电子工艺.docx

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电子工艺

摘要：

一、设计目的：

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。

二、设计内容及要求：

1.设计数字电压表电路

2.测量范围：

直流电压0V~1.999V，0V~19.99V,0V~199.9,0V~1999V.

3.组装调试3

位数字电压表。

4.画出数字电压表电路原理图，写出总结报告。

5.选作内容：

自动切换量程。

电子工艺试验内容

一、系统设计

（1）设计方法

将电子系统大致分为五个模块，分别为基准电压模块；A/D转换模块；字形译码驱动模块；显示电路模块；字位驱动模块。

由上图可以清楚地看出，交流电流经过AC/DC转换成直流，经过电阻分压集稳压放大后进入双积分转换器MC14433测量，再通过MC4511译码器经过A/D转换器位选电路送到LED显示，完成电压测试。

（2）系统设计

该系统大致分为五个模块，分别为基准电压模块；A/D转换模块；字形译码驱动模块；显示电路模块；字位驱动模块。

由下图可以清楚地看出，交流电流经过AC/DC转换成直流，经过电阻分压集稳压放大后进入双积分转换器MC14433测量，再通过CD4511译码器经过A/D转换器位选电路送到LED显示，完成电压测试。

二、软件设计

1　软件平台：

无

2　程序流程图方框：

3　

实现功能：

实现数字电压表的功能，即把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示

三、单元电路设计与分析思路

该系统有下面几个器件构成：

三位半A/D转换器（MC14433），基准电压（MC1403），译码器（MC4511），驱动器（MC1413），显示器。

下面分别来对这些原件在系统中的功能与作用，特点，规格以及引脚图来介绍和解释这些元器件的用途和作用。

一、显示器

主要作用：

本次设计中有显示模块，CL5461AS显示最后电压的数字值.

特点：

八段数码显示器（多了一个小数点显示）为共阴极LED数码管

只要在A1～A4管脚上轮流加低电平其频率大于40Hz，可实现四个数码管同时被点亮的视觉效果。

在点亮不同数码管的同时输入不同的数据，即可在数码管上同时显示四位不同的数字。

二、译码器

主要作用：

驱动共阴极LED（数码管）显示器，将二—十进制（BCD）码转换成七段信号。

特点：

它由4位锁存器，7段译码电路和驱动器三布分组成。

1　4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。

规格：

电源电压VDD的范围为5V-15V

它可与NMOS电路或TTL兼容工作。

引脚介绍：

[1]pin4（BI）:

消隐输入控制端

当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。

[2]PIN3（LT）：

测试输入端

当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”它主要用来检测数码管是否损坏。

[3]PIN5（LE）:

锁定控制端当LE=0时，允许译码输出。

LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。

[4]PIN1,PIN2,PIN6,PIN7（依次序为B,C,D,A）:

8421BCD码输入端。

[5]PIN15，PIN14，PIN13，PIN12，PIN11，PIN10，PIN9（依次序为f,g,a,b,c,d,e）:

译码输出端，输出为高电平1有效。

[6]PIN16（VDD）:

正电源电压端

[7]PIN8（VSS）:

接5v电源地端MC4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作，且使用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。

三、MC1413

由七个硅NPN达林顿管组成。

MC1413的每一对达林顿管都串联一个2.7K的基极电阻，在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。

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。

主要作用：

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。

特点：

①高耐压，大电流，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。

②为反向驱动器，他的功能是用各种电路的后级驱动设备，对前级电路的影响小。

③该电路路内含有7个集电极开路反相器（也称OC0门）。

规格：

灌电流可以达到500mA

能够在关态时承受50V的电压

输出还可以在高负载电流并行运行MC1413由七个硅NPN达林顿管组成。

MC1413电路结构和引脚如图5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。

四、基准电压（MC1403）

主要作用：

提供精密电压，供A/D转换器做参考电压。

MC1403是高精度低漂移能隙基准电源，它的输出电压的温度系数为零，即输出电压与温度无关。

MC1403用8条引线双列直插标准封装。

特点：

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。

规格：

① 输出电压2.475V～2.525V（2.5V±1%）

②最小输入电压4.5V（4.5～15V）3mV

③负载调整率（0～10mA）1OmV

引脚介绍：

[1]Pin1:

电压输入

[2]pin2:

电压输出

[3]pin3；模拟地

[4]pin4,pin5,pin6,pin7,pin8:

引脚没有和芯片的内部电路连,是一空脚

五、三位半A/D转换器（MC14433） 

主要作用：

将输入的模拟信号转换成数字信号

特点：

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。

规格：

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：

大于1000MΩ

6　功耗：

8mW（±5V电源电压时，典型值）

7　功耗：

8mW（±5V电源电压时，典型值）

引脚介绍：

[1].Pin1（VAG）—模拟地，为高阻输入端，被测电压和基准电压的接入地。

[2].Pin2（VR）—基准电压，此引脚为外接基准电压的输入端。

MC14433只要一个正基准电压即可测量正、负极性的电压。

此外，VR端只要加上一个大于5个时钟周期的负脉冲（VR），就能够复为至转换周期的起始点。

[3].Pin3（Vx）—被测电压的输入端，MC14433属于双积分型A/D转换器，因而被测电压与基准电压有以下关系：

因此，满量程的Vx=VR。

当满量程选为1.999V，VR可取2.000V，而当满量程为199.9mV时，VR取200.0mV，在实际的应用电路中，根据需要，VR值可在200mV—2.000V之间选取。

[4].Pin4-Pin6（R1/C1，C1）—外接积分元件端。

次三个引脚外接积分电阻和电容，积分电容一般选0.1uF聚脂薄膜电容，如果需每秒转换4次，时钟频率选为66kHz，在2.000V满量程时，电阻R1约为470kΩ，而满量程为200mV时，R1取27kΩ。

[5].Pin7、Pin8（C01、C02）—外接失调补偿电容端，电容一般也选0.1uF聚脂薄膜电容即可。

[6].Pin9（DU）—更新显示控制端，此引脚用来控制转换结果的输出。

如果在积分器反向积分周期之前，DU端输入一个正跳变脉冲，该转换周期所得到的结果将被送入输出锁存器，经多路开关选择后输出。

否则继续输出上一个转换周期所测量的数据。

这个作用可用于保存测量数据，若不需要保存数据而是直接输出测量数据，将DU端与EOC引脚直接短接即可。

[7].Pin10、Pin11（CLK1、CLK0）—时钟外接元件端，MC14433内置了时钟振荡电路，对时钟频率要求不高的场合，可选择一个电阻即可设定时钟频率，时钟频率为66kHz时，外接电阻取300kΩ即可。

若需要较高的时钟频率稳定度，则需采用外接石英晶体或LC电路，参考附图。

[8].Pin12（VEE—负电源端。

VEE是整个电路的电压最低点，此引脚的电流约为0.8mA，驱动电流并不流经此引脚，故对提供此负电压的电源供给电流要求不高。

[9].Pin13（Vss）—数字电路的负电源引脚。

Vss工作电压范围为VDD-5V≥Vss≥VEE。

除CLK0外，所有输出端均以Vss为低电平基准。

[10].Pin14（EOC）—转换周期结束标志位。

每个转换周期结束时，EOC将输出一个正脉冲信号。

[11].Pin15（OR非）—过量程标志位，当|Vx|>VREF时，输出为低电平。

[12].Pin16、17、18、19（DS4、DS3、DS2、DS1）—多路选通脉冲输出端。

DS1、DS2、DS3和DS4分别对应千位、百位、十位、个位选通信号。

当某一位DS信号有效（高电平）时，所对应的数据从Q0、Q1、Q2和Q3输出，两个选通脉冲之间的间隔为2个时钟周期，以保证数据有充分的稳定时间。

[13].Pin20、21、22、23（Q0、Q1、Q2、Q3）—BCD码数据输出端。

该A/D转换器以BCD码的方式输出，通过多路开关分时选通输出个位、十位、百位和千位的BCD数据。

同时在DS1期间输出的千位BCD码还包含过量程、欠量程和极性标志信息，这些信息所代表的意义见下表。

[14].Pin24（VDD）—正电源电压端。

三、系统测试

所需设备:

1.万用表

2.5v与-5v电源

调试：

（1）插好芯片，接电路全图接好全部线路。

（2）用万用表检测是否有短路现象

（3）将输入端接地，接通+5V，－5V电源（先接好地线），此时显示器将显示“000”值，如果不是，应检测电源正负电压.

四、实验小结

对系统的评价：

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。

此系统有利有弊：

缺点:

工作速度低

优点:

1,精度较高，工作性能比较稳定，抗干扰能力比较强。

2，器件价格合适，采购方便，成本低，易实施。

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。

五、参考文献：

1．康华光《电子技术基础》模拟部分第五版高等教育出版社

2．阎石《电子技术基础》数字部分第五版高等教育出版社

3．高吉祥、易凡《电子技术基础实验与课程设计》第二版电子工业出版社

4．沙占友《新型数字电压表原理与应用》第一版机械工业出版社

5.刘午平刘建清《数字电子技术从入门到精髓》国防工业出版社

6.有部分电子元件资料来源于网络

六、附录：

1电子元件器明细：

1　MC14433

2　CD4511

3　MC1413

4　MC1403

5　CL5461AS

6　插座：

24DIP;16DIP*2;8DIP;12DIP

7　面包板1大1小

8　变阻器1K欧

9　电阻470K*2510欧*7几百欧*2

10　电容0.1微法*2（104）

11　焊锡丝

12　导线

2电路图图纸：

3.设计的程序清单