電子線路設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表試驗(yàn)內(nèi)容PPT.ppt

電氣與新能源學(xué)院 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?實(shí)驗(yàn)原理和器件介紹三 數(shù)字電壓表icl7107實(shí)驗(yàn)四 思考題 實(shí)驗(yàn)四數(shù)字電壓表 電氣與新能源學(xué)院 1 學(xué)習(xí)精確測(cè)量電路設(shè)計(jì)的方法 2 掌握數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)方法 3 熟悉數(shù)字儀表專用集成電路icl7107 7106 的原理及應(yīng)用 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?電氣與新能源學(xué)院 二 實(shí)驗(yàn)原理和器件簡(jiǎn)介 數(shù)字電壓表icl7107的應(yīng)用7l07a d轉(zhuǎn)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(jì) 數(shù)字壓力計(jì) 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(jī)電路可以分為兩部分 第一部分電路將被測(cè)的模擬量 各種傳感器的物理量 轉(zhuǎn)換成適用于7107的電壓信號(hào) 第二部分電路將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為可讀懂的數(shù)字信號(hào) 電氣與新能源學(xué)院 二 實(shí)驗(yàn)原理和器件簡(jiǎn)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(zhuǎn)換器 圖 a 為模擬電路 主要功能是對(duì)vin進(jìn)行積分 對(duì) vref進(jìn)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(xué)院 二 實(shí)驗(yàn)原理和器件簡(jiǎn)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(jìn)行積分 反積分 譯碼 顯示驅(qū)動(dòng) 電氣與新能源學(xué)院 邏輯控制電路控制電子開關(guān)k2使雙積分電路進(jìn)入自動(dòng)穩(wěn)零 az 階段 自動(dòng)穩(wěn)零 0 3000t 后 由運(yùn)算放大器a1和r c組成雙積分電路 開始對(duì) vin進(jìn)行積分 積分1000個(gè)脈沖 t 后 邏輯控制電路 閘門電路 計(jì)數(shù)器 時(shí)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(xué)院 icl7107工作原理框圖 邏輯控制電路控制電子開關(guān)k2使雙積分電路進(jìn)入自動(dòng)穩(wěn)零 az 階段 自動(dòng)穩(wěn)零 1000 3000t 后 由運(yùn)算放大器a1和r c組成雙積分電路 開始對(duì) vin進(jìn)行積分 積分1000個(gè)脈沖 t 后 電氣與新能源學(xué)院 icl7107工作原理框圖 邏輯控制電路控制電子開關(guān)k1切換到 vref或者是 vref進(jìn)行反積分 反積分到vo 0時(shí) 過(guò)零比較器a2關(guān)閉閘門電路 計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)2000t 0 1999t 完成一個(gè)工作周期 邏輯控制電路 閘門電路 計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘 vref vref k1 k2 r vo c a1 a2 vin 電氣與新能源學(xué)院 icl7l07采用雙積分的方法實(shí)現(xiàn)a d轉(zhuǎn)換 以4000個(gè)計(jì)數(shù)脈沖周期 即用4000個(gè)脈沖的時(shí)間作為a d轉(zhuǎn)換的一個(gè)周期 每個(gè)轉(zhuǎn)換周期分成自動(dòng)穩(wěn)零 az 信號(hào)積分 int 和反積分 de 3個(gè)階段 各階段的工作過(guò)程如下 a d周期4000個(gè)脈沖 0 vo az int de t計(jì)數(shù) 1000 3000 1000 0 2000 icl7107工作原理 t0 t1 t2 電氣與新能源學(xué)院 1 自動(dòng)穩(wěn)零 az 階段 進(jìn)入自動(dòng)穩(wěn)零階段后 通過(guò)電路內(nèi)部的模擬開關(guān) 使in 和in 兩個(gè)輸入端與com端短接 閉合反饋回路 自動(dòng)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(fù)到零態(tài) 自動(dòng)穩(wěn)零階段的時(shí)間taz為 式中 tcl為時(shí)鐘脈沖入的周期 1000tclvin vref為反積分階段時(shí)間 icl7107工作原理 電氣與新能源學(xué)院 2 信號(hào)積分 int 階段 信號(hào)一旦進(jìn)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(dòng)穩(wěn)零階段轉(zhuǎn)入到對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行取樣積分階段 本階段的時(shí)間固定為1000個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的時(shí)間 輸入的模擬信號(hào) vin首先經(jīng)過(guò)緩沖放大器放大 信號(hào)放大k倍后送至積分器進(jìn)行積分 icl7107工作原理 電氣與新能源學(xué)院 積分器在0 t1的時(shí)間里 即在0個(gè) 1000個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)間里從零開始積分 取樣積分結(jié)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(hào)電壓 t1為積分時(shí)間 相當(dāng)于計(jì)1000個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的時(shí)間 信號(hào)積分階段的固定時(shí)間tint 1000tcl icl7107工作原理 電氣與新能源學(xué)院 3 反積分 de 階段 雙積分a d轉(zhuǎn)換器的反積分階段是實(shí)現(xiàn)對(duì)與輸入模擬信號(hào)極性相反的參考電壓vref進(jìn)行積分 在反積分開始時(shí) 參考電容上的參考電壓vref送入緩沖放大器進(jìn)行放大 放大后的參考電壓再送入積分器進(jìn)行積分 這時(shí) 積分器從vint0開始積分 icl7107工作原理 電氣與新能源學(xué)院 反積分 de 積分器的輸出電壓為 vin與rint和cint的值無(wú)關(guān) 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(xué)院 若用計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)表示時(shí)間 t1等于1000個(gè)計(jì)數(shù)脈沖 t2 t1 等于t個(gè)計(jì)數(shù)脈沖 那么便有 若vref取作1000mv 則更為直觀 這時(shí)在數(shù)值上有 vin的數(shù)值 t的數(shù)值 mv 這就是精確測(cè)量電路設(shè)計(jì)方法的典范 icl7107工作原理 電氣與新能源學(xué)院 下圖是對(duì)負(fù)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí) 積分器的輸出波形 積分器的輸出信號(hào)經(jīng)比較器進(jìn)行比較后作為邏輯部 分的程序控制信號(hào) 邏輯電路不斷地重復(fù)產(chǎn)生az int de三個(gè)階段的控制信號(hào) 適時(shí)地指揮計(jì)數(shù)器 鎖存器 譯碼器等協(xié)調(diào)地工作 反積分de最多計(jì)數(shù)是0 1999即為三位半數(shù)字電壓表 a d周期4000個(gè)脈沖 0 vo az int de t計(jì)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(xué)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(dòng)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(xué)院 f 參考電壓vref 由式可知 滿度值時(shí)t 2000 vin vfs 可得故當(dāng)滿度值選為vfs 2v時(shí) 參考電壓vref 1v 當(dāng)滿度值選為vfs 200mv時(shí) 參考電壓vref 100mv icl7107工作原理 電氣與新能源學(xué)院 icl7l07引腳功能 p26 271 pm為負(fù)數(shù)指示信號(hào) 正值則不顯示 2 osc1和osc2為時(shí)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(hào)輸入端 6 buf為緩沖器輸出端 接積分電阻 7 az接自動(dòng)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(cè)試端 在檢查led時(shí)該端通過(guò)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(xué)院 數(shù)字電壓表icl7107的實(shí)驗(yàn)電路p81共陽(yáng)8段顯示器 5v 電氣與新能源學(xué)院 三 數(shù)字電壓表icl7107實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)步驟一 按p81連接電路 注意面包板布局 電氣與新能源學(xué)院 三 數(shù)字電壓表icl7107實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)步驟一 用test燈光測(cè)試端 檢查led顯示器各段是否正常 當(dāng)37 引腳通過(guò)510 電阻與 5v相接時(shí) 應(yīng)顯示 199 9或 188 8或 166 6 燈光測(cè)試正常應(yīng)及時(shí)撤銷test燈光測(cè)試端的510 電阻與 5v相接 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)步驟三 調(diào)整參考電壓36 引腳vref 當(dāng)vref 100mv 則系統(tǒng)滿標(biāo)度電壓vfs 200mv時(shí) 實(shí)驗(yàn)步驟六 按下表實(shí)測(cè)某電壓 調(diào)至量程以內(nèi) 并與基準(zhǔn)表相比較 要求誤差 2mv 電氣與新能源學(xué)院 三 數(shù)字電壓表icl7107實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)步驟四 根據(jù)表一 測(cè)試cc7107功能 表一icl7107功能測(cè)試表 電氣與新能源學(xué)院 三 數(shù)字電壓表icl7107實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)步驟五 調(diào)整參考電壓36 引腳vref 當(dāng)系統(tǒng)滿標(biāo)度電壓vfs 200mv時(shí) 則vref 100mv 電氣與新能源學(xué)院 三 數(shù)字電壓表icl7107實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)步驟六 按下表實(shí)測(cè)某電壓 調(diào)至量程以內(nèi) 并與基準(zhǔn)表相比較 要求誤差 2mv 7107 標(biāo)準(zhǔn) 5v 5v 紅表筆 黑表筆 電氣與新能源學(xué)院 三 數(shù)字電壓表icl7107實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)步驟七 擴(kuò)展量程 設(shè)計(jì)出量程為2v 20v 200v的電路 電路的檢查測(cè)試 1 測(cè)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(cè)試38 引腳頻率為40khz左右 3 測(cè)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(xué)院 電路的檢查測(cè)試 5 正負(fù)