┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1 前言随着电子科学技术、传感技术、自动控制技术和计算机的发展，电阻、电压、电流等数值的测量变得越来越常见，其中电压的测量最为常见。

传统的指针式电压表应经无法满足如今高精度的要求，数字电压表的诞生很好地解决了这一问题。

数字电压表(Digital Voltmeter)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。

且数字电压表精度高，抗干扰能力强，可扩展性强，集成方便,读数方便。

目前由各种A/D转换器构成的数字电压表,已被广泛应用于电子及电工测量，工业自动化仪表，自动测试系统等智能化测试领域，显示出强大的生命力。

与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到站新水平。

综上所述，数字电压表在现在及将来都会有广大的应用。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1.1总体方案设计论证1.1.1设计要求1. 设计数字电压表电路。

2. 测量范围：直流电压0~199.99mV,0~1.9999V,0~19.999V,0~199.99V。

3.用199.99mV或1.9999V的模拟电压作为输入，校准电压表的读数。

4. 选做内容：自动量程切换。

1.1.2设计目的1．电子技术课程设计是学习电子技术十分重要的环节之一，是对学习电子技术知识的综合性实践训练。

对于巩固所学的电子技术理论知识，培养解决实际问题的能力，加强基本的技能训练具有明显的积极作用。

2. 掌握数字电压表的设计原理，组装、焊接与调试方法。

3. 熟悉集成电路ICL7135、ICM7556、74HC04、74LS47的使用方法，并掌握其工作原理。

1.2数字电压表的特点及发展趋势数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。

以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表(如：温度计、湿度计、酸度计、重量、厚度仪等)，几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化仪表等各个领域。

因此对数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。

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。

1.2.1 数字电压表的特点1．显示清晰直观，读数准确传统的模拟式仪表必须借助于指针和刻度盘进行读数，在读数过程中不可避免的会引入人为的测量误差。

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。

新型数字电压表还增加了标志符显示功能，包括测量项目、符号单位和特殊符号、为解决DVM不能反映被测电压的连续变化过程以及变化趋势这一难题，一种"数字/模拟条图"仪表业已问世。

"模拟图条"（Anal of Bargraph）有双重含义：第一，被测量为模拟量；第二，利用条状图形来模拟被测量的大小及变化趋势。

这类仪表将数字显示与高分辨率模拟条图显示集于一身，兼有DVM与模拟电压表之优点。

智能数字电压表均带微处理器和标准接口，可配合计算机和打印机进行数据处理或自动打印，构成完整的测试系统。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 2．显示位数显示位数通常为31/2位、32/3位、33/4/位、41/2位、43/4位、51/2位、61/2位、71/2位、81/2位共9种。

判定数字仪表的位数有两条原则：①能显示0～9所有数字的位是整数位；②分数位的数值是以最大显示值中最高位数字为分子，用满量程时最高数字作分母。

例如，某数字仪表的最大显示值为1999，满量程计数值为2000，这表明该仪表有3个整数位，而分数位的分子为1，分母是2，故称之为31/2位，读作三位半。

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。

4．分辨率高数字电压表在最低电压量程上末位1个字所代表的电压值，称为仪表的分辨力，它反映仪表灵敏度的高低。

分辨力随显示位数的增加而提高。

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。

例如31/2位DVM的分辨率为1/1999≈0.05％。

需要指出，分辨力与准确度属于两个不同的观念。

从测量角度看，分辨力是"虚"指标（与测量误差无关），准确度才是"实"指标（代表测量误差的大小）。

5．测量范围宽多量程DVM一般可测量0～1000V直流电压，配上高压探头还可测上万伏的高压。

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，以满足不同的需要。

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/S"。

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．输入阻抗高数字电压表具有很高的输入阻抗，通常为10MΩ～10000MΩ，最高可达1TΩ。

9．集成度高，微功耗新型数字电压表普遍采用CMOS大规模集成电路，整机功耗很低。

10．抗干扰能力强51/2位以下的DVM大多采用积分式A/D转换器，其串模抑制比、共模抑制比各别可达100dB、80～120dB。

高档DVM还采用数字滤波、浮地保护等先进技术，进一步提高了抗干扰能力，共模抑制比可达180dB。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1.2.2 数字仪表的发展趋势采用新技术、新工艺，由LSI和VLSI构成的新型数字仪表及高档智能仪器的大量问世，标志着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先河。

1．广泛采用新技术，不断开发新产品2．模块化的发展方向新一代数字仪表正朝着标准模块化的方向发展。

预计在不久的将来，许多数字仪表将由标准化、通用化、系列化的模块所构成，给电路设计和安装调试、维修带来极大方便。

表面安装技术（SMT）和表面安装元器件（SMD）将获得普遍应用。

这项技术被誉为世界电子工艺技术的一项重要突破。

所谓表面安装是将微型化的表面安装集成电路（SMIC）和表面安装元件，用粘贴工艺直接安装在印刷板上，再用波峰焊接机焊接，由此取代传统的打孔焊接工艺，使印刷板安装密度大为增加，可靠性得到明显提高。

3．多重显示仪表为彻底解决数字仪表不便于观察连续变化量的技术难题，"数字/模拟条图"双显示仪表已成为国际流行款式，它兼有数字仪表准确度高、模拟式仪表便于观察被测量的变化过程及变化趋势的两大优点。

模拟条图大致分成三类：①液晶（LCD）条图，呈断续的条状，这种显示器的分辨力高、微功耗，体积小，低压驱动，适于电池供电的小型化仪表。

②等离子体（PDP）光柱显示器，其优点是自身发光，亮度高，显示清晰，观察距离远，分辨力较高，缺点是驱动电压高，耗电较大。

③LED光柱，它是由多只发光二极管排列而成。

这种显示器的亮度高，成本低，但象素尺寸较大，功耗高，驱动电路复杂。

4．安全性仪器仪表在设计和使用中的安全性，对于生产厂家和广大用户都是至关重要的问题。

一方面厂家必须为仪表设计安全保护电路，并使之符合国际标准（例如美国UL认证，欧洲GS认证，ISO9001国际标准质量认证）；另一方面用户必须安全操作，时刻注意仪表上的各种安全警告指示。

仪表的保护电路在于最大限度的减小或防止因误操作而造成的危害。

以DMM为例，常见的误操作是用电流档或电阻档去测量电压。

5．操作简单化本次课程设计我们仅选数字电压表中的14数字电压表来进行设计。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊2 数字电压表的基本组成原理及电路设计2.1数字电压表基本原理及系统框图数字电压表的基本原理：数字电压表(digital voltmeter)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。

如图1所示，本系统所设计的 4 1/2电压表由ICL7135-4 1/2位A/D转换器、三极管9013驱动阵列、74LS47BCD到七段锁存-译码-驱动器、共阳极LED发光管、基准电源、时钟及量程开关电路组成。

4 1/2位是指十进制00000~19999，只有4位完整显示位，其数字范围为0~9，而其最高位只能显示0或1，故称为半位。

它是按照普通运用电路而组合而成的最基本的数字表头，主要使用了其±2.0000的直接测量的功能。

电器采用74HC04组成-5V电压产生电路，以及ICL7135需要的时钟信号电路，只需要给表头供电+5V就可以正常使用，小数点选择电路是通过一个NPN型三极管，利用它的驱动源是选择哪一位数码管的位扫描驱动信号来达到对应使用，使该位的小数点点亮的目的。

基本质量的快速判别：送入+5V直流稳压电源，屏幕上面应该显示随机数字，用金属短接两个输入端口，屏幕上应该显示“0000”，利用指针万用表的X1Ω电阻档，输入到表头的信号输入端口，屏幕上应该显示电池的数字。

交换输入信号的极性，应该有负号出现。

经过这样一轮的测试，如果都没有问题，表头就可以准备使用了。

校准测量精度：可以使用最简单的方法校准，就是使用一只数字万用表监视着芯片第二引脚的电压，微调多圈电位器，使读数等于1.0000V，然后输入一个信号电压，用数字万用表监视读数是否一致，如果不一致，再仔细微调多圈电位器令其达到一致。

图1 数字电压表系统框图┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊2.2 输入滤波电路及负电源组成原理在ICL7135的信号输入端，即“INLO-”“INHI+”两个管脚(3、4)与被测电压V X之间接100KΩ和0.1uF的RC滤波器，以提高整体抗干扰能力，也有利于增加整体的过载能力。

ICL7135所需的“-5V”电源由74HC04的反相器并联为电源逆变电路，以提供其所需要的-5V电压要求。

其原理图如图2图2输入滤波电路6个非门并联相当于一个非门，当输入脉冲为高电平时，经过非门反相器输出为低电平，当反相器输出高电平时，形成如图9所示电路，由点a向C6充电至+5V止，这时D2反相截止，当反相器输出低电平时，形成如图10所示回路，点a相当于地，C6上的压降相当于+5V，b点相当于-5V，C点为地，D3截止，D2导通。

电流方向e→d→b,输出一个-5V电压，满足一个电源供两种极性的要求，同时，选用稳定电压为3V的标准稳压二极管，并且用一个分压电阻与电位器串联，微调提供基准电压V REF+=1，基准电压的精度和准稳定性将直接影响转换的精度。