课题设计三位半直流数字电压电流表
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2012～ 2013学年第一学期
摘要
随着科学技术的发展，数字电压、电流表的种类越来越多，功能越来越丰富，当然应用的领域也越来越广泛，给人们的工作和生活带来许多方便。本文主要介绍的是基于ICL7107数字电压、电流表的设计的设计，ICL7107是目前广泛应用于数字测量系统是一种集三位半转换器段驱动器位驱动器于一体的大规模集成电路，ICL7107是目前广泛应用于数字测量系统的一种31/2位A/D转换器，能够直接驱动共阳极数字显示器，够成数字电压表，外接电阻即可构成数字电流表，此电路简洁完整，稍加改造就可以够成其他电路，如数字电子秤、数字温度计的等专门传感器的测量工具。ICL7107是目前广泛应用于数字测量系统是一种集三位半转换器段驱动器、位驱动器于一体的大规模集成电路，主要用于对不同电压的测量和许多工程上的应用，调频接口电路，它采用的是双积分原理完成A/D 转换，全部转换电路用CMOS大规模集成电路设计。应用了ICL7107芯片数码管显示器等，芯片第一脚是供电，正确电压时DC5V，连接好电源把所需要测量的物品连接在表的两个端口，从而可以在显示器上看到所需要的结果。在软件设计上，主要编写了实现计数频率的调节和单片机功能的相关程序，最后把软件设计和硬件设计结合到一起，然后进行调试。本文阐述了硬件设计中具体的硬件结构和功能和软件设计中具体写入的程序还有相应的调试过程。
关键词：ICL7107芯片、数字电压表、数字电流表、小数点的自动切换
目录
第一章 ICL7107简介及其功能、特点 (1)
第2章基于ICL7107实现的数字电压表 (2)
第3章基于ICL7107实现的数字电流表 (3)
第4章数字电压电流表中小数点的自动切换 (4)
第5章附录 (4)
第一章ICL7107简介及其功能、特点
1. ICL7107简介
ICL7107是高性能，低功耗的三位半A/D转换器电路。
2. ICL7107特点
① ICL7107是31/2位双积分型A/D转换器属于CMoS大规模集成电路它的
最大显示值为士1999最小分辨率为100uV转换精度为0.05士1个字。
② 能直接驱动共阳极LED数码管不需要另加驱动器件使整机线路简化采用
士5V两组电源供电并将第21脚的GND接第30脚的IN。
③ 在芯片内部从V与COM之间有一个稳定性很高的2.8V基准电源通过电
阻分压器可获得所需的基准电压VREF。
④ 能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动极性显示功能。
⑤ 输入阻抗高对输入信号无衰减作用。
⑥ 整机组装方便无需外加有源器件配上电阻、电容和LED共阳极数码管就
能构成一只直流数字电压表头。
⑦ 噪音低温漂小具有良好的可靠性寿命长。
⑧ 芯片本身功耗小于15mw不包括LED。
⑨ 不设有一专门的小数点驱动信号。使用时可将LED共阳极数数码管公共
阳极接V+。
⑩ 可以方便的进行功能检查。
3. ICL7107引脚图
第2章基于ICL7107实现的数字电压表
由于ICL7107能直接驱动共阳极LED数码管不需要另加驱动器件，所以，由ICL7107与共阳极LED数码管直接就可以组成一个数字电压表，如下图所示
但是我们从图中左下方的毫伏电压表可以看出，ICL7107与LED数码管组成的电压表量程非常小，属毫伏级，且最大只能测量199.9mV，所以，真正意义上来说只能说是电压表的表头。
2.档位切换
由于ICL7107与LED数码管组成的电压表量程非常小，不能直接用于测量大电压，所以，在设计时，我们则采用串电阻分压的方法进行测量，如，当我们测量的电压大于200mv小于2v时，我们则选用2v档位（这里我们用琴键做选择开关），即在31信号输入引脚前串联电阻阻值比为1:9的电阻，然后将小电阻的电压信号引入31引脚进行测量，同时小数点自动跳位。而20v、200v档位原理与此相同只是接入电阻不同。
电压量程选择电路
第3章基于ICL7107实现的数字电流表
由于ICL7107与LED数码管直接就可以组成一个数字电压表，不能直接测量电流，所以，在测量时我们需要一个转换元件，将电流转换成电压，即电阻，这样我们就可以测量电压了。
2. 档位切换
当我们测量电流，选取电流档位时，相应的开关闭合，这时电流流过相应电阻，形成相应的电压，输入表头，经过ICL7107处理过后，最后在数码管上显示，同时小数点自动选择。
电流量程选择电路
第4章数字电压电流表中小数点的自动切换
在电压电流表中，有事候需要档位切换，但是为了方便测量者的读数，这时有必要自动切换小数点的位数。在我们的8段数码管中，有一个DP引脚，作用是控制小数点那段led的亮和灭，所以在我们选择档位时，只要对应的DP 开关同时闭合，即可达到小数点自动切换的目的。
2. 选择方法
在前面的档位选择中，我们采用琴键作为开关，在电路图中用J符号进行标示，在琴键中，有A、B、C、D、E、F六组开关，当琴键被按下时，这六组开关均闭合，所以我们将档位选择与DP引脚接地开关均连接在一个琴键中即可实现同步，例如测量电压量程为20V时，琴键J4被按下，这时琴键中的A、B、C、D、E、F 六组开关闭合，而 J4-D控制20v电路通断，J4-A控制第三位小数点电路通断，这时J4-D、J4-A同时闭合，因此实现了档位与小数点的自动切换。
小数点选择电路
琴键开关
第5章附录
电压电流表原理图
表头PCB图
目录 摘要 2 关键词2 1 概述 3 1.1设计意义 3 1.2系统主要功能 3 2 硬件电路设计方案及描述3 2.1 设计方案 3 2.2 主要元器件的介绍 4 2. 3控制电路模块13 2.4 元件清单16 3数字式电流表的软件设计16 3.1系统程序设计总方案 16 3.2系统子程序设计 17 4数字式电流表的调试19 4.1软件调试 19 4.2显示结果及误差分析 20 5总结22附录1.电路原理图及仿真图23附录2. 程序代码24参考文献 26
基于单片机的简易数字电流表设计 摘要 数字电流表的诞生打破了传统电子测量仪器的模式和格局。它显示清晰直观、读数准确，采用了先进的数显技术，大大地减少了因人为因素所造成的测量误差事件。数字电流表是建立在数字电压表的基础上，让电压表与电阻串联，其显示的是电流，数字电压表是把连续的模拟量（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。数字电流表把电子技术、计算技术、自动化技术的成果与精密电测量技术密切的结合在一起，成为仪器、仪表领域中独立而完整的一个分支，数字电流表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。本设计采用了以单片机为开发平台，控制系采用AT89C52单片机，A/D转换采用ADC0809。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便进行8路其它A/D转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。简易数字电流测量电路由A/D转换、数据处理、显示控制等组成。 关键词：单片机 AT89C51 A/D转换ADC0809数据处理
1 .概述 1.1设计意义 通过课程设计，掌握电子设计的一般步骤和方法，锻炼分析问题解决问题的能力，学会如何查找所需资料，同时复习以前所学知识并加深记忆，为毕业设计打好基础，也为以后工作作准备。通过对选题的分析设计，学习数字电流表的工作原理、组成和特性；掌握数字电流表的校准方法和使用方法； 1.2系统主要功能 A、利用AD转换芯片和精密电阻测量0~20mA电流 B、系统工作符合一般数字电流表要求 2 硬件电路设计方案及描述 2.1 数字式电流表系统硬件设计 硬件电路设计主要包括：AT89S51单片机系统，A/D转换电路，显示电路。测量最大电流为20ma，显示最大值为20.00ma。本实验采用AT89S51单片机芯片配合ADC0809模/数转换芯片构成一个简易的数字电流表。 硬件电路设计由6个部分组成; A/D转换电路，AT89C51单片机系统，LED显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电流输入电路。硬件电路设计框图如图2.1所示。 2.1数字式电流表系统硬件设计框图
数字电压表 译文 引言 这是一个很容易建立并且非常准确和有用的数字电压表。它被设计成一个面板仪表，可用于直流电源供应器或其他需要有一个准确电压指示的地方。该电路采用的ADC（模拟数字转换器）集成电路CL7107由Intersil公司生产。该IC采用40引脚的情况下整合了所有必要的电路模拟信号转换为数字，可以直接驱动4个7段LED显示。在IC中内置的电路是数字转换器，比较器，一个时钟，一个解码器和一个7段LED显示驱动器模拟。在这里它描述了一个可以显示在0-1999电压范围的直流电压电路。 LED显示屏数字电压表技术规格 - 特征 电源电压：.............+ / - 5V（对称）。 电源要求：.............200mA（最大）。 测量范围：.............+ / - 0-1,999V在四个范围。 精度：.................0.1％。 特征： 小尺寸。 简易建筑。 成本低。 简单的调整。 易于读取距离。 很少的外部元件。 数字电压表的基本原则 为了了解电路的运作的原则，说明ADC的集成电路工程是必要的。该集成电路具有以下非常重要的特点： 准确性。 抗干扰性。 无需要一个采样保持电路。 它有一个内置的时钟。 它不需要精度高的外部元件。 一个模拟数字转换器(ADC)，从现在起更好的称为双斜率转换器或集成转换器。这种类型的转换器通常优于其他类型，因为它提供了准确，简洁的设计和它可以将相对不重要的噪音变得非常可靠。如果将电路分两个阶段描述，该电路的操作将更好的理解。在第一阶段的输入集成电压和最后阶段的输出集成电压中有一个电压与输入电压成正比。在预设的时间结
湖南科技大学 单片机课程设计 题目基于单片机的数字电流表设 计 姓名 学院 专业 学号 指导教师 成绩
二〇一一年五月二十六日
单片机课程设计任务书 一、设计题目： 基于单片机的数字电流表设计 二、设计要求： 1、数字电流表在平常工作环境中能良好工作 2、能测0——1000mA电流，至少能达1%的精度 3、要求掌握I/V信号转换，A/D转换器的使用和数据采集系统的 设计 4、电流表能数字显示，且由单片机处理采集数据并驱动LED显 示
摘要 本设计是通过采样电阻及信号放大电路将待测的电流信号I转换成0—1V电压信号, 由A/D转换器采集电压信号，并将电压转换的数字信号传输给单片机，由单片机完成对采样信号的处理、分析，最后输出信号驱动LED显示器，显示被测的电压值。
目录 一、功能要求 (1) 二、原理及方案论证 (2) 三、系统硬件电路的设计 (3) 四、系统程序的设计 (4) 五、调试及设计结果 (5) 参考文献 (6)
一、功能要求 1、数字电流表在平常工作环境中能良好工作 2、能测0——1000mA电流，至少能达1%的精度 3、要求掌握I/V信号转换，A/D转换器的使用和数据采集系统的 设计 4、电流表能数字显示，且由单片机处理采集数据并驱动LED显 示 二、原理及方案论证 1、数字电流表工作原理 1.1采样电阻网络 原理如下图所示，输入被测电流通过量程转换开关S1——S4，流经采样电阻R1——R4，由欧姆定律可知：U=I*R，因而转换输出电压为0V——0.1V的电压，输出电压可再经后续放大电路放大处理。 1.2高共模抑制比放大电路 如下图，由双运放组成的同相输入高共模抑制比放大电路，其
DIY数字显示直流电压表 最近想做一个电源，因为经常DIY，没有一个电源不像样子，虽然是业余的，但是电压有时也会有不同的电压值，如做成固定的电压应用起来就不方便，如做成可调的，电源值就不能直观的展示出来，每调一次就用万用表量一起也不方便。如果有一个电压表装在电源上就方便多了，指针式的表头读起数来总是有点别扭，所以就想找一个数字式的电压表头。因此在这样的背景下自己通过DIY 制作了一个4位数字显示的电压表头。 做数字式电压表用什么IC好呢？选来选去最后决定用ICL7017吧！定好芯片就开要画个完整的电路图。既然要做就做好点，不想用洞洞板来接线路板，电线飞来飞去的有点头痛的感觉，所以还要画一块PCB板。电路图及PCB板的设计如下图示：
有了图就要准备物料了，不想一个一个的写出来，给个物料清单吧如下 组件编号 组件数值组件规格用量 号 C1 0.1uF 瓷片电容±20% 50V 1 C2 100P 瓷片电容±5% 50V 1 C3 0.1uF 金属膜电容±5% 63V 1 C4 0.1uF 独石电容±5% 63V 1 C6 0.22uF 金属膜电容±5% 63V 1 C5 0.47uF 金属膜电容±5% 63V 1 C7,C8 10uF/25V 电解电容+80-20% 2 R1 150Ω金属膜电阻±1% 1/4W 1 R8 1K 金属膜电阻±1% 1/4W 1 R9 1M 1/2W 金属膜电阻±1% 1/2W 1 R7 1M 金属膜电阻±1% 1/4W 1 R3 2.95K 金属膜电阻±1% 1/4W 1 R2,R5 10K 金属膜电阻±1% 1/4W 2 R4 20K 金属膜电阻±1% 1/4W 1 R6 154K 金属膜电阻±1% 1/4W 1 R10 470K 金属膜电阻±1% 1/4W 1 VR2 5K 精密微调电阻922C0 W 502 1 D2,D3 4148 ST 1N4148 DO-35 2 J1,J2 DC5V 鱼骨针2pin 2 D1 DIODE 1N4004 DO-41 1 DS1~4 HS-5161BS2 共阳8段数码管 4 U1 ICL7107 IC ICL7107CPLZ DIP-40 1 U2 TC4069 IC TC4069UBP DIP-14 1 U3 TL431 IC TL431A TO-92 1 IC插座14 pin 2.54mm 1 IC插座40 pin 2.54mm 1 PCB光板36x68x1.6mm 双面FR-4 1 塑料外壳尺寸要与PCB板配合，网上购的 1 镙丝 4 锡线适量 工具就是电子爱好者的常用工具了
A v 图 3 电流表电压表示数变化专题练习 一、填空 1、如图1，闭合S ，当滑动变阻器的滑片P 向右移动时，电流表A 的示数将________．（选填 “变小”、“不变”或“变大”） 图1 图2 2、如图2所示的电路中，电源电压不变，当滑动变阻器的滑片P 向上移动时，电流 表的示数_____，电压表的示数_____（选填“变大”、“变小”或“不变”）． 3、如图（a ）、（b ）两电路中滑动变阻器滑片向左移动，判断电路中各电表如何变化。 （a ） 读数 ， 读数 。 （b ）读数 ，读数 ， 读数 。 二、选择 1、如图3所示的电路，滑动变阻器的滑片P 向右滑动的过程中，电流表和 电压表的示数变化是 （ ） A ．电流表示数变小，电压表示数变大 B ．电流表，电压表示数都变大 C ．电流表示数变大，电压表示数变小 D ．电流表，电压表示数都变小 2、如图是一个自动体重测试仪的工作原理图，有关它 的说法正确的是（ ） A ．体重显示表是用电压表改装成的 B ．体重测试仪电路由于缺少开关，始终处于通路 C ．体重越大，体重显示表的示数越大 D ．体重测试仪所测体重越大，体重显示表的示数越大
3、在如图5所示的电路中，当滑片Ｐ向右滑动时（） Ａ、电压表示数增大，灯泡变暗 Ｂ、电压表示数增大，灯泡变亮 Ｃ、电压表示数减小，灯泡变暗 Ｄ、电压表示数增大，灯泡变亮图5 4、如图6所示，电源电压保持不变，当开关S闭合，滑动变阻器的滑片P向右滑动 时，电压表（） A．V 1示数增大，V 2 的示数增大 B．V 1示数减小，V 2 的示数增大 C．V 1示数减小，V 2 的示数减小 D．V 1示数增大，V 2 的示数减小 图6 图7 5、如图7所示电路，当滑片P向左滑动时，电表读数的变化是（） A．电压表读数增大电流表读数增大 B．电压表读数减小电流表读数增大C．电压表读数不变电流表读数不变 D．电压表读数增大电流表读数不变 6、在如图8所示的电路中，电源电压和灯泡电阻都保持不变，当滑动变阻器R的滑片P由中点向右移动时，下列判断中正确的是 （） A．电流表和电压表的示数都增大 B．电流表和电压表的示数都减小 C．电流表和示数减小，电压表的示数增大 D．电流表和示数减小，电压表的示数不变图8 图9 7、如图9所示，电源电压不变，当开关S闭合，变阻器滑片P向下移动时（）A．电压表示数减小，电流表示数增大 B．电压表示数减小，电流表示数减小 C．电压表示数增大，电流表示数减小 D．电压表示数增大，电流表示数增大 8、如图10所示，电源电压保持不变，当滑动变阻器滑片P 由左端向右移到中点的过程中，下列判断正确的是（） A.电压表和电压表A 1，A 2 的示数变大 B.电流表A 1示数变大，电流表A 2 的电压表示数不变 C.电流表A 2示数变大，电流表A 1 、电压表示数不变 D.条件不足，无法判断 9、如图所示的电路中，电源电压保持不变，闭合开关S，当滑 动变阻器滑片向左移动时（） A. 灯泡L 1亮度不变，L 2 变亮 B. 电流表示数变小，电压表示数不变 C. 电流表示数不变，电压表示数变大 D. 电流表、、电压表示数均不变
课程设计 题目______ 简易数字电流表_____________ 二级学院电子信息与自动化 专业自动化 班级71-1 学生姓名—学号— 指导教师
2.4电路图和各元器件之间实际连接关系 3.1系统模块层次结构图 3.2程序流程图........ 3.3源程序代码........ 4测试 4.1测试方法及设备 4.2实测数据 4.3系统指标 5总结 5.1硬件电路设计总结 5.2软件程序设计总结
基于单片机的简易数字电流表设计 摘要 所谓数字电流表就是能将测得的模拟电流量经过A/D 转换转变为数字量，并在液晶显示屏上直接显示电流读数的电流表，相比针式电流表有着测量数据准确明了，读数精度高的特点，类似数字式万用表，有着相当的实用性。 随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现，特别是单片机的出现，正在引起测量、控制仪表领域新的技术革命。 采用单片机作为测量仪器的主控制器就是这场革命的产物之一。基于单片机的智能综合仪表是融合智能化、数字化、网络化等时代特性的新一代智能仪表，兼具指示仪表、调节仪表、积算仪表与记录仪表功能．具有高测量控制精度、高可靠性稳定性的特点。这种以单片机为主体的新型智能仪表将计算机技术与测量控制技术结合在一起，在测量过程自动化，测量结果数据处理以及功能的多样化方面都取得了巨大的进步。 作为电流直接测量和显示的必要常规仪器仪表，在注重性价比同时，必须具备精度高、稳定性好、抗干扰性强等优点。而实时响应电流变化并连续实时显示，能够真正实现动态测量的数字电流表将成为特定使用领域的标准配置。随着电子科技的快速发展，数字电流表的使用将愈发广泛。 关键词 数字电流表，电流采样，A/D 转换，单片机 1概述 1.1设计意义 通过课程设计，掌握电子设计的一般步骤和方法，锻炼分析问题解决问题的能力，学会如何查找所需资料，同时复习以前所学知识并加深记忆，为毕业设计打好基础，也为以后工作作准备。通过对选题的分析设计，学习数字电流表的工作原理、组成和特性；掌握数字电流表的校准方法和使用方法；学会分流电路的连接和计算；了解过压过流保护电路的功用。
电子技术课程设计报告 专业班级： 学生学号： 学生姓名： 指导教师： 设计时间： 自动化与电气工程学院
设计课题题目： 多量程直流数字电压表 一、设计任务与要求 1．设计并制作一个直流稳压电源，设计要求为 （1） 输入电压为220V （2） 输出电压为±5V 2．设计一个2 13 直流数字电压表，设计要求为 分辨率 （1） 测量量程：基本量程：200mV 0.1mV 扩展量程：2V 1mV 20mV 0.01mV （2） 测量范围： 0mV~2V (3 ) 显示范围：十进制数0~1999 （4） 使用双积分A/D 转换器ICL7107完成直流电压的数字化转换 二、电路原理分析与方案设计 1. 设计要求分析 数字电压表由电阻网络（量程调整）、直流放大（运放组成）、电压极性判断、A/D 转换、数码（液晶）显示等部分组成。 直流数字电压表主要完成对电位器或外部电压的测量与显示。因此，为了适应不同大小的的待测模拟电压信号，应该有测量量程的选择功能。ICL7107是双积分式三位半A/D 转换器，可构成基本量程200Mv,而扩展量程20V 可由电阻电位器分压，2V 量程可由运放放大。 2. 方案设计 （1）±5V 直流稳压电源 首先通过中心抽头的18V 电源变压器，输出电压经过四个二极管组成的桥式整流电路整流后通过电容滤波，然后通过三端稳压管LM7805和KV7905分别对正负电压进行稳压，在对输出电压进行滤波，从而得到较为稳定的±5V 直流稳压电源。 （2）2 13 直流数字电压表 将输入电压分别通过电阻电位器和μA741运放放大器进行缩小和放大，将输出信号输入到ICL7107 A/D 转换器V-IN 端，经过A/D 转换电路、参考电压电路、复位电路、时钟电路等电路完成数据转换及传输，最后通过2 13 数码管进行显示。 三、单元电路分析与设计 1．单元电路原理分析 电源： (1) 电源变压器
电表示数变化问题 思路方法: 1.先弄清变化前后电路的连接方，有变阻器的电路，要知道变阻器的哪段电阻接入了电路，滑片移动接入部分电阻如何变化，有开关的电路，要知道开关的通、断对电路带来的影响。 2.再弄清电流表测量的是干路电流还是哪条支路电流，电压表测量的是哪个电阻或哪段电路两端的电压还是测量电源电压。 3.电路变化的分析方法：先看局部电阻的变化（由滑动变阻器和开关引起），再看总体的变化（总电阻、总电流，总电压的改变），最后分析局部的变化（局部电流、局部电压的变化）。 4.解题必备的三个基本规律: （1）电源电压及定值电阻的阻值通常不变。 （2）串联电路中哪段电路的电阻增大，这段电路两端的电压就一定变大。 （3）无论是串联还是并联电路，其总电阻的变化与其中任何一个电阻的变化均为同增同减。 局部电阻变大（变小），总电阻变大（变小），总电流变小（变大）。 强化训练： 1.如图所示，电源电压保持不变，闭合开关S后，将滑动变阻器R2的滑片P向左滑动，下列说法正确的是【】 A.电流表A的示数变小，电压表V1的示数不变； B.电流表A的示数变小，电压表V1的示数变大； C.电压表V1与电压表V2的示数之和不变； D.电压表V2与电流表A的示数之比不变。 2.如图所示，电源电压保持不变，闭合开关后，滑动变阻器的滑片向左移动，则【】 A. A示数增大，V1、V2示数都减小； B. A示数减小，V1、V2示数都增大； C. A示数减小，V1示数减小，V2示数增大； D. A示数增大，V1示数增大，V2示数减小。 3．如图所示，电源电压保持不变，闭合开关S，滑动变阻器滑片P向右滑动过程中【】A.电压表V示数变小； B.电流表A2示数变小； C.电流表A2示数不变； D.电流表A1示数变大。 4.如图所示，电源电压保持不变，闭合开关后，滑动变阻器的滑片向上移动，则【】 A.电流表和电压表V1、V2示数都不变； B.电流表示数减小，电压表V1示数减小，V2示数增大； C.电流表和电压表V1示数不变，电压表V2的示数减小； D.电流表示数增大，电压表V1示数增大，V2示数减小。
图 26 28 2011中考物理专题导航讲练系列――电流表、电压表示数的变化问题 例1．学习电学知识后，物理兴趣小组对亮度可调的应急灯进行了探究，发现它的亮度调节开关相当于一个滑动变阻器，电 路如图26所示．闭合开关， 用电压表和电流表对其进行测量，调节滑动变阻器使灯 泡变亮的过程中，电压表和电流表的示数变化情况是(电源电压 保持不 变) ( ) A ．电流表A 的示数变小 B.电压表Vl 的示数变大 C.电压表V1的示数变小 D ．电压表v2的示数不变 【思路点拨】此类题首先是简化电路，然后明确电路连接方式，找出电表测量的对象。再分析R 变化引起I 、U 怎样变化。本题中，L 与R 是串联，电流表A 测量电路中的电流，而电压表V 1测量滑动变阻器的电压，而电压表V 2测量灯L 的电压（通常认为L 的电阻不变），故灯L 变亮的过程中，电流变大，总电压不变，则总电阻应变小，根据分压关系可知： V 1越来越少，V 2越来越多。 答案： 例2．如图27所示电路中，电源电压不变．当闭合开关S ，滑动变阻器的滑片P 向右移动时，下列判断正确的是 ( ) A ．电流表示数变大，电压表示数变小 B ．电流表示数变小，电压表示数不变 C ．电流表示数变小，电压表示数变大 D ．电流表示数变大，电压表示数不变 【思路点拨】R 1与R 2并联，电流表测干路中的电流，电压表 测R 2两端电压也是总电压(电源电压)，由于电源电压不变，因此电压表的示数不变。当滑片P 向右移动时，滑动变阻器连入支路的电阻变大，故I 变小，即电流表的示数减小。 【规律总结】 （1）首先简化电路，其次弄清电路连接方式；再根据欧姆定律和串并联电路的特点写出电流表、电压表示数表达式；最后通过分析电阻变化结合关系式确定I 和U 怎样变化。 （2）电路电阻变化有两种情况：一是变阻器滑片移动引起电路总电阻变化；二是开关的断开或闭合引起电路中连接方式及电路总电阻变化。 （3）解题思路：先局部（滑动变阻器，电路中的开关怎么变化），再整体（看整个电路的总电阻怎么变化），最后再看局部（要判断的电表示数如何变化）。 拓展演练 1． 图28所示的是握力计的原理图，其中弹簧上端和滑动变阻器滑片固定在一起，AB 间有可收缩的导线，R 0为保护电 阻，电压表可显示压力的大小。则当握力F 增加时电压表的示数将（ ） A ．变大 B ．变小 C ．不变 D ．无法确定 2．如图29所示电路，闭合开关后，将滑动变阻器滑片P 由a 端向b 端滑动过程中，图中电压表和电流表的示数变化正确的是( ) A.电压表示数不变，电流表示数变大
郑州电力职业技术学院毕业生论文
题目：＿基于单片机的数字电能表设计＿＿
系 别＿＿＿电力工程系＿＿＿＿＿＿
专 业＿＿＿建筑电气工程技术＿＿＿
班 级＿ ＿建筑电气班＿＿ ＿＿＿
学 号＿＿＿ 09401060170＿＿ ＿
姓 名＿＿＿＿周
莉＿＿＿＿＿＿＿
论文成绩 答辩成绩 综合成绩
指导教师 主答辩教师 答辩委员会主任
目录
摘 要..........................................................3 关键词 ......................................................... 3 一、工作原理 ................................................... 4
1.1 数字电流表的工作原理 ....................................5 1.2 电流采样电路的性能 ......................................5 1.3 显示电路与电流采样电路的逻辑关系 ........................5 1.4 放大器 ..................................................5 1.5 峰值保持电路 ...........................................10 1.6 双积分型 A 转换芯片 ....................................13
D
1.7 独立式非编码键盘的接口 .................................14 1.8 LED 动态显示器接口及显示方式 ...........................14 1.9 89C51 单片机 ...........................................16 二、 测量系统的总体结构设计 ...................................20 2.1 系统框图...............................................20 2.2 整机设计 ...............................................19 三、程序流程图 ................................................ 23 四、实验结果 .................................................. 26 参考文献 .................................................... 2725
摘要
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毕业设计 姓名：孟冬冬 专业：电气自动化 班级：电气1001班 设计课题：数字电压表的设计指导教师：杨喜录 电子信息工程系印制 二○一二年九月
宝鸡职业技术学院毕业设计任务书 姓名：孟冬冬 专业：电气自动化 班级：电气1001班 设计课题：数字电压表的设计 指导教师：杨喜录 电子信息工程系印制 二○一二年九月
引言 数字电压表是采用数字化电路测量的电压仪表。它以其高准确度、高可靠性、高分辨率、高性价比、读数清晰方便、测量速度快、输入阻抗高等优良特性而倍受人们的青睐。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、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。因此对数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。传统的模拟式（即指针式）电压表已有100多年的发展史，虽然不断改进与完善，仍无法满足现代电子测量的需要，数字电压表自1952年问世以来，显示强大的生命力，现已成为在电子测量领域中应用最广泛的一种仪表。
数字电压表简称DVM （Digital Voltmeter ），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。目前，由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表，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崭新水平。智能化数字电压表则是最大规模集成电路（LSI ）、数显技术、计算机技术、自动测试技术（ATE ）的结晶。一台典型的直流数字电压表主要由输入电路、A/D 转换器、控制逻辑电路、计数器（或寄存器）、显示器，以及电源电路等级部分组成。它的数字输出可由打印机记录，也可以送入计算机进行数据处理。 系统概述 数字电压表是将被测模拟量转换为数字量，并进行实时数字显示的数字系统。 该系统（如图1所示）可由MC14433--32 1位A/D 转换器、MC1413七路达林顿驱动器阵列、CD4511 BCD 到七段锁存-译码-驱动器、能隙基准电源MC1403和共阴极LED 发光数码管组成。
数字电压表电路ICL7107 ICL7107 安装电压表头时的一些要点：按照测量＝±199.9mV 来说明。 1.辨认引脚：芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的左下方为第一脚。 也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一脚了。 许多厂家会在第一脚旁边打上一个小圆点作为标记。 知道了第一脚之后，按照反时针方向去走，依次是第 2 至第 40 引脚。（1 脚与 40 脚遥遥相对）。 2.牢记关键点的电压：芯片第一脚是供电，正确电压是 DC5V 。第 36 脚是基准电压，正确数值是 100mV，第 26 引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在 －3V 至 －5V 都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。芯片第 31 引脚是信号输入引脚，可以输入 ±199.9mV 的电压。在一开始，可以把它接地，造成“0”信号输入，以方便测试。 3.注意芯片 27,28,29 引脚的元件数值，它们是 0.22uF,47K,0.47uF 阻容网络，这三个元件属于芯片工作的积分
网络，不能使用磁片电容。芯片的 33 和 34 脚接的 104 电容也不能使用磁片电容。 4.注意接地引脚：芯片的电源地是 21 脚，模拟地是 32 脚，信号地是 30 脚，基准地是 35 脚，通常使用情况下，这 4 个引脚都接地，在一些有特殊要求的应用中（例如测量电阻或者比例测量），30 脚或 35 脚就可能不接地而是按照需要接到其他电压上。－－ 本文不讨论特殊要求应用。 5.负电压产生电路：负电压电源可以从电路外部直接使用 7905 等芯片来提供，但是这要求供电需要正负电源，通常采用简单方法，利用一个 +5V 供电就可以解决问题。比较常用的方法是利用 ICL7660 或者 NE555 等电路来得到，这样需要增加硬件成本。我们常用一只 NPN 三极管，两只电阻，一个电感来进行信号放大，把芯片 38 脚的振荡信号串接一个 20K －56K 的电阻连接到三极管“B”极，在三极管“C”极串接一个电阻（为了保护）和一个电感（提高交流放大倍数），在正常工作时，三极管的“C”极电压为 2.4V － 2.8V 为最好。这样，在三极管的“C”极有放大的交流信号，把这个信号通过 2 只 4u7 电容和 2 支 1N4148 二极管，构成倍压整流电路，可以得到负电压供给 ICL7107 的 26 脚使用。这个电压，最好是在 －3.2V 到 －4.2V 之间。 6.如果上面的所有连接和电压数值都是正常的，也没有“短路”或者“开路”故障，那么，电路就应该可以正常工作了。利用一个电位器和指针万用表的电阻 X1 档，我们可以分别调整出 50mV,100mV,190 mV 三种电压来，把它们依次输入到 ICL7107 的第 31 脚，数码管应该对应分别显示 50.0,100.0,190.0 的数值，允许有 2 －3 个字的误差。如果差别太大，可以微调一下 36 脚的电压。 7.比例读数：把 31 脚与 36 脚短路，就是把基准电压作为信号输入到芯片的信号端，这时候，数码管显示的数值最好是 100.0 ，通常在 99.7 － 100.3 之间，越接近 100.0 越好。这个测试是看看芯片的比例读数转换情况，与基准电压具体是多少 mV 无关，也无法在外部进行调整这个读数。如果差的太多，就需要更换芯片了。 8.ICL7107 也经常使用在 ±1.999V 量程，这时候，芯片 27,28,29 引脚的元件数值，更换为 0.22uF,470K,0.047uF 阻容网络，并且把 36 脚基准调整到 1.000V 就可以使用在±1.999V 量程了。 9.这种数字电压表头，被广泛应用在许多测量场合，它是进行模拟－数字转换的最基本，最简单而又最低价位的一个方法，是作为数字化测量的一种最基本的技能。 ..... ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路。它包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。这里我们介绍一种她的典型应用电路--数字电压表的制作。其电路如附图。 制作时，数字显示用的数码管为共阳型，2K可调电阻最好选用多圈电阻，分压电阻选用误差较小的金属膜电阻，其它器件选用正品即可。该电路稍加改造，还可演变出很多电路，如数显电流表、数显温度计等.
摘要 直流数字电流表的诞生打破了传统电子测量仪器的模式和格局。它显示清晰直观、读数准确，采用了先进的数显技术，大减少了因人为因素所造成的测量误差事件。数字电流表是建立在数字电压表的基础上，让电压表与电阻串联，其显示的是电流，数字电压表是把连续的模拟量（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。数字电流表把电子技术、计算技术、自动化技术的成果与精密电测量技术密切的结合在一起，成为仪器、仪表领域中独立而完整的一个分支，数字电流表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。本设计采用了以单片机为开发平台，控制系采用AT89C52单片机，A/D转换采用ADC0809。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便进行8路其它A/D转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。简易数字电流测量电路由A/D转换、数据处理、显示控制等组成。
目录 第一章引言 (1) 1.1引言 (1) 1.2课题研究的现状和发展趋势 (1) 1.3智能仪表目前发展状况 (1) 第二章设计任务及可行性分析 (3) 2.1系统设计要求 (3) 2.2系统设计思路 (3) 2.3总体结构 (3) 2.3.1数字电流表的组成 (3) 2.3.2电路设计 (4) 2.3.310倍放大器电路 (4) 2.3.4A/D转换电路 (5) 2.3.5电桥输入电路 (6) 2.3.6测量电路 (6)
第三章元器件的选择 (8) 3.1单片机的选择 (8) 3.2A/D转换器的选择 (9) 3.3LED显示电路的选择 (9) 3.4所需元器件清单 (10) 第四章数字式电流表的软件设计 (11) 4.1系统程序设计总方案 (11) 4.2系统子程序设计 (11) 4.2.1初始化程序 (11) 4.2.2A/D转换子程序 (11) 4.2.3显示子程序 (12) 4.3系统程序代码 (13) 第五章数字式电流表的调试 (14) 5.1软件调试 (16) 5.2显示结果及误差分析 (16) 5.2.1显示结果 (16) 5.2.2误差分析 (17) 第六章结论 (19) 参考文献 (20)
积分式直流数字电压表 摘要:51系列单片机具有两个以上16通道定时器(TIME0和TIME1)，每个通道可选择为输入捕获、输出捕获和PWM方式来测量脉宽，8路8位A/D转换器。当需大于8位的A/D转换时，可以用片内16位的定时器外接运放、比较器和多路开关实现双积分A/D转换。TL082是JFETINPUT运放；LM358作为比较器；MC4066是多路开关。51单片机P1口的P10、P11、P12作为输出，控制MC4066多路开关的输入选择；INT0作为中断输入口，捕捉LM358比较器的输出电平跳变。 关键字：双积分A/D，输出比较，输入捕捉，分辨率
一、系统方案论证与比较 为了完成上面的设计要求，将整个积分式直流数字万用表的设计分为四部分：积分、过零比较部分，控制部分，显示部分和供电部分。原理图如图1.1所示。 图G-1-1 1、单片机的选择 方案一：采用ATMEL公司生产的8位单片机AT89C51作为双积分A/D转换器的核心，此次单片机价格相对便宜，容易购买。此设计中控制功能比较多，因此需要用到的输入输出口比较多， AT89C51足可以满足控制要求，且选用此单片机不需外接扩展电路，因此节省了资源，降低了成本；并且可以达到很高的精度和实现此次设计的各种要求。 方案二：采用MOTOROLA公司生产的8位单片机MC68HC908GP32作为双积分A/D 转换器的核心，该单片机只具有两个输入输出口，虽然也能满足以上各种要求，但需要外接扩展电路，这不但在使用上增加了难度而且也增加了设计成本，浪费了资源。使电路边的比较复杂，在实际调试中也增加了难度。 鉴于以上分析，拟选择方案一。 2、积分器、过零比较器电路 方案一：该方案的系统框图如图1.2所示。运放为LM311、比较器为LM339、多路开关为MC14052。MC68HC908GP32单片机的PTD5、PTD4作为输出控制MC14052多路开关的输入选择。PTD7作为输入口，捕捉LM339比较器的输出跳变。C为积分电容，常取0.1μF左右的聚丙烯电容,R为积分电阻,可取100K左右,Vi为输入电压,-E为负的基准电压。此电路只对输入信号进行了一次信号放大，也就是只进行了一次积分。此电路，积分波形不明显，不容易在示波器上调试出来。 方案二：该方案的系统原理图如图1.3所示。C1为积分电容，常取0.22μF 左右的聚丙烯电容，R2为积分电阻，可取500k左右，U2A为积分运放，U2A、C1、R2构成了积分器，U2B是过零检测运放。VIN为输入电压，VREF为基准电压，AGND 为转换器的参考零点。VREF和参考零点以R9、R10、R11分压产生。TL082是JFETINPUT运放；LM358作为比较器；MC4066是多路开关。此电路有自己单独的基准电压，并且它的基准电压根据测量的不同范围的电压，可以进行调节，因此更
船山学院 电子技术课程设计 题目设计并仿真一台数字电流表 专业名称电气工程及其自动化 指导教师徐祖华 职称副教授 班级船本08级01班 学号20089450114
学生姓名曾波 2011年1 月12 日 设计并仿真一台数字电流表 摘要 本课题实验主要采用CC7106双积分A/D变换器设计方案来完成一个简易的数字电流表，其实是一个电压表进行改装得到的，将电压表能够对输入的0～5 V的模拟直流电压进行测量，并通过一个4位一体的7段LED数码管进行显示，测量误差约为0.1 V。该电压表的测量电路主要由三个模块组成：A/D转换模块、数据处理模块及显示控制模块。A/D转换主要由芯片CC7106来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。数据处理则由芯片CD331来完成，其负责把CC7106传送来的数字量经一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；另外它还控制着CC7106芯片的工作。显示模块主要由LCD液晶数码管及相应的驱动芯片)组成，显示测量到的电流值。 关键词 简易数字电流表、LCD液晶数码管、CC7106。
目录 引言 (1) 1工作原理 (1) 1.1数字电流表的工作原理 (1) 1.2 AD转换器及外围电路计 (1) 1.3量程开关电路设计 (2) 1.4直流稳压电流源设计 (3) 1.5 小数点驱动电路设计 (3) 2总体方案设计 (4) 2.1方案论证 (4) 2.2系统框图 (4) 2.3整体电路图 (5) 3元器件的介绍 (5) 3.1双积分式A/D转换器C C7106 (5) 3.2 液晶显示器EDS801 (6) 4仿真图 (7) 4.1量程电路仿真图 (7) 5结论 (9) 参考文献 (10) 附录 (11)
专业资料 《电子测量技术》直流数字电压表设计 院系软件职业技术学院 专业应用技术2班 学生姓名郭妍 学号 5103130016
目录 一、题目及设计要求……………………………………………………………………3页 二、主要技术……………………………………………………………………………3页 三、方案选择…………………………………………………………………………… 3页 四、电路设计原理……………………………………………………………………… 3页 4.1 模数转换………………………………………………………………………… 4页 4.2 数字处理及控制……………………………………………………………………5页 五、电路图分介绍……………………………………………………………………… 5页 5.1 AT89C51介绍………………………………………………………………………6页 5.2排阻介绍……………………………………………………………………………7页 5.3 晶振电路……………………………………………………………………………7页 5.4 复位电路……………………………………………………………………………8页 5.5 ADC0808介绍………………………………………………………………………8页 5.6共阴极数码管………………………………………………………………………9页 5.7模拟输入电路………………………………………………………………………9页5.8总设计图……………………………………………………………………………10页 5.9仿真图………………………………………………………………………………10页 六、设计程序……………………………………………………………………………11页 七、心得体会……………………………………………………………………………14 页
摘要 本设计以单片机STC12C5A32S2作为系统控制核心，单片机通过其内部AD 对系统输入输出的电压电流进行实时采样，再经模数转换将模拟量变为对应的数字量，之后可以利用单片机内部程序进行运算就可以得到结果，系统以1602字符型液晶作为输出器件，显示采样所得的输入输出的电压电流。经测试，作品均达到设计要求。 关键字：数字电压电流表；AD转换；实时测量
1 系统设计方案 1.1方案设计及比较 实现数字电压电流表的设计方案主要内容包括采样数据的A/D 转换，数字相乘和数字滤波三部分。因此，电功率表的设计可分为以下几个方案。 方案一：A/D 转换器和单片机 众所周知单片机内部有中央处理器(运算器、控制器和寄存器)和存储器，因此可进行数字相乘和滤波运算，并且有些单片机自带A/D 转换器，可以大大减少设计的难度。只需电压电流采集并输送到单片机内部进行数据处理就可以得出功率设计。其原理框图如图1.1所示。 图1.1 单片机实现电压电流表方案 通过直接采样电压和和通过采样电流直接输送到STC12C5A32S2单片机内部进行A/D 转换为全数字信号，然后用STC12C5A32S2单片机编程实现数字相乘和滤波，从而得到数字化功率信息，并产生系统所需控制信号，完成整个系统的功能。该方案设计简单，成本较低，可实现设计所须的最低要求。 方案二：专用电能计量芯片和单片机 随着电子电表的快速发展，目前市场上出现了很多种专用电能计量芯片众多的电能计量芯片基本原理和基本功能是一样的，都含有A/D 转换，数字相乘和滤波部分，且均有电流和电压有效值等更多电能参数。利用这类专用电能计量芯片和STC12C5A32S2单片机配合使用，可以很方便地开发出一些应用系统。图 1.2便是这类方案的原理框图。 图1.2 专用电能计量芯片和单片机实现电压电流表方案 由图1.2可知，负载的电压和电流传感器产生的可识别电压信号，然后用单片机对此脉冲进行计量，产生系统所需控制信号，完成整个系统的功能。 方案三：MSP430FE42x 系列 微控制器(MCU)-MSP430FE42x 系列是TI 公司生产的用于电子式电能仪表的片上系统，它具有完全可编程的通信功能，完全能满足从事开发诸如测量值自动读取(AMR)、智能卡预付和多费率计费等具有复杂功能的电子式电能仪表制造的需要。它具有高性能的16-位RISC 结构指令的CPU ，可实现实时信号处理和
图 26 28 中考物理专题讲练系列――电流表、电压表示数的变化问题 例1．学习电学知识后，物理兴趣小组对亮度可调的应急灯 进行了探究，发现它的亮度调节开关相当于一个滑动变阻器，电 路如图26所示．闭合开关， 用电压表和电流表对其进行测量，调节滑动变阻器使灯 泡变亮的过程中，电压表和电流表的示数变化情况是(电源电压 保持不 变) ( C ) A ．电流表A 的示数变小 B.电压表Vl 的示数变大 C.电压表V1的示数变小 D ．电压表v2的示数不变 【思路点拨】此类题首先是简化电路，然后明确电路连接方式，找出电表测量的对象。再分析R 变化引起I 、U 怎样变化。本题中，L 与R 是串联，电流表A 测量电路中的电流，而电压表V 1测量滑动变阻器的电压，而电压表V 2测量灯L 的电压（通常认为L 的电阻不变），故灯L 变亮的 过程中，电流变大，总电压不变，则总电阻应变小，根据分压关系可知： V 1越来越少，V 2越来越多。 答案： C 例2．如图27所示电路中，电源电压不变．当闭合开关S ，滑动变阻器的滑片P 向右移动时，下列判断正确的是 ( B ) A ．电流表示数变大，电压表示数变小 B ．电流表示数变小，电压表示数不变 C ．电流表示数变小，电压表示数变大 D ．电流表示数变大，电压表示数不变 【思路点拨】R 1与R 2并联，电流表测干路中的电流，电压表 测R 2两端电压也是总电压(电源电压)，由于电源电压不变，因此电压表的示数不变。当滑片P 向右移动时，滑动变阻器连入支路的电阻变大，故I 变小，即电流表的示数减小。 【规律总结】 （1）首先简化电路，其次弄清电路连接方式；再根据欧姆定律和串并联电路的特点写出电流表、电压表示数表达式；最后通过分析电阻变化结合关系式确定I 和U 怎样变化。 （2）电路电阻变化有两种情况：一是变阻器滑片移动引起电路总电阻变化；二是开关的断开或闭合引起电路中连接方式及电路总电阻变化。 （3）解题思路：先局部（滑动变阻器，电路中的开关怎么变化），再整体（看整个电路的总电阻怎么变化），最后再看局部（要判断的电表示数如何变化）。 拓展演练 1． 图28所示的是握力计的原理图，其中弹簧上端和滑动变阻器滑片固定在一起，AB 间有可收缩的导线，R 0为保护电 阻，电压表可显示压力的大小。则当握力F 增加时电压表的示数将 （ A ） A ．变大 B ．变小 C ．不变 D ．无法确定 2．如图29所示电路，闭合开关后，将滑动变阻器滑片P 由a 端向b 端滑动过程中，图中电压表和电流表的示数变化正确的是( C ) A.电压表示数不变，电流表示数变大