Разработкa и проектирование электрической принципиальной схемы устройства

3 РАЗРАБОТКА И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

Для разработки цифрового вольтметра, за основу была взята микросхема АЦП ICL7107. Преимущества данной АЦП в том, что данная микросхема имеет встроенный дешифратор и драйвер дисплея. Это существенно снижает количество элементов, а так же размер и стоимость всего вольтметра. Благодаря этому мы напрямую соединяем наш АЦП со светодиодными индикаторами. За светодиодный индикаторы были выбраны 7-сегментные светодиодные индикаторы с десятичной точкой, которые обеспечат нас полным набором выводимой информации от данного устройства. Схема подключения ICL7107 и индикаторов взята из технической документации микросхемы ICL7107 (Рис. 3.1).

[pic 1]

Рис. 3.1 Подключение ICL7107 с 7-сегментными светодиодными индикаторами

Так же для использования ICL7107 в качестве вольтметра со шкалой измерения от 0 до 200мВ была использована схема взятая из даташита (Рис. 3.2).

[pic 2]

Рис. 3.2 Типичное подключение ICL7107

Т.к. на вход ICL7107 измеряется напряжение до 200мВ, то для работы вольтметра в диапазонах до 2В, до 20В и до 200В будем использовать делитель напряжения, который в зависимости от выбранного диапазона будет уменьшать напряжение в К раз.

Для того что бы вольтметр в автоматическом режиме переключался на нужный диапазон будем использовать мультиплексор, который соединит нужный для данного предела делитель со входом АЦП. В качестве мултиплескора была взята микросхема HEF4051B. Это 8 канальный аналоговый мультиплексор с 3-х канальным входом контроля канала выхода. В зависимости на какие из них подано напряжение, соединяется выход с одним из входов.

[pic 3]

Табл. 3.1 Зависимость коммутации номера входа с выходом от входа контроля.

Контролем коммутации входа и выхода будет осуществлять блок компараторов. В качестве компараторов были выбраны операционные усилители LM324 подключенный по данной схеме (Рис. 3.3).

[pic 4]

Рис. 3.3 Компаратор на ОУ.

На неинвертирующий вход будет подаваться напряжение с делителя напряжения, который обеспечит определенное напряжение при определенном напряжении входа. На инвертирующий подадим напряжение сравнения. При данном подключении компаратор на выходе даст либо логический "0" либо "1". Для обеспечения контроля мультиплексора, нам потребуется 3 компаратора соединенных с делителем напряжения по схеме на Рис. 3.4.

[pic 5]

Рис. 3.4 Схема подключения компаратора с делителем напряжения.

Для того что бы подключить блок компараторов к мультиплексору, мы должны подключить выходы с каждого операционного усилителя к соответствующим входу контроля на мультиплексоре.

Комбинацией подключения компараторов к делителю напряжения мы можем обеспечит только 4 комбинации выходного кода (000, 001, 011, 111). Для обеспечения работы вольтметра в 3 диапазонах нам понадобится только 3 комбинации (соотв. : 000, 001, 011).

Исходя из этого, согласно табл. 3.1, на мультиплексоре мы можем коммутировать входы Y0, Y1, Y3 соответственно. К этим входам мы и подключаем делитель напряжения ко входам мультиплексора (Рис. 3.5).

[pic 6]

Рис. 3.5 Схема подключения мультиплексора с делителем напряжения.

Теперь осталось обеспечить работу десятичной точки. Т.к. в ICL7107 не обеспечена работа десятичной точки, то для достижения этой цели мы воспользуемся дешифратором 74HC138. Он преобразует трехзначный двоичный код в 8-значный двоичный код.

[pic 7]

Табл. 3.2  Зависимость выходного кода от входного.

Исходя из условия блока компараторов, что на выходе у нас получается только 000, 001 и 011, получаем что мы можем получить только 11111110, 11111101 и 11110111 соответственно. Т.к. нам десятичная точка нужна в 3 положениях (в положение после 3 цифры в пределе до 200В,  после 2 цифры в пределе до 20В и после 1 цифры в пределе до 2В), то подключаем соответствующие выходы к светодиодным индикаторам (Рис. 3.6).