三位半数字万用表课程设计文档格式.docx
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1.2方案设计与论证-----------------------------------------------------------------2
第二章：
单元电路设计于分析----------------------------------------------------------------4
2.1器件-------------------------------------------------------------------------------4
2.2单元电路--------------------------------------------------------------------------4
2.2.1MC14433-------------------------------------------------------------------4
2.2.2CD4511---------------------------------------------------------------------7
2.2.3MC1413--------------------------------------------------------------------8
2.2.4MC1403--------------------------------------------------------------------9
2.2.5量程选择电路------------------------------------------------------------9
2.2.6单相桥式整流滤波电路----------------------------------------------10
第三章：
电路的安装与调试介绍---------------------------------------------------------11
3.1数码显示部位的组装与调试-------------------------------------------------11
3.2电路连接及测试-----------------------------------------------------------------11
第四章：
结束语---------------------------------------------------------------------------------12
附录一：
元件表--------------------------------------------------------------------------------13
附录二：
电路图--------------------------------------------------------------------------------16
附录三：
参考文献----------------------------------------------------------------------------17
三位半数字万用表
第一章系统概述
1.1主要内容
1、利用所学过知识，通过上网或到图书馆查阅资料，设计出2-3个实现数字万用表的方案；
只要求写出实现工作原理，画出电原理功能框图，描述其功能。
说明：
采用原理、方案、方法不限，可以自行设计。
2、其中对将要实验方案3位半位数字万用表方案，须采用中、小规模集成电路、MC14433A/D转换器等电路进行设计，写出已确定方案详细工作原理，计算出参数，设计出电原理图。
3、技术指标：
（1）测量直流电压200mv；
2V；
20V；
200V;
1000V；
测量交流电压2V；
750V
（2）测量直流电流2MA；
20MA；
200MA；
20A；
测量交流电流2MA；
（3）电阻：
200
、2K、20K、200K、2M、20M
（4）电容；
200nF、20nF、2nF20μF、2μF
（5）三位半数字显示。
1.2方案设计与论证
方案一：
采用双积分A/D转换器MC14433，七段译码驱动器CD4511，基准电源MC1403，反向驱动器,4只LED数码管。
方案二：
根据系统功能实现要求，决定控制系统采用AVR单片机，A/D转换采用其内置的10位AD、四个共阴极LED数码管。
系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行数据通讯上传，存储等扩展功能。
原理框图如下：
方案三：
采用逐次逼近型A/D转换器。
图1.3方案三
方案论证：
1、MC14433具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器，
2、AVR;
它的内置A/D转换的精确度较低，同时在编程及调试方面比较复杂考虑到客观条件因素，放弃使用此方案。
3、逐次渐进型A/D转换器具有转换速度快，功耗低准确度高等特点。
在低分辨率时价格便宜。
但高于12位时价格很高，逐次渐进型A/D转换器的转换时间取决于位数，与输入信号无关，但抗干扰能力差。
综上采用mc14433方案
第二章单元电路设计与分析
2.1、器件
三位半A/D转换器（MC14433）：
将输入的模拟信号转换成数字信号。
基准电压（MC1403）：
提供精密电压，供A/D转换器做参考电压。
译码器（MC4511）：
将二—十进制（BCD）码转换成七段信号。
驱动器（MC1413）：
驱动显示器的a，b，c，d，e，f，g七个发光段，驱动发光数码管（LED）进行显示。
七段显示器：
将译码输出的七段信号进行数字显示，读出A/D转换结果。
七段锁存-译码-驱动器CD4511。
电阻、三极管、电容、导线等。
2.2单元电路
2.2.1.MC14433
MC14433是美国Motorola公司推出的单片31/2位A/D转换器，其中集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路。
具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器，其主要功能特性如下：
1.精度：
读数的±
0.05%±
1字
2.模拟电压输入量程：
1.999V和199.9mV两档
3.转换速率：
2-25次/s
4.输入阻抗：
大于1000MΩ
5.输入阻抗：
6.功耗：
8mW（±
5V电源电压时，典型值）
7.功耗：
5V电源电压时，典型值）
MC14433最主要的用途是数字电压表，数字温度计等各类数字化仪表及计算机数据采集系统的A/D转换接口。
（1）引脚功能说明：
VAG（1脚）：
被测电压VX和基准电压VR的参考地。
VREF（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，R1＝470KΩ；
CO1（7脚）、CO2（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）、CP0（11脚）：
时钟振荡外接电阻端，典型值为470KΩ。
CP1~CP0端外接电阻R9＝330kΩ，采样速率约为4次／s。
VEE（12脚）：
电路的电源负端，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。
OR（15脚）：
过量程标志输出端，当｜VX｜＞VR时，OR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。
（2）工作原理：
三位半数字电压表通过位选信号DS1~DS4进行动态扫描显示，由MC14433电路的A/D转换结果采用BCD码多路调制方法输出，通过译码器译码，将转换结果以数字方式实现四位数字的LED发光数码管动态扫描显示。
DS1~DS4输出多路调制脉冲信号。
DS选通脉冲高电平，则表示对应的数位被选通，此时该数据在Q0~Q3端输出。
每个DS选通脉冲高电平宽度为18个时钟脉冲周期。
两个相邻选通脉冲之间间隔2个时钟脉冲周期。
DS和EOC的时序关系是在EOC脉冲结束后，紧接着是DS1输出正脉冲。
以下依次为DS2、DS3和DS4。
其中DS1对应最高位，DS4则对应最低位。
在对应DS2、DS3和DS4选通期间，Q0~Q3输出BCD码全位数据，即以8421码方式输出对应的数字0~9。
在DS1选通期间，Q0~Q3输出千位的半位数。
或1及过量程、欠量程和极性标志信号。
过量程是当输入电压Vx超过量程范围时，输出过量程标志信号/OR。
当Q3=0，Q0=1时，表示Vx处于过量程状态。
当Q3=1，Q0=1时，表示Vx属于欠量程状态。
当OR=0时，|Vx|>
1999，则溢出；
|Vx|>
Vr，则OR输出低电平。
当OR=1时，表示|Vx|<
Vr。
正常时OR输出高电平，表示被测量在量程内。
2.2.2七段锁存-译码-驱动器CD4511
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：
利用内部设置的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的范围为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，引脚分配见右图，真值表参见下图。
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。
输入
输出
LE
BI’
LT’
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示字形
X
1
8
消隐
2
3
4
5
6
7
9
锁存
2.2.3．七路达林顿驱动器阵列MC1413
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．该电路内含有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。
本电路采用三极管代替七路达林顿驱动器阵列MC1413。
2.2.4．高精度低漂移能隙基准电源MC1403
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输入电压范围大，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以内；
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。
MC1403用8条引线双列直插标准封装，如右图所示。
2.2.5．量程选择电路
如左图中四个电阻串联分压设计，总电阻值为10MΩ，当开关S1闭合时，为最小量程2V；
当开关S2闭合时，衰减10倍，其量程为20V；
当开关S3闭合时，衰减100倍，其量程为200V；
当开关S3闭合时，衰减100倍，其量程为200V。
通过电阻对不通电压进行不同的分压，从而得到固定范围内的相对较小的电压输入至MC14433进行模数转换，输出至数字显示器上。
2.2.6.单相桥式整流滤波电路
电路为单向桥式整流电路，适用于大电压的整流。
电路TR为电流变压器，它的作用是将交流电网电压V1变成整流电路要求的电压V2=Sinwt，四支整流二极管D1~D4接成电桥的形式。
第三章电路的安装与调试介绍
3.1、数码显示部分的组装与调试；
（1）实际实验中采用4个8段数码管，将千位数码管bc并联作为千位1，g作为符号显示。
Mc1413用NPN三极管与电阻搭接的反相器替代。
（2）先将4个数码管插入试验箱IC座，插好芯片MC4511与三极管反相器，将输入端与逻辑电平试验箱相连。
（3）调节实验箱逻辑电平高低检查译码显示是否正常。
如果所有4位数码管显示正常，则说明显示部分工作正常。
3.2电路连接及测试
（1）插好芯片MC14433，接电路全图接好全部线路。
（2）将输入端接地，接通电源，此时显示器将显示000，如果不是，应检测电源正负电压。
用示波器测量DS1～DS4，Q0～Q3的波形，判别MC14433是否工作。
（3）用电阻、电位器构成一个简单的输入电压调节电路，调节电位器，4位数码将相应变化，然后进入下一步精调。
（4）用实验台数字电压表测量输入电压，调节电位器，使输入电压为1.000V，这时被调电路的电压指示值不一定显示“1.000”，应调整基准电压源，使指示值与标准电压表误差个位数在5之内。
（5）改变输入电压，使其为－1.000V，检查“－”是否显示。
（6）在+1.999V～0～－1.999V量程内再一次仔细调整（调基准电源电压）使全部量程内的误差均不超过个位数在5之内。
第四章结束语
通过为期两个星期的课程设计，我受益匪浅。
当老师布置好任务并让我们独立完成时，我认为这是一个不可能完成的任务。
我对这个实验毫无头绪，甚至对一些元器件都不了解，不知道要去做什么。
但通过查询资料和老师的帮助，我对这些元器件有了一定的认识。
了解了三位半数字万用表的工作原理和电路，并通过查询资料完成了三个方案的设计。
最终通过实验，实现并完成了设计。
这次课程设计让我认识到了自己的很多不足，我们不仅要通过课本学习知识，还要学习课本之外的知识，学习掌握各种技能和知识。
学会了如何分析问题、解决问题。
比如上网查询资料和对word的使用和熟悉。
学无止境，我们要无止境的学习，对学过的知识加强认识，才能更熟练的运用。
加强理论与实践的结合，才能更好的运用知识，增加自己的动手能力。
多对自己学习的知识进行总结和积累，不断提高自己的知识水平和能力。
这次课程设计让我深深地体会到了我的不足之处和应该努力的方向。
知道了我应该做什么和应该怎么做。
附录一
序号
名称
型号
参数
数量
备注
三位半A/D转换器
MC14433
基准电压
MC1403
译码器
MC4511
驱动器
MC1413
七段显示器
将译码输出的七段信号进行数字显示，读出A/D转换结果
七段锁存-译码-驱动器
CD4511
555
电阻
1Ω
90Ω
100Ω
10
900Ω
9k
2k
10k
900k
90k
1k
1.2k
2.2k
2.7k
47k
22k
100k
220k
470k
1m
2M
750
二极管
电容
0.1μv
47μ
100μ
104μ
单刀开关
三极管
滑动变阻器
200
参考文献
（1）阎石.数字电子技术基础,第三版.北京:
高等教育出版社,1998,347-351
（2）电子电路设计与实践山东：
山东科学技术出版社，2001
（3）康华光主编.电子技术基础数字部分,第四版.北京.高等教育出版社,1998.371-377
（4）施金鸿.电子技术基础实验与实验教程.北京航空航天大学出版社，2007.132-197
（5）吴政江.电子测量仪器及其应用.武汉理工大学出版社，2003.66-95
（6）谢自美.电子线路设计、实验、测试,第二版.武汉.华中科技大学出版社,2000.51-56
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