電子線路設計數(shù)字電壓表試驗內容PPT.ppt

電氣與新能源學院 一 實驗目的二 實驗原理和器件介紹三 數(shù)字電壓表icl7107實驗四 思考題 實驗四數(shù)字電壓表 電氣與新能源學院 1 學習精確測量電路設計的方法 2 掌握數(shù)字電壓表的設計方法 3 熟悉數(shù)字儀表專用集成電路icl7107 7106 的原理及應用 一 實驗目的 電氣與新能源學院 二 實驗原理和器件簡介 數(shù)字電壓表icl7107的應用7l07a d轉換器的用途非常廣泛 用它可以組裝成31 2位數(shù)字電壓表 數(shù)字電子秤 數(shù)字溫度計 數(shù)字壓力計 數(shù)字式水平儀等各種具有體積小 重量輕的數(shù)字儀表 用7l07組裝的數(shù)字式儀表 其整機電路可以分為兩部分 第一部分電路將被測的模擬量 各種傳感器的物理量 轉換成適用于7107的電壓信號 第二部分電路將電壓信號轉換為可讀懂的數(shù)字信號 電氣與新能源學院 二 實驗原理和器件簡介 數(shù)字儀表專用集成電路icl7107 7106 為高性能 低電源31 2位的a d轉換器 圖 a 為模擬電路 主要功能是對vin進行積分 對 vref進行反積分 反積分電壓vo去控制數(shù)字邏輯部分電路 電氣與新能源學院 二 實驗原理和器件簡介 圖 b 為數(shù)字電路部分 主要功能是數(shù)字邏輯控制模擬電路進行積分 反積分 譯碼 顯示驅動 電氣與新能源學院 邏輯控制電路控制電子開關k2使雙積分電路進入自動穩(wěn)零 az 階段 自動穩(wěn)零 0 3000t 后 由運算放大器a1和r c組成雙積分電路 開始對 vin進行積分 積分1000個脈沖 t 后 邏輯控制電路 閘門電路 計數(shù)器 時鐘 vref vref k1 k2 r vo c a1 a2 vin icl7107工作原理框圖 電氣與新能源學院 icl7107工作原理框圖 邏輯控制電路控制電子開關k2使雙積分電路進入自動穩(wěn)零 az 階段 自動穩(wěn)零 1000 3000t 后 由運算放大器a1和r c組成雙積分電路 開始對 vin進行積分 積分1000個脈沖 t 后 電氣與新能源學院 icl7107工作原理框圖 邏輯控制電路控制電子開關k1切換到 vref或者是 vref進行反積分 反積分到vo 0時 過零比較器a2關閉閘門電路 計數(shù)器停止計數(shù)2000t 0 1999t 完成一個工作周期 邏輯控制電路 閘門電路 計數(shù)器 時鐘 vref vref k1 k2 r vo c a1 a2 vin 電氣與新能源學院 icl7l07采用雙積分的方法實現(xiàn)a d轉換 以4000個計數(shù)脈沖周期 即用4000個脈沖的時間作為a d轉換的一個周期 每個轉換周期分成自動穩(wěn)零 az 信號積分 int 和反積分 de 3個階段 各階段的工作過程如下 a d周期4000個脈沖 0 vo az int de t計數(shù) 1000 3000 1000 0 2000 icl7107工作原理 t0 t1 t2 電氣與新能源學院 1 自動穩(wěn)零 az 階段 進入自動穩(wěn)零階段后 通過電路內部的模擬開關 使in 和in 兩個輸入端與com端短接 閉合反饋回路 自動穩(wěn)零電容caz充電 使緩沖放大器 積分器和比較器的輸出回復到零態(tài) 自動穩(wěn)零階段的時間taz為 式中 tcl為時鐘脈沖入的周期 1000tclvin vref為反積分階段時間 icl7107工作原理 電氣與新能源學院 2 信號積分 int 階段 信號一旦進入積分階段 則斷開反饋回路 輸入端短路消失 使電路從自動穩(wěn)零階段轉入到對模擬信號進行取樣積分階段 本階段的時間固定為1000個計數(shù)脈沖的時間 輸入的模擬信號 vin首先經過緩沖放大器放大 信號放大k倍后送至積分器進行積分 icl7107工作原理 電氣與新能源學院 積分器在0 t1的時間里 即在0個 1000個計數(shù)脈沖時間里從零開始積分 取樣積分結束后 積分器的輸出電壓為 式中 rint為積分電阻 cint為積分電容 k為緩沖放大器的電壓放大系數(shù) vin為模擬信號電壓 t1為積分時間 相當于計1000個計數(shù)脈沖的時間 信號積分階段的固定時間tint 1000tcl icl7107工作原理 電氣與新能源學院 3 反積分 de 階段 雙積分a d轉換器的反積分階段是實現(xiàn)對與輸入模擬信號極性相反的參考電壓vref進行積分 在反積分開始時 參考電容上的參考電壓vref送入緩沖放大器進行放大 放大后的參考電壓再送入積分器進行積分 這時 積分器從vint0開始積分 icl7107工作原理 電氣與新能源學院 反積分 de 積分器的輸出電壓為 vin與rint和cint的值無關 從而不需要精確的積分電阻 積分電容的值 icl7107工作原理 電氣與新能源學院 若用計數(shù)脈沖的個數(shù)表示時間 t1等于1000個計數(shù)脈沖 t2 t1 等于t個計數(shù)脈沖 那么便有 若vref取作1000mv 則更為直觀 這時在數(shù)值上有 vin的數(shù)值 t的數(shù)值 mv 這就是精確測量電路設計方法的典范 icl7107工作原理 電氣與新能源學院 下圖是對負模擬信號進行數(shù)字轉換時 積分器的輸出波形 積分器的輸出信號經比較器進行比較后作為邏輯部 分的程序控制信號 邏輯電路不斷地重復產生az int de三個階段的控制信號 適時地指揮計數(shù)器 鎖存器 譯碼器等協(xié)調地工作 反積分de最多計數(shù)是0 1999即為三位半數(shù)字電壓表 a d周期4000個脈沖 0 vo az int de t計數(shù) 1000 3000 1000 0 2000 積分器輸出波形 icl7107工作原理 電氣與新能源學院 為了使icl7l07電路正常工作 必須正確地選擇外部條件 p25 26a 積分電阻rint的取值 b 積分電容cint的取值 c 自動穩(wěn)零電容caz大小的選擇 d 參考電容cref的取值 e 振蕩器部件rosc和cosc icl7107工作原理 電氣與新能源學院 f 參考電壓vref 由式可知 滿度值時t 2000 vin vfs 可得故當滿度值選為vfs 2v時 參考電壓vref 1v 當滿度值選為vfs 200mv時 參考電壓vref 100mv icl7107工作原理 電氣與新能源學院 icl7l07引腳功能 p26 271 pm為負數(shù)指示信號 正值則不顯示 2 osc1和osc2為時鐘脈沖發(fā)生器 3 vref 和vref 為參考電壓 4 com為公共端 5 in 和in 為模擬信號輸入端 6 buf為緩沖器輸出端 接積分電阻 7 az接自動穩(wěn)零電容 8 int為積分器輸出端 接積分電容 9 test為燈光測試端 在檢查led時該端通過500 電阻與 5v相接 則顯示滿量程 icl7107工作原理 電氣與新能源學院 數(shù)字電壓表icl7107的實驗電路p81共陽8段顯示器 5v 電氣與新能源學院 三 數(shù)字電壓表icl7107實驗 實驗步驟一 按p81連接電路 注意面包板布局 電氣與新能源學院 三 數(shù)字電壓表icl7107實驗 實驗步驟一 用test燈光測試端 檢查led顯示器各段是否正常 當37 引腳通過510 電阻與 5v相接時 應顯示 199 9或 188 8或 166 6 燈光測試正常應及時撤銷test燈光測試端的510 電阻與 5v相接 實驗步驟二 用示波器觀察icl7107的38 引腳振蕩頻率 fosc 40khz左右 并畫出38 39 40 引腳的波形圖 實驗步驟三 調整參考電壓36 引腳vref 當vref 100mv 則系統(tǒng)滿標度電壓vfs 200mv時 實驗步驟六 按下表實測某電壓 調至量程以內 并與基準表相比較 要求誤差 2mv 電氣與新能源學院 三 數(shù)字電壓表icl7107實驗 實驗步驟四 根據(jù)表一 測試cc7107功能 表一icl7107功能測試表 電氣與新能源學院 三 數(shù)字電壓表icl7107實驗 實驗步驟五 調整參考電壓36 引腳vref 當系統(tǒng)滿標度電壓vfs 200mv時 則vref 100mv 電氣與新能源學院 三 數(shù)字電壓表icl7107實驗 實驗步驟六 按下表實測某電壓 調至量程以內 并與基準表相比較 要求誤差 2mv 7107 標準 5v 5v 紅表筆 黑表筆 電氣與新能源學院 三 數(shù)字電壓表icl7107實驗 實驗步驟七 擴展量程 設計出量程為2v 20v 200v的電路 電路的檢查測試 1 測量ic引腳1 5v 21 0v 26 5v 2 用示波器觀察ic引腳38 39 40 波形 并測試38 引腳頻率為40khz左右 3 測量ic的36 引腳vref 100mv 4 檢查c4 r5 c5 c2 c1 r1的值等 電氣與新能源學院 電路的檢查測試 5 正負