1、系統總體設計

1.1、設計目標

本次設計是以ICL7107芯片為核心設計一個可以同時測量多路電流和多路電壓的數字式儀表。因為在繼電保護中某些數據要同時測量才有意義，本次設計正好可以滿足繼電保護的這些要求，具體要實現以下幾個目標：

1）最基本的功能是同時測量多路電壓和電流;

2）負載電流超過定值時發出報警信號，并自動切斷本路電源;

3）低廉的生產成本，較高的可靠性;4）數字化顯示，易于讀數。

1.2、總體方案

本次設計的系統框圖見圖1。

圖1系統總體設計框圖

在圖1中，24/48V直流電源模塊由兩塊獨立的24V直流電源組合而成，根據負載要求可以組合成24V或者48V的直流電源。為突出本論文的重點，把一些輔助功能如保護等劃入到電源模塊中。5V直流電源是一個二次側為M+N個獨立繞組的變壓器，經過整流濾波產生5V直流電源，給數字表中的ICL7107芯片供電。系統框圖中為什么用粗黑色線連接5V電源和各路電表，而不象24/48V直流電源那樣共正負極連接，在系統集成時會具體介紹原因。

2、系統詳細設計

2.1、ICL7107性能簡介

ICL7107芯片是高性能、低功耗、雙積分型三位半A/D轉換器。它集成了A/D轉換的模擬部分電路如緩沖器、積分器、電壓比較器、正負電壓參考源和模擬開關，數字電路部分如振蕩器、計數器、鎖存器、譯碼器、驅動器和邏輯控制電路等，可直接驅動發光二極管（LED）。

2.2、數字式電壓表設計

本次設計的數字式電壓表采用單+5V供電和外接參考源方式，設計原理圖見圖圖2。

圖2 ?電壓表原理圖

由于系統正常工作電壓為24V或48V，結合ICL7107芯片是三位半轉換器的特點，本次設計的數字式電壓表量程為99.9V，小數點固定在圖2中的2號數碼管上。如圖2所示輸入端采用99K和1K分壓電路，當輸入最大值99.9V時，經過分壓電路分壓后進入芯片的電壓約為1V。

2.3、數字式電流表設計

本次設計的數字式電流表也采用單+5V供電和外接參考源方式，原理圖見圖3，量程為9.99A，小數點固定圖中的1號數碼管上。電流經過圖3中30和31管腳之間的0.1歐產生壓降，此電壓理論最大值為0.999V，不超過芯片管腳的允許值。

圖3 ?電流表原理圖

2.4、系統集成

數字式表頭設計完成之后，可以根據用戶要求靈活進行集成。根據用戶要求本次設計的儀表可以同時測量并顯示一路電壓和八路電流，并具有過流報警和自動斷路功能。

在這里重點解釋圖1中5V直流電源和電表連接方式問題。在設計完成電壓表和電流表之后單獨進行測試均可以顯示正確的讀數，但一旦共正負極之后則讀數錯誤。考慮到普通萬用表基本都是采用ICL7106芯片設計，并且此芯片和ICL7107芯片的用法大同小異，遂采用兩塊萬用表進行類比實驗。在試驗中也發現相同的問題，單個萬用表都可以正常讀數，把給芯片供電的電源共地時讀數錯誤。為消除共地干擾的影響，本系統采用副邊有9個獨立繞組的變壓器，把交流220V經過變壓、整流和濾波后產生9路獨立的+5V電源，分別給各個電表供電。

3、結束語

本裝置的實質是利用ICL7107芯片自身強大的功能，外加少量元器件構成測量可以電壓或者電流的表頭，然后根據用戶要求進行集成，使裝置可以同時測量多路電壓和電流。采用此方法設計的裝置成本低，可靠性高，安裝和調試簡單。本次設計的幾套測試裝置已經投入使用，目前都正常工作。