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1、个人收集整理 勿做商业用途 摘要：简易数字电压表广泛应用于电子领域。测量电压通过不同档，经过保护及缓冲电路，避免电压过大烧毁元器件。输入直流直接经过译码显示电路，显示测量结果;输入的是交流电压经过A/D转换转换成直流电压，在经过译码显示电路,显示测量结果。它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转化成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表. 关键字：分压；保护及缓冲电路；直流转换；A\D转换;译码显示 一、概述 随着电子科学技术的发展，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，而电压的测量甚为突出，因为电压的测量最为普遍。本设计在参阅了大量前人设计的
2、数字电压表的基础上,利用数字化测量技术把连续的模拟量转化成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表.数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM。传统模拟式电压表已有100多年的发展历史,虽经不断改进与完善,仍无法满足现在电子测量的需要。数字电压表自1952年问世以来，显示出强大的生命力，现已成为在电子测量领域中应用最广泛的一种仪表。数字电压表具有主要有显示清晰、直观、读数准确，显示位数，准确度高，分辨率高,测量范围宽,扩展能力强，测量速度快，输入阻抗高,集成度高，抗干扰能力强等优点. 测量电压的技术指标如表所示。 表1 测量电压的技术指标
3、 测量项目 量程 准确度 (23±5℃) 输入电阻 分辨力 最大允许电压 DCV 2V ±（0。5％RDG +3字） 10MΩ 1mV 500V 20V 10mV ACV（RMS） (40Hz~1kHz） 2V ±（1.0%RDG +3字） 10MΩ 1mV ±500V 20V 10mv 二、方案论证 方案一:将测量电压根据大小,通过分压电路分成不同的的量程，输入直流直接经过译码显示电路，显示测量结果；输入的是交流电压经过A/D转换转换成直流电压，在经过译码显示电路，显示测量结果。 分压电路 输入保护及 缓冲电路 交、直流
4、 转换电路 A/D转换电路 译码 显示电路 AC AC DC DC 图1数字电压表的原理框图 方案二：利用单片机，此方案采用双积分A/D转换器DH7107GP，它是大规模集成芯片，将模拟电路和数字电路集成在一个有40个功能端的电路内，包含了A/D转换、逻辑控制、译码驱动等电路，但是成本较高。 综上所述，采用方案一。 三、电路设计 1．直流电压测量电路 数字电压表主要分包括分压电路输入保护及缓冲电路；交直流转换电路，A\D转换电路;译码显示电路。 数字电压表的直流电压测量电路如图1.1。1所示，基本量程设计成2V,20V
5、图1。1。1中,，为分压电阻，均采用误差为0。5％金属膜电阻。分压器的总阻值为10M，此即数字电压表的输入电阻。各档的分压比通过量程转换开关加以选择，并按照10倍率关系来改变.输入保护电阻，,组成.其中起限流作用,和构成双向限幅电路，进行过压保护。倘若置于2V档时不慎误接500V高压,该电压就主要降落在上,可保护OP22SH不至损坏。电位器用于调整失调电压。 图2 直流电压测量电路 由于采用高祖分压器，所以需将OP22SH接成电压跟随器使用，以提高其输入阻抗并起到缓冲作用。 2。交流电压测量电路 交流电压测量电路
6、见图3所示.该表采用以正弦波平均值为响应的AC/DC转换电路，并直接借用直流档的分压器。设置的2个交流电压量程依次为2V，20V（有效值）。由LM324N和二极管组成半波整流电路.LM324N接成反向放大器，仅在正半周时导通，进行半波整流。负半周时截止，导通。和的作用是防止LM324N的输出端出现电压饱和现象，并使LM324N的反相输入端的电压保持恒定. OP07与电容构成有源滤波器，以便获得平均值电压对半波整流而言，正弦电压的有效值与平均值存在下述关系： =2。22 这就要求OP07电压放大倍数〉2.22倍，才有调整余量.
7、 OP07的负反馈电阻=，反相输入端电阻为因此（10K)是可调电阻，调整能改变反馈电阻值，进而控制OP07的增益,使在数值上恰好等于被测交流电压的有效值。现取=39K,=20K,只需调整=5.4 K，OP07的电压放大倍数就等于2.22倍（绝对值） |｜==2.22(倍) 电路中的(100 K)用以调整OP07的失调电压.显然，亦即ACV档的校整电位器。测量交流电压时隔直电容加于分压器两边。由于采用“先隔直、后分压”的设计方案，为安全起见，应选0.1、耐压630V的薄膜电容.需要指出,数字电压表采用“先分压、后隔直”的方案，并将隔直电容设计在AC/D
8、C装换电路中,因此可选4.7/16V的低压电解电容，从而大大降低了隔直电容耐压值的要求。 图 3 交流电压测量电路 3．译码显示电路 译码显示电路如图4所示，MCA1403精密电压基准源,测量电压经过MC144333位半A/D转换器转化成BCD码，BCD码经过CD4511转化成7段码，通过数码管显示。 图 4译码显示电路 四、性能的测试 1直流电压电路测量 直流电压测量电路如图5所示 图 5直流电压测量电路 输入1。3V电压，接入2V档时,电压表显示如图 6
9、所示, 图 6 2V档显示 输入13V时，接入20V档，电压表显示如图7所 图7 20V档显示 2.交流电压电路测量 交流电压电路的调试电路如图8所示 图 8 交流电压调试电路 输入10V交流电压，经过半波整流后电压如图9所示 图 9半波整流后电压 经过半波整流后波形如图10所示 图 10 半波整流图形 交流电压电路输出电压如图11所
10、示 图 11 输出电压 3．译码显示电路的测试 译码显示电路如图12所示，输入1000，在数码管上显示8。 图 12 译码显示调试电路 4．硬件调试 关于直流电压测量电路的焊接还是比较顺利的,经过自己的认真焊接，从表面上看达到了指标要求.电路调试，整体上有一定的偏差，部分电路达到指标，但是由于实际电阻上的误差和其他因素的影响,没有达到预期的效果。 五、结论、性价比 在软件调试方面能够达到任务要求，硬件调试方面由于实际方面的误差，导致结果又一定的误差.但是整体上基本实现任务的要求.整体上电路的性能比较好良好，而且在设计上选择的都是常用元件，设计简单,无论是在特性还是设
11、计电路上来说都是符合要求的。 六、课设体会及合理化建议 通过此次课程设计，锻炼了我们的动手能力,也提高了我们独自思考问题的能力，而且也巩固了我们以前学过的知识，也让我们所学的得到综合的运用,同时也进一步掌握了Multism2001和Protel99的相关知识,刚开始做课设时，无从下手，不知道怎么选电路，怎么选择期间，后来通过答疑老师的指导，我开始慢慢有些思路,通过在网上查找资料，翻阅图书馆各种参考书,和自己不断的努力，终于把本次课设洼变成。通过本次课设，提高了我的动手能力，和实践能力，希望以后多多参加这样的实践活动，把书本知识和实践相结合,锻炼我们的综合能力。 硬件调试加强了我们的动手能
12、力，并提高了我们解决问题的能力。在常老师的指导下我对这个设计有了自己的想法，从一个无从下手,到主动思考，希望下次还能向常老师学习. 参考文献 1．沙占友、李学芝著.中外数字万用表电路原理与维修技术。 ［M]北京：人民邮电出版社,1993年 2．童诗白、华成英主编者.模拟电子技术基础。 [M]北京：高等教育出版社,2006年 3．戴伏生主编.基础电子电路设计与实践. [M］北京：国防工业出版社，2002年 4．谭博学主编.集成电路原理与应用。 ［M]北京：电子工业出版社,2003年 5．华满清主编．电子技术实验与课程设计[M]．北京：机械工业出版社，2005年 6。陈光明等主编
13、．电子技术课程设计与综合实训［M]．北京：北京航空航天大学出版社，2007年 7。 谢自美主编．电子线路设计 实验 测试［M］．武汉：华中科技大学出版社,2006年 附录I：总电路图 附录II：元器件清单 序号 编号 名称 型号 数量 1 R1 电阻 9M 1 2 R2 电阻 1M 1 3 R3 电阻 100K 2 4 R5R7R8 电阻 10K 3 5 R6
14、 电阻 6。8K 1 6 R9 电阻 20K 1 7 R10 电阻 18K 1 8 R12 电阻 30K 1 9 R15 电阻 27K 1 10 R17 电阻 560 1 11 R18 电阻 1.2K 1 12 R16 电阻 470K 1 13 R4R11 滑动变阻器 100K 2 14 R13 R14 滑动变阻器 10K 2 15 D1 D2 D3 D4 二极管 1N4148 4 16 U1 集成运放 OP22SH 1 17 U2 集成运放 LM3
15、24N 1 18 U3 低噪声运放 OP07 1 19 U4 精密电压基准源 MC1403 1 20 U5 位半A/D转换器 MC14433 1 21 U6 7段译码器 CD4511 1 22 U7 周边七段驱动阵列 22 C1 电容 100p 1 23 C2 电容 20u 1 24 C3C4 电容 0。1u 2 25 DS1 数码管 DPY 3 SEG 1 26 DS1DS2DS3 数码管 SEVEN SEG COM 3 11
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