VIN的数字化测量。(4) A/D 转换过程的时间分配在测量过程中7106能在控制逻辑电路的控制下自动完成下述循环：其中每个阶段测量周期的测量速率为：测量周期选定之后，每个阶段的时间分配如下：1，上次反向积分时间T2：从第0个T0到第2000个T0。由被测电压VIN决定，但最大不超过1999T0。2，自动调零时间：从T2结束开始到第3000个T0，开始的时间由T2的长短决定，但结束的时刻是确定的。3，正向积分时间T1：从第3000个T0开始到第4000个T0结束，T1有确定的时间长度，即T1=1000T0。又称信号积分。4，反向积分时间T2：从第4000个T0(即第0个T0)到第2000个T0之前的某个时刻，又开始新的一个周期。为了提高万用表抑制工频干扰的能力，采样时间T1应选为工频周期20ms的整数倍。设计选择T1= 1000TCP = 1000 * 0.1ms = 5 * 20ms，是工频周期的5倍，符合原则。3.3.2 ICL7106内部数字电路 如下图所示为ICL7106内部电路的数字电路部分。数字电路的显著特征是，它采用一只稳定电压为6.2V的稳压管与一只MOS场效应管源极跟随器来产生内部数字地（GND或DGND表示）。除此重要特征外，数字部分主要包括七个单元电路：时钟振荡器，分频器，计数器，锁存器，译码器，异或门构成的驱动器，控制逻辑电路。下面将做详细介绍：时钟振荡器时钟振荡器就是一个方波发生器，这里由非门F1，F2以及外接阻容元件R，C组成。其输出方波之占空比为1:1，振荡频率与周期的估算公式分别为: 分频器对时钟振荡器产生的时钟脉冲进行逐级分频，即可获得所需的计数频率fcp和LCD背电极的方波电压频率fBP（50HZ）。计数器利用四位二进制数表示十进制数N时，通常采用“8,4,2,1”BCD码。CMOS计数器的计数单元一般采用T型触发器。译码器译码器的功能是将BCD码译成LCD七段显示码，供7段显示用，从而将二进制的BCD码译成对应的十进制显示出来。译码器属于组合逻辑。异或门LCD的一个重要特点，就是必须采用交流驱动方式。实验表明，交流驱动时液晶的寿命可达5000小时以上，而采用直流驱动寿命大约为500小时。控制逻辑电路控制逻辑电路属于时序电路，主要作用有三个：第一，识别积分器的工作状态，适时发出控制信号，使各模拟开关接通或断开，A/D转换器能循环进行。第二，判定输入电压极性，控制LED数码管的负极性显示，相应的输出管脚为POL（20号）。第三，当输入电压超量程时发出溢出信号，使千位显示“1 ，其余数码全部消隐。锁存器用来存放A/D转换的结果，锁存器的输出经译码器后驱动LED 。 四，电路设计和分析4.1由ICL7106构成的数字式直流电压表表头的分析 在掌握了7106的内部结构，工作原理，管脚功能以及LCD的结构和工作原理之后，便可以进一步讨论用一片ICL7106和一片3 1/2位LCD以及几个外接电阻，电容构成的最小测试系统数字电压表表头。该系统设计原理图如下图所示： 如图所示是一单量程的3 1/2位数字电压表，在此电压表的基础上，再添加各种转换电路便可以组成一个功能较齐全的数字万用表，因此常将此具有基本量程的数字电压表称为数字表头，该表头的满量程为200mv。电路主要的是由ICL7106 组成它实现A/D转换。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UREFUM/2100.0mV，满量程即定为200mV，二者呈12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。4.2小数点驱动电路小数点驱动电路采用四异或非门4077B，异或非门的真值表如下图1所示。以图1中十位小数点dp1的驱动为例来说明。异或门I的输入端A接7106的21脚（即BP端），为固定的50HZ方波，当输入端B接高电位时，由真值表可知，异或非门的输出端Y的输出UA，所以加到该小数点两极板上的电压UyBP =0。但换挡开关的动片K1-6移到十位时，则B端和TEST接通，TEST是数字地，即UB =0，由真值表可知，Uy变成与UA同频反相的方波，结果dp1两极板具有交换极性的方波，因此dp1显示出来。总之，当异或非门的输入端B位数字低电平时，对应的小数点便显示，反之B为数字高电平时，对应小数点便消隐。 图1 小数点与低电压提示符驱动电路4.3各测量电路 4.3.1直流电压测量电路 下图为直流电压测量电路 在数字电压表头的基础上增加一个电阻链分压电路和一个换档开关，即可构成各种量程的直流电压测量电路。图中斜线区域代表导电橡胶，用来连接7106和LCD。R7和W2表示一个由固定电阻R7和一个电位器W2组成的串联可调电阻，调节W2使R7+W2 = 9M。R6是限流保护电阻。K1是换挡的动片之一。由图可知，被测电压Vx乘以分压系数F等于数字电压表头的输入电压VIN，即 VIN = Vx * F （4.3.1） 例如当动片K1移到量程200V档时，分压系数当表头显示值为1999时，表示表头的输入电压VIN为199.9mv，而电压表的输入端输入的电压，则由式4.3.1可求得:即代表此档满量程为200V。同理可算得其余各档可由相同算法算出。如果配以小数点驱动电路，那么在各个量程时，LCD就会显示出实际的测量值。具体在各档时应驱动哪一位后面的小数点，也是由换档开关来同步控制的。由式4.3.2可知，在200档时，应该让dp1总是显示，这个工作由换档开关的动片S1-6同步实现的。需要说明的是，电压表在工作时，是和被测电阻并联的，为了不影响被测电路的正常工作，电压表的输入电阻应越大越好，无穷大时最好。由直流电压测量图可以看出，DT830直流电压表的量程共有五档，分别是：200mv，2v，20v，200v和1000v。4.3.2交流电压测量电路 下图所示为交流电压测量电路交流电压测量电路只需要在直流电压测量电路的基础上，增加一级线性整流电路即可。具体做法是在分压器和数字表头之间串入线性整流电路。线性整流电路起到AD-DC变换的作用。如果仅用二极管整流，由于二级管有门槛电压，所以当输入信号小于门槛电压时无法转换，且二极管整流输出具有非线性，这给校准带来了困难，采用线性整流电路就克服了上述困难和缺点。图中二极管D5、D6、D11、D12构成了过压保护电路，如因操作不当，在低档量程时不慎加入了高电压，则二极管D5和D11在正半周时导通，D6和D12在负半周时导通。保护了电路中的其它元件，不至于损坏。正常工作时，可视为开路。电容C1、C2、C3、C5在测量电压频率范围45HZ-500HZ的限定内，是交流耦合电容，对被测交流电压可视为通路。R21和R22给运放A1a的同相输入端提供直流偏置电路，R23提供反相输入端的直流偏量，对交流信号而言均可视为开路。C4是为了消除高频自激，分析工作原理时，可视为开路。4.3.3直流电流测量电路下图所示为直流电流测量电路作在数字电压表头的基础上，增加一个电流输入插孔和电流-电压转换（I-V）电路，就可以构成一个多量程的直流电压表。根据欧姆定理，用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压，再进行测量。如图，由于rR，取样电阻R上的电压降为Ui=Ii*R即被测电流Ii=Ui/R若数字表头的电压量程为U0，欲使电流档量程为I0，则该档的取样电阻（也称分流电阻）为R=U0/I04.3.4电阻测量电路 如下图所示为电阻测量电路 由稳压管ZD提供测量基准电压，流过标准电阻 R0 和被测电阻R x的电流基本相等（数字表头的输入阻抗很高，其取用的电流可忽略不计）。所以A/D转换器的参考电压URFE和输入电压UIN有如下关系：URFE/UIN =R0/R x即R x=(UIN /URFE)/R04.4使用注意事项1.在接电源时，注意电源的正负极2.通电后，观察数码管发光情况，并按下复位按钮，使其恢复初始状态3.在使用前，调节2K电位器校零4.在进行测试前，估猜被测电压，选择合适量程 五、数字万用表的制作，调试和测试5.1制作方法 1，在安装之前，仔细阅读“DT830B数字万用表实习指导书”，读懂之后先进行试安装。2，试安装时，可先将电阻，电容等小的元器件焊上去。试安装的目的主要是探索出一套快速可靠的安装方法。通过摸索，会发现三极管插座的焊接面和其它电阻、电容的焊接面刚好是相反的，所以最好先别焊三极管插座，以免对后面的安装工作产生较大的影响。3，DT830B共有37个元器件需要焊接，而焊点不超过70个，焊接工作量并不大。焊接关键在于元器件不要焊错，焊点质量要高，便于拆卸和重新安装。4，在电路板焊接完成后就是组装工作了，具体操作步骤可参考说明书，在这里不再赘述。5.2系统调试5.2.1 调试仪器可调直流电源，可调范围：0200mv；万用表，精度：0.1mv5.2.2 调试方法 数字万用表的一般调试流程是先调零点，后调功能；先直流后交流；先电压后电流；先低档，后高档；先基本档，后附加档。1. 零点检验 转换开关置于DCV 200mV档。当输入开路时，显示屏上可能有数字出现，这是外界感应电压造成的，但显示应在10个字以下，如用手触摸表笔，显示字应有变化。将两表笔短接后显示值应为“00.0”。否则不正常，应予以检查，或判为不合格。2. 表头满量程（DC 200mV档）的调试将DT-830B和标准直流电压源按图5.2.2连接。调节标准电压源，使其输出为100.0mV，找到DT-830B中的电位器W3，微调W3，使DT-830B显示“100.0”；改变输入为199.9mV，观察DT-830B的显示是否也为“199.9”，再将输入分别改为20mV,-100.0mV,分别观察DT-830B的显示是否与输入吻合，或误差不超过0.1mV，否则要反复微调W3，使上述各情况都符合要求为止，否则要更换元器件或判定为次品。3. 直流电压档各档的检验 依次将转换开关转至2V,20V,200V,1000V量程，接线图仍如图5.2.2所示，分别输入1.000V，10.00V，100.0V，1000V的标准直流电压，观察DT-830B的显示值，应在规定误差之内。5.3测量结果对比分析5.3.1测量结果电压测量次数测量前档位待测电压值测量后档位测量电压值第一次11.5v21.455v第二次224v323.86v第三次5150mv10.1470v自动切换量程测试档位本表测量值万用表测量值10.099v100mv21.453v1.498v314.75v14.98v4118.4v120.5v5201.5v190.1v5.3.2误差分析 由5.3.1测量结果可知，自己制作的DT830在测量结果上与标准万用表存在一定误差，误差结果分析如下：1. 由于电压表工作时与被测电路并联，所以电压表的输入电阻越大越好，无穷大时最好。一般情况当内阻达不到10000时就会产生误差，而且使用的档位越低误差就会越大。 2.可能是由分压电阻和模拟开关的导通电阻引起的。 3.由于内部器件的老化腐蚀而使电阻电感产生变化影响结果。 结束语 历经三个多月的毕业论文终于进入了尾声，同时也预示着在文华学院的四年大学生涯即将结束。回顾起来，这几个月的毕业设计经历亦如大学四年的缩影，从最开始的兴奋，到后来面对选题的不知所措，到搜集资料的莽莽撞撞，再到在老师的悉心指导下慢慢步入正轨，到最后终于收获成果和一路的经历，内心充满成就感。毕业设计的题目我选的是数字式直流电压表的设计与测试，乍一看感觉题目太小儿科了，看看别的同学的选题都是关于PLC，单片机，嵌入式等等，自己这个太基础了。但有句话叫“万丈高楼平地起”，我觉得先打好基本功再去深入地研究也为时不晚。由于本次课程设计的题目我们曾经做过实验，所以再一次回顾研究起来也比较容易上手。这次研究课题的重点主要有三部分：DT830B数字表头，集成芯片ICL7106，以及扩展电路。通过对这三部分的研究，让我重新温习了数模电的相关知识，把以前一知半解的地方彻底弄懂了，同时也让我对数字万用表的构成和使用有了很全面的了解，这对以后从事电气相关行业的工作是大有裨益的。另外，在撰写论文的过程中，大量的资料查找也锻炼了我信息搜集和分类提炼的能力，同时扩展了我的知识面。刚开始写论文的时候我还在公司实习，时间很紧加上对论文毫无头绪，所以进度很慢，只是搜集了一些需要用到的资料。后来在指导老师何老师的电话指导以及发的书面指导下慢慢理清了思路，开始着手写论文。那段时间白天上班，晚上回到家不仅要交公司的报告还要写论文，真的感觉很累，经常加班到凌晨。不过，现在回头看看那段时间虽然很累但很充实，让我明白时间是可以挤出来的，这段经历无疑也是我四年大学生涯的一笔宝贵精神财富了。论文的结束也标志着大学生涯的谢幕。离别总是伤感的，但好在我们步入社会又将开始一段新的生活。学生生涯的结束并不代表学习的结束，社会的压力更大，需要学习的知识更多。古人云：学无止境，愿我们能带着一颗求知的心步入社会，创造属于自己的辉煌！ 参考文献1何兆湘、涂仁发，数字万用表工作原理与电子电气设备检修，校内讲义，2011年2月2沙占友，新型数字电压表的原理与应用，北京，国防工业出版社，19953沙占友，DT-830数字万用表的原理与检修，无线电1986年，5月，6月4杜虎林，数字万用表实用测量技法与故障检修，北京，人民邮电出版社，20035卢文科，数字万用表的使用与维修，北京，机械工业出版社，19946沙占友，李学芝，数字万用表图集，北京，人民邮电出版社，19967沙占友，沙占为，数字万用表的原理、使用与维修，北京，电子工业出版社，19888张肃文，陆兆熊，高频电子线路（第三版），北京，高等教育出版社，19939清华大学电子学教研组编，童诗白主编，模拟电子技术基础（第二版），北京，高等教育出版社，198810武汉市中夏无线电厂，家用电子制作，内部资料，2006 致谢 在这次毕业设计的过程中，得到了太多的帮助，有同学的建议，有老师的指导，有朋友的信息查找。需要感谢的人也太多太多。首先需要感谢的是何兆湘老师，在这几个月的论文撰写过程中，何老师一直关注着我的论文写作进程，一遍又一遍地打电话进行指导。要知道何老师是刚做完手术才出院的，那么大年纪拖着生病的身体给我们做指导、传资料，敬业精神、负责态度令人动容。其次需要感谢的是叶念渝老师，叶老师在何老师生病住院的那段时间里不辞辛苦独自负责两个小组人员的毕业设计指导工作，每周都召集我们面对面进行指导，给我们大家很大的帮助。另外，还要感谢我同组的小伙伴许文涛，组长李娅等人，在我上班离校的日子不断给我信息反馈，让我随时了解毕业设计的安排。最后，感谢在我撰写毕业论文这几个月以来对我提供帮助和支持的老师，同学和朋友。谢谢！为你提供优秀的毕业论文参考资料，请您删除以下内容，O(_)O谢谢！A large group of tea merchants on camels and horses from Northwest Chinas Shaanxi province pass through a stop on the ancient Silk Road, Gansus Zhangye city during their journey to Kazakhstan, May 5, 2015. The caravan, consisting of more than 100 camels, three horse-drawn carriages and four support vehicles, started the trip from Jingyang county in Shaanxi on Sept 19, 2014. It will pass through Gansu province and Xinjiang Uygur autonomous region, and finally arrive in Almaty, formerly known as Alma-Ata, the largest city in Kazakhstan, and Dungan in Zhambyl province. The trip will cover about 15,000 kilometers and take the caravan more than one year to complete. The caravan is expected to return to Jingyang in March 2016. Then they will come back, carrying specialty products from Kazakhstan A small art troupe founded six decades ago has grown into a household name in the Inner Mongolia autonomous region. In the 1950s, Ulan Muqir A