数字式直流电压表的设计与测试毕业论文(编辑修改稿)

数字式直流电压表的设计与测试毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

优点：高精度，通用性，低成本。 ICL7106 是一个系列产品，还有 ICL710ICL711 ICL7117， ICL712 ICL713 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。 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 7～ 15V，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 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 1010Ω ,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。 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） a1~g1（ 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） a2~g2（ 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） a3~g3（ 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 1／ 2 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） OSC1OSC3（ 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 500Ω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。 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 2020）。 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 ~。 E0不仅给芯片提供基准电压，还为设计万用表的 Ω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。