三位半数字电压表设计方案.docx

三位半数字电压表设计方案.docx

《三位半数字电压表设计方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三位半数字电压表设计方案.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

三位半数字电压表设计方案

三位半数字电压表设计方案

1设计任务和性能指标

1.1设计任务

1、掌握数字电压表的设计、组装、与调试方法。

2、熟悉集成电路MC14433，MC1413，CD4511和MC1403的使用方法，并掌握其工作原理。

1.2性能指标

测试直流电压0V-1.999V,0V-19.99V,0V-199.9V,0V-1999V。

2设计方案

2.1需求分析

数字电压表是将被测模拟量转换为数字量，并进行实时数字显示的数字系统。

该系统可由MC14433——31/2位A/D转换器、MC1413七路达林顿驱动器阵列、CD4511BCD到七段锁存-译码-驱动器、能隙基准电源MC1403和共阴极LED发光数码管组成。

各部分的功能如下：

（1）31/2A/D转换器：

将输入的模拟信号转换成数字信号。

（2）基准电源：

提供精密电压，供A/D转换器作参考电压。

（3）译码器：

将二-十进制（BCD）码转换成七段信号。

（4）驱动器：

驱动显示器的a,b,c,d,e,f,g七个发光段，推动发光数码管（LED）进行显示。

（5）显示器：

将译码器输出的七段信号进行数字显示，读出A/D转换结果。

2.2方案论证

方案设计一：

选用A/D转换芯片MC14433、CD4511、MC1413、MC1403实现电压的测量，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。

缺点是工作速度低，优点是精度较高，工作性能比较稳定，抗干扰能力比较强显示部分:

选用4个单体的共阴数码管。

优点是价格比较便宜；缺点是焊接时比较麻烦，容易出错。

数字电压表的基本原理：

1.数字电压表将被测模拟量转换为数字量，并进行实时数字显示。

该系统可采用MC14433——3位半A/D转换器、MC1413七路达林顿驱动器阵列、CD4511 BCD到七段锁存-译码-驱动器、能隙基准电源MCl403和共阴极LED发光数码管组成。

2.本系统是3位半数字电压表，3位半是指十进制数0000～1999。

所谓3位是指个位、十位、百位，其数字围均为0～9，而所谓半位是指千位数，它不能从0变化到9，而只能由0变到l，即二值状态，所以称为半位。

 数字电压表原理框图如下：

方案设计二：

 利用成熟芯片ICL7107实现电压的测量，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。

优点：

可直接驱动LED数码管，部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。

数字电压表原理框图如下：

方案1：

选用4个单体的共阴晶体管。

优点是价格比较便宜；缺点是焊接时比较麻烦，容易出错。

方案2：

选用点阵显示器。

优点是能显示文字和数字；缺点是其部结构较为复杂，不易连接。

基于实验室元器件现有情况，我们选用了：

方案1。

各模块设计如下：

①量程转换模块

采用多量程选择的分压电阻网络，可设计四个分压电阻大小分别为900KΩ，90KΩ，9KΩ和1KΩ。

用无触点模拟开关实现量程的切换。

②基准电压模块

这个模块由MC1403和电位器构成,提供精密电压，供A/D转换器作参考电压.

③31/2位A/D电路模块

直流数字电压表的核心器件是一个间接型A/D转换器，这个模块由MC14433和积分元件构成,将输入的模拟信号转换成数字信号。

④字形译码驱动电路模块

这个模块由CD4511构成,将二—十进制（BCD）码转换成七段信号。

⑤显示电路模块

这个模块由数码管构成,将译码器输出的七段信号进行数字显示，同时根据数位选择电路选择是否输出小数点，读出A/D转换结果。

在实验中应用四块数码管以实现三位半输出。

3系统硬件设计

3.131/2A/D转换器——MC14433

MC14433是CMOS双积分式3½位A/D转换器，它是将构成数字和模拟电路的约7700多个MOS晶体管集成在一个硅芯片上，芯片有24只引脚，采用双列直插式，其引脚排列与功能如下图所示。

引脚功能说明：

VAG（1脚）：

被测电压VX和基准电压VR的参考地

VR（2脚）：

外接基准电压（2V或200mV）输入端

VX（3脚）：

被测电压输入端

R1（4脚）、R1／C1（5脚）、C1（6脚）：

外接积分阻容元件端

C1＝0.1μf（聚酯薄膜电容器），R1＝470KΩ（2V量程）；

R1＝27KΩ（200mV量程）。

C01（7脚）、C02（8脚）：

外接失调补偿电容端，典型值0.1μf。

DU（9脚）：

实时显示控制输入端。

若与EOC（14脚）端连接，则每次A/D转换均显示。

CP1（10脚）、CPo（11脚）：

时钟振荡外接电阻端，典型值为470KΩ。

VEE（12脚）：

电路的电源最负端，接－5V。

VSS（13脚）：

除CP外所有输入端的低电平基准（通常与1脚连接）。

EOC（14脚）：

转换周期结束标记输出端，每一次A/D转换周期结束，EOC输出一个正脉冲，宽度为时钟周期的二分之一。

（15脚）：

过量程标志输出端，当｜VX｜＞VR时，

输出为低电平。

DS4～DS1（16～19脚）：

多路选通脉冲输入端，DS1对应于千位，DS2对应于百位，DS3对应于十位，DS4对应于个位。

Q0～Q3（20～23脚）：

BCD码数据输出端，DS2、DS3、DS4选通脉冲期间，输出三位完整的十进制数，在DS1选通脉冲期间，输出千位0或1及过量程、欠量程和被测电压极性标志信号。

MC14433具有自动调零，自动极性转换等功能。

可测量正或负的电压值。

当CP1、CP0端接入470KΩ电阻时，时钟频率≈66KHz，每秒钟可进行4次A/D转换。

它的使用调试简便，能与微处理机或其它数字系统兼容，广泛用于数字面板表，数字万用表，数字温度计，数字量具及遥测、遥控系统。

3.2七路达林顿驱动器——MC1413

MC1413管脚功能图和部结构

MC1413采用NPN达林顿复合晶体管的结构，因此具有很高的电流增益和很高的输入阻抗，可直接接受MOS或CMOS集成电路的输出信号，并把电压信号转换成足够大的电流信号驱动各种负载．该电路含有7个集电极开路反相器（也称OC0门）。

MC1413电路结构和引脚如图3所示，它采用16引脚的双列直插式封装。

每一驱动器输出端均接有一释放电感负载能量的续流二极管。

3.3七段锁存-译码-驱动器——CD4511

CD4511管脚功能图及其真值表

CD4511是专用于将二-十进制代码（BCD）转换成七段显示信号的专用标准译码器，它由4位锁存器，7段译码电路和驱动器三布分组成。

（1）四位锁存器（LATCH）：

它的功能是将输入的A，B，C和D代码寄存起来，该电路具有锁存功能，在锁存允许端（LE端，即LATCHENABLE）控制下起锁存数据的作用。

当LE=1时，锁存器处于锁存状态，四位锁存器封锁输入，此时它的输出为前一次LE=0时输入的BCD码；

当LE=0时，锁存器处于选通状态，输出即为输入的代码。

由此可见，利用LE端的控制作用可以将某一时刻的输入BCD代码寄存下来，使输出不再随输入变化。

（2）七段译码电路：

将来自四位锁存器输出的BCD代码译成七段显示码输出，MC4511中的七段译码器有两个控制端：

①LT（LAMPTEST）灯测试端。

当LT=0时，七段译码器输出全1，发光数码管各段全亮显示；当LT=1时，译码器输出状态由BI端控制。

②BI（BLANKING）消隐端。

当BI=0时，控制译码器为全0输出，发光数码管各段熄灭。

BI=1时，译码器正常输出，发光数码管正常显示。

上述两个控制端配合使用，可使译码器完成显示上的一些特殊功能。

（3）驱动器：

利用部设置的NPN管构成的射极输出器，加强驱动能力，使译码器输出驱动电流可达20mA。

CD4511电源电压VDD的围为5V-15V，它可与NMOS电路或TTL电路兼容工作。

CD4511采用16引线双列直插式封装，引脚分配和真值表参见图2。

使用CD451l时应注意输出端不允许短路，应用时电路输出端需外接限流电阻。

3.4基准电压——MC1403

MC1403管脚功能图

MC1403的输出电压的温度系数为零，即输出电压与温度无关．该电路的特点是：

①温度系数小；②噪声小；③输入电压围大，稳定性能好,当输入电压从+4．5V变化到+15V时，输出电压值变化量小于3mV；④输出电压值准确度较高，y。

值在2.475V～2.525V以；⑤压差小，适用于低压电源；⑥负载能力小，该电源最大输出电流为10mA。

4安装、调试/仿真、调试

4.1调试步骤

（1）检查电路是否正确；

（2）给实物电路提供所需的电压；

（3）用设计的电压表测量已知电压的电源，记录实验数据，分析误差来源，改变实验某些器材（如电阻），直到所允许的误差围；

（4）改变设计电压表的量程，测量不同已知电压的电源，记录实验数据，分析误差来源，改变某些实验器材（如电阻），直到所允许的误差围；

（5）综合分析，总结得到理想的结果。

4.2实验测试结果/仿真结果及性能分析

在连接线路完毕之后，发现数码显示部分的组装与调试上出现失误，由于插线时没有插好，不能显示反向电压的“—”号，因此我们仔细检查，发现显示器的“g”所对应的管脚没有插线，改正后，能正常显示反向电压的“—”号。

实验测试结果误差较大，进行分析后发现这是由于分压电阻和模拟开关导通电阻不够精确引起的。

于是我们加入了一个可调电阻进行分压，使输入电压尽量的精确。

这么调节之后，测量结果精确了很多，但还是存在一定的误差，不过这在误差允许围。

5总结

在整个课程设计中，我们充分利用所学知识，我们每个人都了解到的学习不应该只局限于我们的课本，因为课本上告诉我们的只是很有限的一部分，所涉及的面也是狭窄的。

但是怎样在有限的围学习到无限的知识呢？

那就要我们自己懂的竞争，懂的自学，懂的充分利用身边的任何资源，懂得与其他同学的合作。

应该说，我们在这次的课程设计中学到了很多知识，这并不仅仅包括书本上的知识，更重要的是我们学会了如何去和别人交流，怎样用语言去实现自己的想法，在这个过程中我们明白了团队精神的重要性和不耻下问的精神。

虽然我们的数电设计是数电书有的，但我们也竭力将它设计出来，也愿将所获得的信息变成自己的资源，我们动手操作，在了解和看懂的基础上有所改变和创新，但是在我们的设计中还有部分的不足，需要加以更新，我们的设计也只是数字电路中很小的一部分，并不能将所学的知识充分利用起来，这也是不足的地方。

同时，通过这次课程设计，我们都意识到了自己在动手实践上还存在弱势，我们知道了实践操作对学习是很重要的，只有通过实际操作才能充分的了解自己的不足并掌握知识。

相信通过这次的课程设计，更让我们深刻意识到自己在学习中的弱点，同时也找到了克服这些弱点的方法，这也是一笔很大的资源。

在以后的时间中，我们应该利用更多的时间去动手实验，相信实际操作会让我们的动手能力得到很大的提高同时实践可以使我们掌握知识，并在掌握的基础上得到提高。

6、参考文献

[1]．《数字电路与逻辑设计》，斌（主编）汪良能、鑫、炜（编著），电子工业2001浩

[2]庚华光《电子技术基础》数字部分

[3]梁德厚《数字电子技术及应用》机械工业

[4]高吉祥《电子技术基础实验与课程设计》电子工业P373——P390

附录1系统硬件电路图/仿真电路图

电路实物图

方案1电路图

方案2电路图

附录2元器件清单

MC14433CD4511MC1403MC1413电阻510Ω电阻47KΩ电阻1KΩ电阻900KΩ电阻90KΩ电阻9KΩ

共阴极七段显示器

指导教师评语

课程设计成绩