目 录
一、设计要求 ................................................................................................... 错误!未定义书签。 二、设计方案、电路图和工作原理 ............................................................... 错误!未定义书签。 三、软件仿真 ................................................................................................... 错误!未定义书签。 四、PCB设计 .................................................................................................. 错误!未定义书签。 五、元器件清单表 ........................................................................................... 错误!未定义书签。 五、焊接和调试 ............................................................................................... 错误!未定义书签。 六、过程照片 ................................................................................................... 错误!未定义书签。 七、总结、心得及其他 ................................................................................... 错误!未定义书签。 八、指导老师评定 ........................................................................................... 错误!未定义书签。
目 录
二．课程设计任务与要求 2.1 设计目的 2.2 设计要求 三．设计思路 3.1 方案选择 3.2 系统框图
四．课程设计框图及工作原理 4.1 工作原理
4.2 ICL7107的工作原理
4.3原理图
五．电路设计与仿真 六．系统调试与结果分析 6.1 调试仪器 6.2 调试方法 6.3测试结果分析 6.4 硬件实物图 七．元器件清单 八．总结及心得体会
课程设计任务及要求
2.1设计目的
1、了解双积分式A/D转换器的工作原理 2、熟悉A/D转换器ICL7107的性能及其引脚功能 3、掌握用ICL7107构成直流数字电压表的方法 2.2设计要求
1.设计制作一个简易数字电压表，该简易电压表对输入的0~200mv模拟直流电压进行测量和数据显示。 2.量程为0-200mV。 3.显示位数为3位半。
4.选取合理的元器件，制作pcb版，焊接线路。 5.对自己所设计的简易数字电压表进行测试标定。
设计思路
3.1方案选择
1).根据设计要求和功能，我们考虑了如下三个可行性方案： 方案1：主要器件由芯片ICL7107和液晶显示器LCD组成 关键词：芯片ICL7107 液晶显示器LCD
由于7107是把模拟电路与逻辑电路集成在一块芯片上，属于大规模CMOS集成电路，因此本方案主要有以下特点：
（1）采用单电源供电，可使用5V迭层电池，有助于实现仪表的小型化。
（2）芯片内部有异或门输出电路，能直接驱动LCD显示器。 （3）功耗低。芯片本身消耗电流仅1。8mA，功耗约16mW。 （4）输入阻抗极高，对输入信号无衰减作用。
（5）能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动显示极性的功能。（6）噪声低，失调温标和增益温标均很小。具有良好的可靠性，使用寿命长
（7）整机组装方便，无须外加有源器件，可以很方便地进行功能检查。
方案2：主要器件由芯片ICL7107和共阳极半导体数码管LED组成。
关键词：A/D转换器 芯片ICL7107 共阳极半导体数码管LED 本方案的主要特点是：
（1）能直接驱动共阳极的LED显示器，不需要另加驱动器件，使整
机线路简化。
（2）采用+5V和—5V两组电源供电。
（3）LED属于电流控制器件，在3 1/2位数字仪表中采用直流驱动方式，芯片本身功耗较小。 （4）显示亮度较高。
课程设计框图及工作原理
4.1 工作原理
ICL7107是双积型的A/D转换器，还集成了A/D转换器的模拟部分电路，如缓冲器、电压比较器、积分器、正负电压参考源和模拟开关，以及数字电路部分如振荡器、计数器、锁码器、译码器、驱动器和控制逻辑电路等，使用时只需外加少量的电阻、电容元件显示器件，就可以完成模拟到数字量的转换，从而满足设计要求。
显示稳定可读和测量显示速度快，是本设计的关键，ICL7107是一个用4000个计数脉冲时间作为A/D转换的一个周期时间，每个周期分为自动稳零（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的重复产生AZ=、INT、DE、3个阶段的控制信号，适时的指挥计数器、锁存器、译码器等协调工作。使输出对应输入信号的数值，而输入模拟信号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（满度时间为2000）。 4.2 ICL7107的工作原理 ICL7107的管脚分布：
V＋和V-分别为电源的正极和负极，
a1-g1,a2-g2,a3-g3：分别为个位、十位、百位笔画的驱动信号，依次接个位、十位、百位LED显示器的相应笔画电极。
Bck：千位笔画驱动信号。接千位LEO显示器的相应的笔画电极。 Oscl-OSc3 ：时钟振荡器的引出端，外接阻容或石英晶体组成的振荡器。
第38脚至第40脚电容量的选择是根据下列公式来决定： Fosl = 0.45/RC
COM ：模拟信号公共端，简称“模拟地”，使 用时一般与输入信号的负端以及基准电压的负极相连。
TEST ：测试端，该端经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地，故也称“逻辑地”或“数字地”。 VREF＋ VREF- ：基准电压正负端。 CREF：外接基准电容端。
INT：27是一个积分电容器，必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件
IN＋和IN- ：模拟量输入端，分别接输入信号的正端和负端。 AZ：积分器和比较器的反向输入端，接自动调零电容CAz 。如果应用在200mV满刻度的场合是使用0.47μF，而2V满刻度是0.047μF。 BUF：缓冲放大器输出端，接积分电阻Rint。其输出级的无功电流( idling current )是100μA，而缓冲器与积分器能够供给20μA的驱动电流，从此脚接一个Rint至积分电容器，其值在满刻度200mV
时选用47K，而2V满刻度则使用470K。 工作原理：
ICL7107内部包含模拟电路和数字电路两部分二者是相互联系的。亦方面由控制逻辑产生控制信号，按定时序将多路模拟开关接通或断开，保证A\\D转换正常进行，另一方面模拟电路的比较器输出信 又控制着数字电路的工作状态和显示结果。下面介绍各部分的工作原理。下面介绍各部分的工作原理。 模拟电路：
模拟电路由双积分式A\\D转换器构成，电路如图2所示。主要包括2.8V基准电压。
源（EO）、缓冲器（AL）、积分器（A2）、比较器（A3）和模拟开关的组成。缓冲器A4专门用来提高COM端带负载的能力，可谓设计数字多用表的电阻挡、二极管挡和hFE挡提供便利条件.这种转换器具有转换准确高度、抗串模干扰能力强、电路简单、成本低等优点。适合做低速\\模转换。每个转换周期分为三个阶段进行，自动调零（AZ）、正向积分（INT）、反向积分（DE），并按照AZ到INT到DE到AZ的顺序进行循环。令计数脉冲的周期为TCP。
每个测量周期共需要4000个TCP，其中，正向积分时间固定不变。 T1=1000TCP，仪表显示值，
将T1=1000TCP,UREF=100.0mV带入上式得。 N=10UIN、或UIN=0.1N。 （2-2）
只要把小数点定在十位上，即可直读结果，满量程时：N=2000，此时
UM=2UREF=200mV。仪表显示超量程符号“1”。
要测量2V以上的直流电压，必须利用精密电阻分压器对UIN进行衰减。积分电阻应采用金属膜电阻，积分电容选绝缘性好、介质吸收系数小的聚苯乙烯电容聚丙烯电容。
为了提高仪表抗串模干扰能力，正向积分时间（称采样时间）T1应是工频周期的整数倍，我国采用50Hz交流电网，其周期为20ms,应选
T1=20n （ms）. (2-3)
式中，n=1,2,3，………。例如取n=2,4,5时，T1=40ms、80ms、100ms,能有效地抑制50Hz干扰。这是因为积分过程有取平均的作用，只要干扰电压的平均值就不影响积分器的输出。但n值也不宜过大，以免测量速率太低。
数字电路：
数字电路如图4所示，主要包括8个单元：（1）时钟振荡器， （1）频分器；（2）计数器；（3）锁存器；（4）译码器；（5）异或门相应为驱动器；（6）控制逻辑；（7）LCD显示器。
时钟振荡器由ICL7107内部相反器F1、F2以及外部阻容元件R、C组成。
若取R为120千殴，C为100皮法，则F0=40kHz。F0经过4分频后
得到计数频率，fPC=10kHz,即TCP=0.1ms。
此时测量周期T=16000T0=4000TCP=0.4s.测量速率为2.5次每秒。 F0还经过800分频。得到50Hz方波电压，接LCD的背电极BP。LCD须采用交流驱动方式，当笔段电极a到g与背电极BP呈等电位时不显示，当二者存在一定的相位差时，液晶才显示因此，可将两个频率与幅度相同而相反的方波电压，分别加至某个笔段引出端与BP端之间，利用二者电位差来驱动该笔段显示。驱动电路采用异或门。其特点是当两个输入端得状态相异时（一个为高电平、另一个为低电平），输出为高电平；反之输出低电平。
小数点驱动电路
S为小数点选择开关，DP1到DP3一次为个位、十位、百位的小数点驱动端，LCD的背电极接BP。剩下一个异或门还可驱动标识符。 4.3原理图
电路设计与仿真 数字电压表仿真图：
V1R1RV1R3U1C1R5C4R2C5RV20C2数字电压表PCB板： R4C3
仿真及焊接时的注意事项
辨认引脚：芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的做下方为第一脚。也可以把芯片的缺口朝左放置，在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，按照逆时针方向去走，依次是第2至第40引脚。（1脚与40脚遥遥相对）
辨认引脚：芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的做下方为第一脚。也可以把芯片的缺口朝左放置，在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，按照逆时针方向去走，依次是第2至第40引脚。（1脚与40脚遥遥相对）
注意芯片27,28,29引脚的元件数值，它们是0.22皮法、47K0.47皮法阻容网络，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脚接的电容也不 能使用磁片电容。
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 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挡，我们可以分别调整出50mV、100mV、190mV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50.0、1000.0、190.0的数值，允许有2- 3个字的误差。 比例度数：把31脚与36脚短路，就是把基准电压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，与基准电压炉体是多少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。
系统调试与结果分析
6.1调试仪器
可调直流电源，可调范围：0~200mV；万用表，精度0.1mV。 6.2调试方法
（1）.电压测量调试：用该表测量一电压，再用万用表测量，分别记录电压值。
（2）.用电位器调试：首先用整数的电压测量，观察是否能正常测量；然后调节电源电压到小数量程的电压值进行测量，观察是否能正常测量。
6.3测试结果分析：
由测量可知该表测量电压较准确，与万用表有一定的差异应是分压电阻和模拟开关的导通电阻引起的。 6.4 硬件实物图
元器件清单：
ICL7107芯片一个，电阻1M，47K，100K，24K电阻各一个，0.1uF，0.022uF，0.47uF，0.22uF，100pF电容各一个，电位器1K一个，共阳极数码管四个。
总结及心得体会
本次课程设计我们组选择的课题是“基于ICL7107数字电压表的设计”。起初，对于ICL7107数字电压表，了解甚少，但通过查找资
料，在老师的帮助下最终完成了本次课程设计的任务。回想这段日子的学习和经历，我觉得真的是受益匪浅。
课程设计流程主要分为电路图设计、电路仿真、实物焊接、电路调试和大作业， 首先是电路图的设计，为了画出令人满意的电路图，我们在图书馆和网上搜集了大量相关资料。通过对ICL7107芯片进行了深入了解，对数字电压表的工作原理进行了分析和总结，着手在proteus软件中进行原理图的绘制。然后就是电路仿真，在设计电路初期，仿真图终于实现了数字电压表的功能。下一步就是绘制PCB板，布局布线的调整也花费了不少的时间。最后是实物图的焊接和调试，在本次课程设计过程中，我不仅学会了关于数字电压表的一些知识，而且学会了该如何去解决问题。在以后的学习和工作中，我会不断充实自己，争取在所学领域有所作为，脚踏实地，求真务实，吃苦耐劳，自强不息！
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