【導(dǎo)讀】由LSI和VLSI構(gòu)成的新型數(shù)字儀表及高檔智能儀器的大量問(wèn)世，標(biāo)志著電子儀器領(lǐng)域的一場(chǎng)革新，也開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代電子測(cè)量技術(shù)的先河。工測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的生命力。術(shù)提高到新水平。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多廠家通過(guò)積極引進(jìn)、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，努。力趕上世界水平，現(xiàn)已能夠大批量生產(chǎn)多種高、精、尖的數(shù)字電壓表儀器。本文介紹的是ICL7107A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)方法。壓表的性能和特點(diǎn)。

　　

【正文】 ift+Alt 后移動(dòng)或拖動(dòng)移動(dòng)對(duì)象時(shí)，保持水平方向 ⑶ .PCB 板 （如 圖 、 ） 第四章 實(shí)物制作及說(shuō)明 25 圖 PCB板原理圖 基于 ICL7107的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 26 圖 PCB板 1— 未附銅 圖 PCB板 2— 附銅 第五章 ICL7107 構(gòu)成數(shù)字電壓表的應(yīng)用 27 第 五章 ICL7107 構(gòu)成數(shù)字電壓表的應(yīng)用 應(yīng)用一：由數(shù)字電壓表構(gòu)成的數(shù)字電子秤 主要工作原理：利用數(shù)字電壓表表頭接應(yīng)變式力傳感器就可以設(shè)計(jì)出數(shù)字電子稱。下面介紹一種簡(jiǎn)單的電子稱 的設(shè)計(jì)，如圖 ，由電阻應(yīng)變式傳感器組成的測(cè)量電路 測(cè)出物質(zhì)的重量信號(hào)，以模擬信號(hào)的方式傳送到差動(dòng)放大器電路，由差動(dòng)放大器電路把傳感器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，然后送 A/D 轉(zhuǎn)換電路中，再由 A/D 轉(zhuǎn)換電路把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳送到顯示電路，最后由顯示電路顯示數(shù)據(jù)。其中電橋由箔式電阻應(yīng)變片電阻 R R R R4 組成測(cè)量電橋，測(cè)量電橋的電源由穩(wěn)壓電源 E 供給。物體的重量不同，電橋不平衡程度不同，指針式電表指示的數(shù)值也不同。滑動(dòng)式線性可變電阻器作為物體重量彈性應(yīng)變的傳感器，組成調(diào)零電路，當(dāng)載荷為零時(shí)，調(diào)節(jié)其使數(shù)碼顯示屏顯示零。 圖 數(shù)字電子秤 應(yīng)用二：由數(shù)字電壓表構(gòu)成的數(shù)字溫度計(jì) 主要工作原理：下面介紹一種由溫度傳感器 AD590 構(gòu)成的數(shù)字溫度計(jì)，如 圖。 AD590 是電流輸出性集成溫度傳感器，必須將電流轉(zhuǎn)換成 電壓。溫度每升高1K,電流就增加 1uA。根據(jù) AD590 的特性，溫度每升高 1K 熱力學(xué)溫度，電流就增加1uA，當(dāng)負(fù)載電阻為 10K 時(shí) ，這個(gè)電阻上的壓降就為 10mV。攝氏溫度測(cè)量電路工作原理見(jiàn) 圖 ，其中由 AD590、電位器 RP1 和 R運(yùn)算放大器 A1 組成電流電壓轉(zhuǎn)換電路。 A1 連接為電壓射隨形式，主要為增加信號(hào)的輸入電阻； 運(yùn)算放大器 A2 為絕對(duì)溫度轉(zhuǎn)換為攝氏溫度的核心器件，其轉(zhuǎn)換原理為攝氏零度對(duì)應(yīng)熱力學(xué) 273K，因此熱力學(xué)轉(zhuǎn)換為攝氏溫度必須設(shè)置基準(zhǔn)電壓，數(shù)值為攝氏零度對(duì)應(yīng)的電壓值。實(shí)現(xiàn)方法是給 A2 的同名端輸入一個(gè) 恒定的電壓，恒定電壓由限流電阻 R2基于 ICL7107的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 28 和穩(wěn)壓管提供，恒定電壓選擇穩(wěn)壓管型號(hào)為 CW385，數(shù)值為 ，由 A2 將此電壓放大為 ， RP2 為調(diào)整 A2 運(yùn)算放大器增益的大小。通過(guò)轉(zhuǎn)換電路，這樣在A A2 輸出端的電壓即為與攝氏溫度成正比的電壓數(shù)值，即每攝氏度對(duì)應(yīng) 100mv的電壓數(shù)值。 在調(diào)試時(shí)，將集成溫度傳感器 AD590 置 于零度冰水溶液中，首先調(diào)整 RP1 電位器使 A1 運(yùn)算放大器輸出端為 ，其次調(diào)節(jié) RP2 電位器，使 A2 運(yùn)算放大器輸出端為 ，以此溫度測(cè)量電路輸出電壓在零攝氏度輸出電壓為 0V，變化規(guī)律為每攝氏度對(duì)應(yīng) 輸出電壓 為 10mV。 圖 數(shù)字溫度計(jì)第六章 焊接與調(diào)試 29 第六章 焊接與調(diào)試 印制板制作 根據(jù)需求選擇電路的設(shè)計(jì)單元進(jìn)行組合，完成系統(tǒng)的原理圖設(shè)計(jì)與 PCB 設(shè)計(jì)，對(duì)制作好的 PCB 板，或準(zhǔn)備好的面包板，按照裝配圖或原理圖進(jìn)行器件裝配，裝配好之后進(jìn)行電路的調(diào)試。 焊接時(shí)的注意事項(xiàng) 1) 使用電烙 鐵焊接時(shí)，必須注意安全，防止觸電事故發(fā)生。有條件時(shí)最好將電烙鐵的外皮接上地線，如果使用沒(méi)有安裝地線的電烙鐵，兩腳必須踏在膠皮墊或木板上，防止因電烙鐵漏電發(fā)生事故。 2) 在焊接怕熱元件時(shí)，可用鑷子和尖嘴鉗子夾住元件的引線幫助散熱。 3) 焊接時(shí)在焊錫未凝固以前，不得搖動(dòng)元件的引線，以免造成虛焊或假焊。 4) 電烙鐵在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于溫度過(guò)高和焊劑的腐蝕作用等原因，造成烙鐵頭燒死，這時(shí)可用銼刀湖砂紙將烙鐵頭的刃口磨亮，涂上焊劑鍍上錫，然后就可以繼續(xù)使用。 5) 在焊接集成電 路和場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)，一是要注意焊接時(shí)溫度不要太高，二是在焊接前要用試電筆檢查電烙鐵的外皮有無(wú)漏電和感應(yīng)電現(xiàn)象存在，如果有上述現(xiàn)象，可將電烙鐵的電源引線插頭調(diào)換一下位置，再檢查一下。如果還存在感應(yīng)電等現(xiàn)象，只好在焊接這些元件時(shí)，將電烙鐵的電源斷開(kāi)后，利用余熱進(jìn)行焊接。焊接后再繼續(xù)通電加熱，待電烙鐵加熱到能溶錫后，仍用上述方法進(jìn)行焊接，這樣能防止元件損 壞。 調(diào)試 根據(jù)方案設(shè)計(jì)的要求，電路按模塊調(diào)試，各模塊逐個(gè)調(diào)試通過(guò)后再聯(lián)調(diào)。 硬件調(diào)試 （ 1）首先可以搭面包板調(diào)試，注意采取一些抗干擾措施。例如引線盡量短，減少交 叉，每個(gè)芯片的電源與地之間都接上濾波電路。實(shí)踐證明，這些措施對(duì)消除某些引腳上的 “ 毛刺 ” 及高頻噪聲起到了很好的效果。 （ 2）注意對(duì)芯片的保護(hù) ， 最后畫(huà)圖制板，生成印制版，進(jìn)行元器件的裝配。 軟件調(diào)試 基于 ICL7107的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 30 可采取自下到上的調(diào) 試方法，即單獨(dú)調(diào)試好每一個(gè)模塊，然后再連接成一個(gè)完整的系統(tǒng)調(diào)試 ， 主要精力 應(yīng) 放在防真和 畫(huà) PCB 圖上 。 經(jīng)過(guò)以上步驟，我們組的數(shù)字電壓表實(shí)現(xiàn)功能。 減小及消除誤差的措施 （ 1）精選元器件，控制精度等級(jí)，應(yīng)避免在一臺(tái)設(shè)備中使用不同廠家的同一型號(hào)的元器件。 （ 2）電路設(shè)計(jì)中要求元器件或線路布局合理， 以消除元器件之間的電磁耦合相互干擾。優(yōu)化的電路設(shè)計(jì)也可以消除或削弱外部干擾對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。也可以采用冗余結(jié)構(gòu)，使得當(dāng)某些元器件發(fā)生故障時(shí)不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。 （ 3）安裝與調(diào)試。盡管元件選擇嚴(yán)格，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)合理是重要措施。但安裝粗糙，調(diào)試不嚴(yán)格，仍然達(dá)不到預(yù)期的效果。在裝機(jī)前應(yīng)經(jīng)過(guò)老化，以淘汰那些質(zhì)量不符合要求的元器件。老化處理的時(shí)間長(zhǎng)短與所用的元器件數(shù)量、型號(hào)及可靠性要求有關(guān)，一般為 24h 或 48h，老化時(shí)所施用的電壓或電流應(yīng)等于或略等于額定值，常為額定值的 110%120%。老化后測(cè)試時(shí)淘汰那些功耗 偏大、性能指標(biāo)明顯變化不穩(wěn)定的元器件。 （ 4）選用集成度高的器件。因其可減少元器件的數(shù)量，從而使印制電路板布局簡(jiǎn)單，減少焊接和連線，大大減少故障概率和受干擾的概率。在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中應(yīng)可選用集成芯片就不選用分離元件，可選擇大規(guī)模集成芯片就不選用小規(guī)模集成芯片 。 （ 5） 測(cè)量電壓法。首先要確認(rèn)的是各芯片電源引腳的電壓是否正常，其次檢查各種參考電壓是否正常，另外還有各點(diǎn)的工作電壓是否正常等 。 （ 6） 很多其它的尋找故障點(diǎn)的方法，例如看、聽(tīng)、聞、摸等。 “ 看 ” 就是看元件有無(wú)明顯的機(jī)械損壞，例如破裂、燒黑、變形等； “ 聽(tīng) ” 就 是聽(tīng)工作聲音是否正常，例如一些不該響的東西在響，該響的地方不響或者聲音不正常等； “ 聞 ”就是檢查是否有異味，例如燒焦的味道、電容電解液的味道等 ； “ 摸 ” 就是用手去試探器件的溫度是否正常，例如太熱，或者太涼。 結(jié)束語(yǔ) 31 結(jié)束語(yǔ) 數(shù)字電壓表在實(shí)際中有很高的應(yīng)用價(jià)值，通過(guò)它的使用可以提高很多 實(shí)驗(yàn)的成功率， 其發(fā)展前景很好，將來(lái)如果有可能的話我會(huì)進(jìn)一步研究的。 通過(guò)這次，我了解到 數(shù)字電壓表的用途及工作原理，熟悉了數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)步驟，鍛煉了工程設(shè)計(jì) 的 實(shí)踐能力，培養(yǎng)了自己 的 獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我對(duì)專業(yè)知識(shí)和基礎(chǔ)知識(shí)的 一 次實(shí)際檢驗(yàn)和鞏固，同時(shí)也是走向崗位前的一次熱身。 畢業(yè)設(shè)計(jì)收獲很多，比如學(xué)會(huì)了查找相關(guān)資料、 分析數(shù)據(jù)，提高了自己的繪圖能力，懂得了許多公式是前人不解努力的結(jié)果，同時(shí)，仍有很多課題需要 后輩去努力完善。但是畢業(yè)設(shè)計(jì)也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處，比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)的能力、 對(duì)材料的不了解，雖然馬上 就 要畢業(yè)了，但是自己的求學(xué)之路還很長(zhǎng)，以后更應(yīng)該多學(xué)習(xí)，努力使自己成為一個(gè)對(duì)社會(huì)有用的人。基于 ICL7107的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 32 致謝 33 致 謝 本論文是在教授的悉心指導(dǎo)下完成的，從論文 的 選題到完成論文都浸透了恩師們的心血和精力，導(dǎo)師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn) 的科學(xué)態(tài)度和求實(shí)精神 、學(xué)術(shù)上的遠(yuǎn)見(jiàn)和生活上的平易近人，時(shí)刻激勵(lì)著學(xué)生，是學(xué)生畢生學(xué)習(xí)的榜樣。借此論文，特向?qū)熤乱哉\(chéng)摯的感激和無(wú)限的敬意！ 在本論文的 完成過(guò)程中，受到了老師們的關(guān)注和指導(dǎo)，特別是陳曉導(dǎo)師，再次向他 表示感激之情。 在本課題研究中，得到了課題全組同學(xué)的關(guān)心和幫助。跟他們進(jìn)行了多次有益的探討和交流，得到了許多啟發(fā)，對(duì)于他們的支持和幫助也表示誠(chéng)摯的謝意！基于 ICL7107的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 34 參考文獻(xiàn) 35 參考文獻(xiàn) PROTEL 電路設(shè)計(jì)教程 江思敏、姚鵬翼、胡榮等編著 清華大學(xué)出版社 （ 2020） ； 常用電子測(cè)量?jī)x器的使用 [英 ]A .，謝瑞和、黃志良、謝白美、王觀蘭譯 電子工業(yè)出版社 （ 1999） ； 數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì) 劉浩斌（主編）汪良能、劉鑫、劉煒（編著） 電子工業(yè)出版社 （ 2020） ； 數(shù)字萬(wàn)用表的原理、使用與維修 沙占友、沙占為（編著） 電子工業(yè)出版社 （ 1988） ； 傳感器技術(shù)及其應(yīng)用 謝文和 ； 模擬電子技術(shù) 江曉安、董秀峰 ?；?ICL7107的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 36 附錄 實(shí)物圖 37 附錄 實(shí)物圖 基于 ICL7107的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 38