ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР НА ОСНОВЕ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Автор Говердовский Андрей ДмитриевичМосква, лицей № 1581,

при МГТУ им. Н.Э. Баумана

Гриднев Владимир Николаевичдоцент, кандидат технических наук

кафедры ИУ4 МГТУ им. Н.Э. Баумана

Москва, 2010

Кафедра ИУ4 МГТУ им. Н.Э. Баумана «Проектирование и технология производства электронно-вычислительных средств»

Тринадцатая научная конференция «Шаг в будущее, Москва»

Научный руководитель

Цель, объект, решаемые задачи

Цель проекта - сборка, модификация, исследование и тестирование цифрового вольтметра на основе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) ICL7107.

Актуальность работы. В настоящее время существует необходимость в надежном и компактном цифровом устройстве для измерения напряжения в различных электрических цепях и схемах. Таким устройством является вольтметр от компании «Мастер Кит».

Учитывая область применения исследуемого устройства, надо отметить основные свойства, которыми обладает рассматриваемый цифровой вольтметр:1. Широкий спектр измеряемого напряжения с высокой точностью;2. Возможность варьирования питающего напряжения в пределах 8..15В;3. Конструкция, обеспечивающая удобную работу с устройством

Основные особенности устройства

Рис. 1 – Структурная схема

Модификация устройства

Для обеспечения удобной работы с вольтметром дополнительно были установлены:1.Ножки2.Клеммовые зажимы3.Слот для питающего напряжения4.Кнопка включения/выключения устройства

Рис. 2 – Устройство в сборе Рис. 3 – Устройство после модификации

Рис. 4 – Принципиальная схема устройства

Принципиальная схема устройства

Схема формирования отрицательного напряжения

Данная схема преобразует поступающее на ее вход положительное напряжение в отрицательное. Это необходимо для работы АЦП.

Рис. 5 – Моделяция схемы в компьютерной программе PSpice

Рис. 6 – Схема формирования отрицательного напряжения

Рис. 7 – Напряжение на входе схемы (+5В)

Рис. 8 – Напряжение, подаваемое на базы транзисторов TR1 и TR2

Рис. 9 – Напряжение на выходе схемы (-5В)

Схема была смоделирована в программе PSpice; также были проведены исследования реального устройства при помощи осциллографа.

Пилообразный сигнал линейно нарастает до некоторого уровня, затем спадает до нуля. В момент начала нарастания запускается счётчик времени. Когда пилообразный (эталонный) сигнал достигает уровня входного сигнала, компаратор срабатывает и останавливает счётчик; значение считывается со счётчика и подаётся на выход АЦП.

Рис. 11 – Простейший интегрирующий АЦП Рис. 10 – Зависимость выходного напряжения в интегрирующем АЦП

Тогда входящее напряжение вычисляется по следующим формулам:

}

Данный АЦП является интегрирующим, разрядным.

Аналого-цифровой преобразователь

Стабилизатор напряжения LM7805

Микросхема LM7805 обеспечивает стабильное напряжение в +5В, необходимое для питания АЦП. Также использование этого компонента позволяет нам увеличить диапазон питающего напряжения устройства до 8..15В.

Рис. 12 – Структурная схема стабилизатора напряжения

Рис. 13 – Принципиальная электрическая схема микросхемы стабилизатора

напряжения

1. Устройство собрано и проверено на правильность монтажа2. Проверена правильность подключения источника напряжения3. Образцовый и тестируемый вольтметры подключены параллельно и источнику напряжения в +1,5В. Отрицательный вывод питания соединен с общим проводом "-" вольтметра4. Вращая подстроечные резисторы, показания настаиваемого вольтметра приравниваются к показаниям образцового вольтметра

Тестирование работы цифрового вольтметра

Рис. 14 – Электрическая схема тестирования вольтметра Рис. 15 – Результаты тестирования

Заключение

1. Сборка устройства2. Модификация, что обеспечило удобную

работу с устройством3. Исследованы принципы работы

устройства4. Настройка и тестирование правильности

работы

Данный вольтметр позволяет измерять напряжение от 0 до 1000 В с дискретностью

0,1 В и может использоваться также в составе различных радиолюбительских конструкций (например, в самодельном блоке питания).

•Напряжение питания: 8…15 В•Ток покоя, не более: 120 мА•Измеряемое напряжение: 0,1…999 В•Размеры печатной платы основной:

68х70 мм•Размеры печатной платы индикаторов:

68х26 мм

Ниже представлены технические характеристики получившегося устройства:

В результате работы были выполнены следующие задачи: