ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР НА ОСНОВЕ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Автор Говердовский Андрей Дмитриевич Москва, лицей 1581, при МГТУ им. Н.Э. Баумана Гриднев Владимир Николаевич доцент, 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.Ножки 2.Клеммовые зажимы 3.Слот для питающего напряжения 4.Кнопка включения/выключения устройства Рис. 2 – Устройство в сбореРис. 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 монтажа 2. Проверена правильность подключения источника напряжения 3. Образцовый и тестируемый вольтметры подключены параллельно и источнику напряжения в +1,5В. Отрицательный вывод питания соединен с общим проводом "-" вольтметра 4. 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 устройства 2.Модификация, что обеспечило удобную работу с устройством 3.Исследованы принципы работы устройства 4.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: