三位半数字电压表的设计

摘要 摘 要 当今时代，信息充斥着世界的每一个角落，各种电子技术的发展日新月异， 其更新的周期非常短，电子技术应用于各行各业，在国民生产和人民生活中的地 位越来越重要。数字电子产品在我们的日常生活中越来越普及，从普通的计算器 到现在的数字电视、数字录音机、MP3 等，现在还有具有智能系统的数字电子产 品。甚至许多日常生活用品都运用了数字电子产品，如：手机、剃须刀、笔记本 电脑等。现有的简易模拟电压表由于功能单一，适用的范围少等缺点已不能满足 人们的高精度、高速度需要，这里需要的是一种能够提供高精度、高速度的采用 数字采集技术的数字式电压表应运而生。 本题目介绍的是三位半数字电压表的设计，本次设计主要包括了对电压表的 基本构成，双积分型 A/D 转换器的工作原理以及通用数字电压表的设计方法与调 试技术的学习研究，采用集成芯片 ICL7107 作为数字电压表的 A/D 转化及锁存和 译码模块，使得电路具有设计简单、集成度及可靠性高的特点。ICL7107 采用大 电流反向输出，静态驱动共阴极 LED 数码管，由5V 双电源供电，显示亮度高但 耗电较大，适合制作小型的三位半数字电压表。该系统设计能够实现 0199mV 、01.99V、 019.99V、 0199.9V、 01999.9V，共五个量程电压值的测 量。做成电路板，进行测试，可得到测试结果。 关键词： ICL7107 数字电压表 A/D 转化 量程。 ABSTRACT ABSTRACT The modern era, information filled with every corner of the world, all kinds of the development of electronic technology is developing rapidly, and the cycle of the update is very short, electronic technology application in all industries, in the national production and is becoming more and more important in the life of the people. Digital electronic products in our daily life is becoming more and more popular, from the normal calculator to the present digital television, digital recorder, MP3, now there is an intelligent system of digital electronic products. Even many articles for daily use all the digital electronic products, such as: the cellular phone, razor, notebook computers. The existing simple simulation voltmeter because the function of a single, the applicable scope shortcomings, such as less already cannot satisfy people of high precision, high speed need, here need is a can provide high precision, high speed of the digital collection technology of digital voltmeter arises at the historic moment. This subject introduces three and A half of the digital voltmeter design, the design includes the voltmeter to the basic constitution, the double integral type of A/D converter working principle and design method of general digital voltmeter and commissioning technical study, the integrated chips ICL7107 digital voltmeter as the A/D transformation and lock to save and decoding module, so that the circuit is simple in design, integration and the characteristics of high reliability. ICL7107 with large current reverse output, static drive cathode tube of LED digital, by 5 V double power supply, show high brightness but large power consumption, suitable for making small three and a half digital voltmeter. The system design can realize 0 199 mV, 0 1.99 V, 0 19.99 V, 0 199.9 V, 0 1999.9 V, a total of five range voltage measurement. Make it circuit boards, test, the test results can be obtained. Keyword: ICL7107 Digital voltmeter A/D Scope 目录 i 目 录 摘 要 .1 ABSTRACT .2 第一章 绪论 .1 第二章 三位半数字电压表的设计方案 .3 2.1 题目及设计目的 .3 2.2 设计要求 .3 2.3 方案设计 .3 2.4 三位半数字电压表的设计思想 .5 第三章 三位半数字电压表的硬件电路设计 .7 3.1 三位半数字电压表的总原理图及其特点 .7 3.1.1 总原理图 .7 3.1.2 三位半数字电压表的特点 .7 3.2 ICL7107 的介绍 .8 3.2.1 引脚的介绍 .8 3.2.2 ICL7107 的性能特点 .10 3.2.3 ICL7017 的功能检查表 .11 3.3 电路的基本结构及系统图 .12 3.3.1 基本结构 .12 3.3.2 电路的系统图 .12 第四章 （电路检验）电路仿真 .15 4.1 PROTEUS软件介绍 .15 4.2 电路仿真 .16 第五章 PCB 板的设计 .19 5.1 PROTEL99 SE 软件介绍 .19 5.2 绘制原理图并进行分析 .20 5.3 PCB 板的设计 .21 第六章 电路板的焊接及电路调试过程 .23 ii 目录 6.1 焊接的注意事项 .23 6.2 焊接的过程 .23 6.3 调试前准备工作及电路总体调试 .24 6.3.1 调试仪器 .24 6.3.2 调试方法 .24 6.3.3 测试结果分析 .24 6.3.4 硬件实物图 .24 6.3.5 元器件清单 .25 6.4 调试注意事项 .25 6.4.1 量程的设计 .25 6.4.2 积分电容的选择 .25 第七章 结束语 .27 致 谢 .29 参考文献 .31 第一章 绪论 1 第一章 绪论 随着社会的发展，电子市场越来越多，电子产品也越来越普遍，一些高科技 的产品以代替了一些旧的产品。在模数混合系统中，对模拟信号的采样一般是使 用专门的 A/D 转换器，和专门的译码锁存电路把模拟信号转化成数字信号，但这 样是系统的设计电路比较复杂，用到集成芯片比较多，给设计带来不便。为了克 服这些缺点，这次设计中采用了高级集成芯片 ICL7107 作为对模拟信号的采样， 使设计更简单，可靠性得到提高。 在数字和显示技术中，为了实现数字显示，需要把连续变化的模拟量变化成数 字量，这宗变化就是 A/D 转化。为了使模拟量变化成数字量，必须经过取样、量 化过程。量化单位越小，整量化的误差就越小，数字量就越接近连续量本真的值。 数字式仪表是能把连续的被测量自动地变成断续的、用数字编码方式的、并以十 进制数字自动显示测量结果的一种测量仪表。它把电子技术、计算技术、自动化 技术的成果与精密电测量技术密切的结合在一起。成为仪器、仪表领域中独立而 完整的一个分支。 数字电压表简称 DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入 电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。数字电压表则采用先 进的数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳读现象，测量结果就是 唯一的。数字电压表具备了很多传统模拟仪表所不能相比拟的优势特点。 2 三位半数字电压表的设计与实现 第二章 三位半数字电压表的设计方案 3 第二章 三位半数字电压表的设计方案 2.1 题目及设计目的 1、题目：3 1/2 位数字电压表 2、设计目的：通过电子技术的综合设计，熟悉一般电子电路综合设计过程、设 计要求、应完成的工作内容和具体的设计方法，同时复习、巩固以往的模电、数 电内容。 2.2 设计要求 (1) 测量范围：直流电压 0V 一 1.999V，0V 一 199.9mV。 (2) 组装调试 3 位半数字电压表。 (3) 画出数字电压表结构图，写出心得体会。 2.3 方案设计 方案设计一： 选用 A/D 转换芯片 MC14433、CD4511、MC1413、MC1403 实现电压的测量，用四位 数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是工作速度低，优点是精度较高，工作 性能比较稳定，抗干扰能力比较强 显示部分:选用 4 个单体的共阴数码管。优点是价格比较便宜；缺点是焊接时比 较麻烦，容易出错。 数字电压表的基本原理： 1.数字电压表将被测模拟量转换为数字量，并进行实时数字显示。该系统可采用 4 三位半数字电压表的设计与实现 MC144333 位半 A/D 转换器、MC1413 七路达林顿驱动器阵列、CD4511 BCD 到 七段锁存-译码-驱动器、能隙基准电源 MCl403 和共阴极 LED 发光数码管组成。 2.本系统是 3 位半数字电压表，3 位半是指十进制数 00001999。所谓 3 位是 指个位、十位、百位，其数字范围均为 09，而所谓半位是指千位数，它不能 从 0 变化到 9，而只能由 0 变到 l，即二值状态，所以称为半位。 数字电压表原理框图如下： 基准电压 积分 RC 元 件 3 1/2 位 A/D 电路 字形 译码 驱动 电路 显示电路 字位驱 动电路 量程选择 方案设计二： 利用成熟芯片 ICL7107 实现电压的测量，用四位数码管显示出最后的转换电 压结果。优点：可直接驱动 LED 数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻 辑控制、显示驱动、自动调零功能等。 数字电压表原理框图如下： 第二章 三位半数字电压表的设计方案 5 2.4 三位半数字电压表的设计思想 数字电压表的位数是指完整显示位，即能够显示 0-9 十个数字的位。所谓三 位半数字电压表，即只有 3 位完整显示位，而其最高位只能显示 0 或 1，故称为 半位。数字电压表一般由模拟电路与数字电路两大部分组成，模拟部分包括输入 放大器、A/D 转换器和基准电压源；数字部分包括计数器、译码器、逻辑控制器、 振荡器和显示器。其中，A/D 转换器是数字电压表的核心部件。 6 三位半数字电压表的设计与实现 第三章 三位半数字电压表的硬件电路设计 7 第三章 三位半数字电压表的硬件电路设计 3.1 三位半数字电压表的总原理图及其特点 3.1.1 总原理图 3.1.2 三位半数字电压表的特点 三位半数字电压表的测量范围为直流：0199mV 、01.99V、 019.99V、 0199.9V、 01999.9V。共五个量程。它有超量程、欠量程，当朝量程时， A/D 转换器成溢出状态，这时高位显示为 1，其他低位不显示。当欠量程时，最 8 三位半数字电压表的设计与实现 高位和最低位显示的数为 0.当有两种量程的一种时，将用大的一量程，如此切换 直至切换到适当量程。 其特点如下： （1）显示清晰直观，读数准确 数字电压表则采用先进的数显技术，使测量结 果一目了然，只要仪表不发生跳数现象，测量结果就是唯一的，能所短读数和记 录的时间。 （2）显示位数 显示位数通常为 38 位。 （3）准确度高 准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。他表示测量 结果与真值的一致程度，也反映了测量误差的大小，准确度越高，测量误差越小。 数字电压表的准确度远优于模拟式电压表。 （4）分辨率高 数字电压表在最低量程上末位 1 个字所代表的电压值，称作仪 表的分辨率，他反应仪表灵敏度的高低。分辨力随显示位数的增加而提高。数字 电压表的分辨力指标亦可用分辨率来表示。分辨率是指所能显示的最小数字（零 除外）与最大数字的百分比。实际上分辨力仅与仪表显示位数有关，而准确度则 取决于 A/D 转换器等的总误差。 （5）测量范围宽 多量程 DVM 一般可测 01999V 直流电压。 （6）扩展能力强 在数字电压表的基础上，还可扩展成各种通用及专用数字仪 表、数字多用表（DMM）和智能仪表，以满足不同的需求。 （7）测量速度快 数字电压表在每秒钟内对被测电压的测量次数叫测量速率， 单位是“次/秒” 。它主要取决于 A/D 转换器的转换速率,其倒数是测量周期。 （8）集成度高，微功耗 3.2 ICL7107 的介绍 3.2.1 引脚的介绍 ICL7107 是专为驱动 LED 显示器而设定的 3（1/2）位双积分 A/D 转换器。 第三章 三位半数字电压表的硬件电路设计 9 图 3 ICL7107 的引脚图 引脚功能介绍： V+、V- 基准电压正负端，分别接 5V 电压的正、负端。 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” 。 A1-G1、A1-G1、A1-G1、BC4 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。 POL 负极性指标输出端，简称“模拟地” ，通常将 IN、Uref-端与 COM 端 短接。 OSC1-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： Vref+、Vref- 基准电压正负端。 Cref+、Cref- 外接基准电容端。 10 三位半数字电压表的设计与实现 IN、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 0.47F，而 2V 满刻度是 0.047F。 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 100A，而缓冲器与积分器能够供给 20A 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。 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。 GND 接地端。 3.2.2 ICL7107 的性能特点 （1）312 位双积分型 A/D 转换器 ICL7107 功能与特点 1，ICL7107 是 312 位双积分型 A/D 转换器，属于 CMOS 大规模集成电路，它的最 大显示值为1999，最小分辨率为 100uV，转化精度为 0.051 个字。 2，能直接驱动共阳极 LED 数码管，不需要另加驱动器件，使整机线路简化，采 用5V 两组电源供电，并将第 21 脚的 GND 接第 30 脚的 IN。 3，在芯片内部从 V+与 COM 之间有一个稳定性高的 2.8V 基准电源，通过电阻分 压器可获得所需的基准电压 Vref。 4，能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动机型显示功能。 5，输入阻抗高，对输入信号无衰减作用。 6，整机组装方便，无需外加有源器件，配上电阻、电容和 LED 共阳极数码管， 就能构成一只直流数字电压表头。 7，噪音低、温漂小，具有良好的可靠性，寿命长。 8，芯片本身功耗小于 15mw（不包括 LED） 。 9，部设有一专门的小数点驱动信号。使用时可将 LED 共阳极数码管公共阳极接 V+。 10，可以方便地进行功能检查。 第三章 三位半数字电压表的硬件电路设计 11 （2）ICL7107 工作原理 双积分型 A/D 转换器 ICL7107 是一种间接 A/D 转换器。它通过对输入模拟 电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间 间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。 它包括积分器、比较器、计数器，控制逻辑和时钟信号源。积分器是 A/D 转换 器的心脏，在一个测量周期内，积分器先后对输入信号电压和基准电压进行两次 积分。比较器将积分器的输出信号与零电平进行比较，比较的结果作为数字电路 的控制信一号。时钟信号源的标准周期 Tc 作为测量时间间隔的标准时间。它是由 内部的两个反向器以及外部的 RC 组成的。 3.2.3 ICL7017 的功能检查表 检查步骤如下（仪表满量程为 200mV）： 1，检查零输入时的显示 将 IN与 IN-端短接，使 Uin=0,仪表应显示“00.0” 。 2，检查比例读数 将 IN与 Vref+端短接，使 Uin=Uref=100.0mv。仪表应显示“100.0”允许有+/- 1 的误差。 3，检查正信号溢出功能 将 IN与 U+端（5v）短接，使 Uin=+5V+199.9mV，此时数码管应显示千位上的 “1”，其他位不显示。 4，检查复信号溢出功能 将 IN+与 U-端（-5V）短接，使 Uin=-5V,因为+199.9mV，此时数码管应显示负 号和千位上的“1” ，其他位不显示。 5，检查全亮笔段 将 TEST 端与 U+端短接，LED 显示器应出现“1888”(不显示小数点)，全部笔段 放光。操作只需按下开关，即可将 TEST 与 U+短路。 12 三位半数字电压表的设计与实现 检查方法 显示值 检查 内容 开关 位置 被短接的 管脚 负 号 千位 百位 十 位 个位 个 位 0 1 IN+-IN- X X 0 0 0 100 2 IN+-Uref+ X 1 0 0 0+/- 1 正信号 溢 出 3 IN+-U- X 1 X X X 负信号 溢 出 4 IN+-U- - 1 X X X 1888 按下 开关 TEST-U+ X 1 8 8 8 3.3 电路的基本结构及系统图 3.3.1 基本结构 （1） 3（1/2）位 A/D 转换器是采用芯片 ICL7107，是专门为驱动 LED 显示器而 设计的 3（1/2）位双积分式 A/D 转换器，是整个电路的核心部件，完成模拟量转 化成数字量的任务。 （2）基准电压源提供 A/D 转换参考电压。 （3）译码驱动器将 BCD 译码转化成七段供 LED 发光管显示信号。 （4）显示器将译码器输出的七段信号进行数字显示。 3.3.2 电路的系统图 第三章 三位半数字电压表的硬件电路设计 13 图 2 电路系统框图 （1）A/D 转换及锁存和译码模块 选用芯片 ICL7107，它是双积分型 A/D 转化器，还集成了 A/D 转化器的 模拟部分电路，如缓冲器、积分器、电压比较器、正负电压参考源和模拟开关， 以及数字部分如振荡源、计数器、锁存器、译码器、驱动器和控制逻辑电路等， 使用时只须接少量电阻、电容元件和数码管，就可以完成模拟信号和数字信号之 间的转换。 （2）待测电压转换模块 待测电压作为电压表的测量对象，必须满足下一级的输入需求。 （3）模拟电压通道模块 该模块主要作用是将分压后的待测电压输送给 A/D，能根据不同待测电压 选择最适当的分压值档位，采用模拟电压开关通道，其体积小，工作稳定，开关 通道较多。 （4）超、欠量程识别模块 当超调量时，A/D 转化器呈现溢出状态，这时只有千位显示 “1”，其余位 不显示。当欠量程时，千位和百位都显示“0” 。当有两种情况的一种时，则将量 程选用大一级量程，如此循环直至切换到适当量程。 模 拟 电 压 通 道 待 测 电 压 转 换 数码显示 超 量 程 辨 别 A/D 转换及锁存、译码 量程切换 14 三位半数字电压表的设计与实现 第四章 （电路检验）电路仿真 15 第四章 （电路检验）电路仿真 4.1 proteus 软件介绍 本设计采用集成芯片 ICL7107 作为数字电压表的 A/D 转换及锁存和译码模块,使 得电路具有设计简单、集成度及可靠性高的特点。该系统能够实现 0199.9mV 量 程电压值的测量。 1.仿真软件 第一章 Proteus 可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千 种元器件，有 30 多个元件库。 第二章 Proteus 可提供的仿真仪表资源： 示波器、逻辑分析器、虚拟终端、SPI 调试器、I2C 调试器、信号发生器、模拟发生器、交直流电压表、交流直流电流 表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。 第三章 除了现实存在的仪器外，Proteus 还提供了一个图形显示功能，可以将线 路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，起作用与示波器相似，但功能 更多。这些虚拟仪器仪表具有理性的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输 出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。 第四章 Proteus 可提供的调试手段 Proteus 提供了比较丰富的测试信号用于电 路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。 2. Proteus 软件运行流程 Proteus ISIS 的工作界面是一种标准的 Windows 界面，包括：标题栏、主菜 单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、 仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。 运行 Proteus 程序后，进入软件的主界面。侧工具栏中的 P(从库中选择元 件命令)命令，在 Pick Devices 左侧口中选择所需元件的关键字，然后放置元件 16 三位半数字电压表的设计与实现 并调整方向和位置以及参数设置，最后进行连线。 4.2 电路仿真 将所需的元器件放置好后，电路连接图与仿真图如图(图 4 和图 5)所示 图 4 ICL7107 电路连接图 第四章 （电路检验）电路仿真 17 图 5 仿真图 18 三位半数字电压表的设计与实现 第五章 PCB 板的设计 19 第五章 PCB 板的设计 5.1 Protel99 SE 软件介绍 Protel99 SE 共分 5 个模块，分别是原理图设计、PCB 设计（包含信号完整 性分析） 、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD 设计。 以下介绍一些 Protel99 的部分最新功能： 可生成 30 多种格式的电气连接网络表；强大的全局编辑功能；在原理图 中选择一级器件，PCB 中同样的器件也将被选中；同时运行原理图和 PCB，在打 开的原理图和 PCB 图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络 ；既可以进行正 向注释元器件标号（由原理图到 PCB） ，也可以进行反向注释（由 PCB 到原理图） ， 以保持电气原理图和 PCB 在设计上的一致性；满足国际化设计要求（包括国标标 题栏输出，GB4728 国标库） ； 方便易用的数模混合仿真（兼容 SPICE 3f5） ；支 持用 CUPL 语言和原理图设计 PLD，生成标准的 JED 下载文件；PCB 可设计 32 个 信号层，16 个电源-地层和 16 个机加工层；强大的“规则驱动”设计环境，符合 在线的和批处理的设计规则检查；智能覆铜功能，覆铀可以自动重铺；提供大量 的工业化标准电路板做为设计模版；放置汉字功能；可以输入和输出 DXF、DWG 格式文件，实现和 AutoCAD 等软件的数据交换；智能封装导航（对于建立复杂的 PGA、BGA 封装很有用） ；方便的打印预览功能，不用修改 PCB 文件就可以直接控 制打印结果；独特的 3D 显示可以在制板之前看到装配事物的效果；强大的 CAM 处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报 告等；经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法，信号完整性分析直接 从 PCB 启动；反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合；专家导 航帮您解决信号完整性问题。 20 三位半数字电压表的设计与实现 5.2 绘制原理图并进行分析 用 protel99 se 绘制的原理图如下： 电路原理图分析: 1，ICL7107 芯片的量程有两档:200mV 和 2.0V。本电路所选量程为 200mV 档。 2, 200mV 量程要求 R1=10K，R4=47K，C4=0.47u OSC1、OSC2、OSC3 为时钟振荡器的外接端子，时钟振荡器由集成电路内 部的两个反向器和外接阻容元件组成，振荡频率为 F0=0.455/R1C1=40khz。 电路采样速率为：MR=f0/1600=40*1000/1600 次/秒=2.5 次/秒 3，Cref+和 Cref-为基准电容端，一般将基准电容 C2 取值为 0.1u 4，输入端 IN+和 UN-一般接一个阻容滤波器 R3-C3 5，CAz、BUF、INT 组成积分电路。电路的积分电阻 R4 取值为 47K 接 BUF 端，积分电容 C5 为 0.22u 接 INT 端，自动调零电容 C4 为 0.47u 接 Caz 端。 第五章 PCB 板的设计 21 5.3 PCB 板的设计 利用 protel99 se 制作 Pcb 图步骤： 1、绘制好原理图。首先保证原理图是完全正确的，进行 ERC 检查无错。 2、制作 PCB 元件库。对于标准库和自己的常用库里面没有的元件封装进行制作。 熟悉常用元件（电阻，电容，二极管，三极管） 的封状形式。 3、生成网络表。在原理图里面加好封装，保存，ERC 检查，生成元件清单检查。 生成网络表。 4、建立 PCB。选择好公制，捕获和可见删格大小，按要求设计好外框（向导或自 己画） ，然后放好固定孔的位置，大小（3.0mm 的螺丝可以用 3.5mm 的内孔焊盘， 2.5 的可以用 3 的内孔） ，边缘的先改好焊盘，孔大小，位置固定，添加好需要用 到的库。 5、布局。调用网络表，调入元件，修改部分焊盘大小，设置好布线规则,可以改 变标号的大小，粗细，隐藏标称值。然后先把需要特殊位置的元件放好并琐定。 还要考虑散热，热敏元件。电阻，二极管的放置方式 6、布线。先设置好规则里面的内容，VCC，GND 大功率等大电流的线可以设置的 宽点（0.5mm-1.5mm） ，一般 1mm 可以通过 1A 的电流。对于大电压的线间距可以 设置大点，一般 1mm 为 1000V。设置好了，先布 VCC，GND 等一些比较重要的线。 注意各个模块的区分。对单面板最好可以加一些条线。加过孔，不一定横平竖直， 集成块的焊盘间一般不走线，大电流的宽线可以在 solder 层画上线，以便后面 上锡；走线用 45 度角 7、手工修改线：修改一些线的宽度，转角，补泪地或包焊盘（单面板必须做） ， 铺铜，处理地线。 8、检查。DRC，EMC 等检查，然后可以打印检查，网络表对比。元件清单检查。 22 三位半数字电压表的设计与实现 第六章 电路板的焊接及电路调试过程 23 第六章 电路板的焊接及电路调试过程 6.1 焊接的注意事项 1，防止触电，勿要烫伤人、电源线及衣物等。 2，电烙铁的温度和焊接的时间要适当，焊锡量要适中，不要太多。 3，烙铁要同时接触元件引脚和电路板，使两者在短时间内同时受热达到焊接温 度，以防止虚焊。 4，补课将烙铁头在焊点上来回移动，也不可以用烙铁头相焊接脚上刷锡。 5，对有极性的元件，焊接过程中切勿将极性弄错。 6.2 焊接的过程 1,焊接过程 首先要熟悉所焊电路板的电路图，并按图纸配料，检查元器件型号、规格 及数量是否符合图纸要求，并做好装配前元器件引线成型等准备工作。 2，焊接顺序 元器件装焊顺序依次为：电阻器、集成电路插槽、发光二级管,及元器件应 为先低后高。 3，焊接方法 将加热好的电烙铁与电路板 45 度角，同时接触焊接点和被焊元件脚 1-2 秒， 再将焊锡丝触致焊接点与元件引脚上，使焊锡溶后顺着被焊接元件脚流至焊 点上形成个圆锥状，这是抬起电烙铁。焊好后要等焊锡完全凝固才可移动元件。 4，焊接后事宜 对焊好的电路板进行检查，保证其光滑、清洁；有无错焊、漏焊、虚焊、桥 连等。 24 三位半数字电压表的设计与实现 6.3 调试前准备工作及电路总体调试 6.3.1 调试仪器 可调直流电源，可调范围：0200mV；万用表，精度：0.1mV。 6.3.2 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。 6.3.3 测试结果分析 1.电压测量：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。 2.自动切换量程测试：由测量可知自动切换量程功能能够实现。 6.3.4 硬件实物图 第六章 电路板的焊接及电路调试过程 25 6.3.5 元器件清单 ICL7107 芯片、非极性电容、电阻、电位器、数码显示管、电感、二极管、 三极管、开关、导线等 PCB 单路板。 6.4 调试注意事项 6.4.1 量程的设计 由 ICL7107 构成的三位半数字电压表基本量程为 200mV，如果需要改装成 2V 的量程，应改变基准电压分压电阻，自动调零电容和积分电阻的数值，其余元件 数值不变。 6.4.2 积分电容的选择 数字电压表对积分电容的质量要求较高，因为他直接关系到积分的准确度， 对积分电容主要有以下几个要求：漏电阻高（或漏电时间常数大） ，损耗角正切 值小，介质吸收系数小，介质吸收系数表示电容器在放电后的残余电压与充电电 压的百分比。 26 三位半数字电压表的设计与实现 第七章 结束语 27 第七章 结束语 毕业设计是对大学四年来所学知识的一个总结，也是对我们的一个考验。通 过毕业设计可以提高我们的动手能力，我们从中可以学到不少有用的东西。 本设计的题目是三位半数字电压表的设计与实现，在设计时，首先要画出原 理图，在确定了原理图之后在试验箱上进行调试。在调试过程中也遇到了不少问 题，不过经过我的努力还算顺利的完成了。 通过三个月的毕业设计，使我的基础理论知识和专业知识均得到了切实的巩 固，同时也提高了我分析问题和解决问题的能力。从抽取题目，到分析采购原件 等一系列过程中，我学到很多我没接触到的知识，知识面变广了。 在理论知识方面，我们把四年来所学的专业知识进行了进一步的强化和稳固。 另外，通过大量的查阅资料，增强了自己的自学能力，拓展了知识面。 在实践方面，通过自己去电子市场采购元器件，自己焊接电路板，自己动手， 进行调试焊接及检查，最终圆满完成任务。 28 三位半数字电压表的设计与实现 致 谢 29 致 谢 本论文是在樊峰导师的悉心指导和帮助下完成的。导师渊博的专业知识，严 谨的治学态度，精益求精的工作作风，对我影响深远。不仅使我树立了远大的学 术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。 从论文的选题到最终完成，导师给予了很大的帮助和关怀，并提出了宝贵的意见。 值此论文结束之际，我以诚挚的心情向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢，感谢 他在这半年时间里对我的亲切关怀、热情地鼓励和悉心的指导。本论文的顺利完 成也离不开、同学和朋友的关心和帮助，在此也向他们表示衷心的感谢。 在这次课程设计我真正体会到什么叫做学以致用，第一次体会到用自己所学 到的知识做出了数字电压表，在以前想都不敢想，而现在自己竟然亲手做出来， 所以此时我的心中不免有些成就感。 虽然这次课程设计理论与时间基本完成，但在实践的过程中存在着许多问题。 比如说当测量时得不到理论上的要求，电路焊接杂乱等。所以在以后的实践当中， 我们在实践之前的第一件事是检察原器件，而不是动手连线。连线固然重要，但 我个人认为比这个更重要的是连线之前应该做的事。 再次感谢所有关心、帮助我的老师、朋友和亲人。 30 三位半数字电压表的设计与实现 参考文献 31 参考文献 1 PROTEL 电路设计教程 ，江思敏、姚鹏翼、胡荣等编著，清华大学出版社 2003 2 常用电子测量仪器的使用 ，英A .M.L 鲁特金著，谢瑞和、黄志良、谢 白美、王观兰译电子工业出版社 1999 3 数字电路与逻辑设计 ，刘斌（主编）汪良能、刘鑫、刘炜（编著） ，电子 工业出版社 2001 浩 4 数字万用表的原理、使用与维修 ，沙占友、沙占为（编著）电子工 业出 版社 1988 5 庚华光 电子技术基础 数字部分 6 梁德厚 数字电子技术及应用 机械工业出版社 7 周长源 电路理论基础 高等教育出版社 32 三位半数字电压表的设计与实现