3位半数字电压表数电课设.docx
《3位半数字电压表数电课设.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3位半数字电压表数电课设.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
3位半数字电压表数电课设
课程设计报告书
课程名称：
学院：
专业：
班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
职称：
年月日
目录
第1章题目及设计目的
第2章设计要求及技术指标
第3章设计方案及原理
第4章方案比较及可行性分析
第5章测试部分电路设计
（1）数字电压表原理框图
电压衰减电路
单相桥式整流滤波电路
基准电压模块
31/2位A/D电路模块
字形译码驱动电路模块
显示电路模块
（2）实验电路各部分工作原理
三位半A／D转换器MC14433
七段锁存-译码-驱动器MC4511
七路达林顿驱动器阵列MC1413
高精度低漂移能隙基准电源MC1403
（3）总体电路分析
（4）电路优化
第6章元器件清单
第7章电路的安装与调试
第8章心得体会
第9章参考文献
《电子技术》综合课程设计
第1章设计目的
课程设计主要目的：
是通过电子技术的综合设计，熟悉一般电子电路综合设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体的设计方法。
通过设计也有助于复习、巩固以往的学习模电、数电内容，达到灵活应用的目的。
在设计完成以后，还要将设计的电路进行安装、调试以加强学生的动手能力。
在此过程中培养从事设计工作的整体观念。
课程设计应强调以能力培养为主，在独立完成设计任务同时应注意多方面能力的培养与提高，主要包括以下方面：
独立工作能力和创造力；
●综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力；
●查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；
●熟悉常用电子仪器操作使用和测试方法；
●工程绘图能力；
●写技术报告和编制技术资料的能力。
●培养同学之间合作与交流的能力；
●电路检测与故障排查能力；
第2章设计要求及技术指标
具体要求：
1、利用所学知识，通过上网或到图书馆查阅资料，设计三个实现数字万用表的方案；只要求写出实现原理，画出原理功能框图，描述其功能。
说明：
采用原理、方案不限，也可以自行设计。
2、其中对将要实验方案31/2数字电压表，需采用中、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。
技术指标：
1、测量直流电压1999-1V；199.9-0.1V；19.99-0.01V；1.999-0.001V；
2、测量交流电压1999-199V；
3、三位半显示；
4、比较设计方案与总体设计；
5、根据设计过程写出详细的课程设计报告；
第3章设计方案及原理
3.1方案一基于MC14433的数字电压表
方案一框图如下：
方案一基于MC14433的数字电压表
此方案是对电压量进行测试并显示的数字电路。
对于交流可以采用桥式整流，通过电阻分压，再用放大器放大，把平均值转换为有效值，最后输送给双积分型A/D转换器MC14433Vx测试输入端。
再通过CD4511七段锁存/译码器送到LED显示，完成电压的测试。
MC14433基准电压VREF可由恒压源提供,芯片本身有两个量程2V、200mA此时对应电阻为470KΩ、27KΩ。
3.2方案二CC7107数字电压表
方案二原理框图如下：
方案二CC7107数字电压表
该方案把直流电压和交流电压转换电路直接同芯片CC7107连接组成，CC7107是CMOS31/2位单片双积分式A/D转换器，它有极大的优点，它将模拟部分的如缓冲器、积分器、电压比较器、正负电压参考源和模拟开关，以及数字部分如振荡器、计数器、锁存器、译码器、驱动器、和控制器、逻辑电路全部集成在一个芯片上。
使用时只需接少量的电阻、电容和显示器件，就可以完成模拟量到数字量的转换。
第4章方案比较及可行性分析
方案一主要采用MC14433、CD4511作为显示部分，而且外围器件比较简单，只需电阻和电容即可。
另外MC14433的抗干扰能力较强，需只在输入端增加一级RC高频滤波器，由R1、R2、C构成T型滤波器，有两个作用：
消除外界噪声干扰，提高仪表的信噪比；通过R1、R2起到限流作用，防止因输入信号电流过大而损坏芯片。
MC14433本身功耗就很低，而且采用动态扫描每一刻只有一个数码管在亮这又省四分之一的电。
采用本电路接线简单原理易明白，只需按原理把硬件电路接好就可以实现数字万用表的功能，无需软件上的编程，技术上易懂，即使是非专业人员也可以进行安装、调试、检修，而且器件价格合适，采购方便，为专业制作万用表的芯片。
成本低，推广起来易实施。
方案二主要采用CC7107，本芯片简单易实施，而且集A/D转换器、译码器、锁存器于一身，只需把个接线接到对应的接口就可以实现数字的显示，不过它采用全程扫描不是很省电。
并且本芯片可以组成数字称、狮子温度计、数字压力计、数字式水平仪等具有体积小、重量轻等数字仪表上。
另外CC7107配有专门的小数点驱动信号，也可以显示负号、工作电压过低等信号。
采用本方案接线简单，但所需接线3数量较多，因为它是对数码管的每一根脚进行控制，不过本芯片价格稍贵点，但只需一个芯片。
MC14433与CC7107的区别比较见下表：
项目
MC14433
CC7107
转换速率
3~10次/s
0.1~15次/s
输入阻抗
1000M
10000M
基准电压
200．0V（200mV量程）
100．0V（100mV量程）
2．000V（2V量程）
1．000V（1V量程）
封装形式
DIP-24
DIP-40
电源电压
双电源供电，电源电压范围是+4.5V~+8V。
一般取典型值+5V
单电源供电，电源电压范围是7~15V，典型值为9V
显示器
共阴极LED显示器
LCD显示器
显示方式
动态扫描方式，驱动线少
静态显示，驱动线多
显示特点
亮度高，亮暗对比度大，显示清晰，色彩绚丽，寿命长，功耗高
亮度低，亮暗对比度小，寿命短，微功耗
输出功能
具有BCD码输出，可配计算机进行数据处理，自动控制自动打印结果
无BCD码输出，不能配计算机或打印机
外围电路
需配基准电源，短译码驱动器和位驱动器，电路较复杂
外围电路简单，只需5个电阻和5个电容
经过方案比较之后，我们决定采用方案一。
第5章测试部分电路设计
（1）数字电压表原理框图如下
由数字电压表原理框图可知,数字电压表由六个模块构成,分别是整流电路模块，基准电压模块,31/2位A/D电路模块,字形译码驱动电路模块,显示电路模块,字位驱动电路模块.现简介各个结构如下：
5.1电压衰减电路
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。
量程转换电路图
5.2单相桥式整流滤波电路
电路图如下图：
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。
5.3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。
5.431/2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。
5.5字形译码驱动电路模块
5.6显示电路模块
这个模块由LG5641AH构成,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）实验电路各部分工作原理：
数字显示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（如图1所示）可采用MC14433—三位半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。
本系统是三位半数字电压表,三位半是指十进制数0000～1999。
所谓3位是指个位、十位、百位，其数字范围均为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。
各部分的功能如下：
三位半A/D转换器（MC14433）：
将输入的模拟信号转换成数字信号。
基准电源（MC1403）：
提供精密电压，供A/D转换器作参考电压。
译码器（CD4511）：
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。
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。
工作过程如下：
1、三位半A/D转换器MC14433
三位半数字电压表通过位选信号DS1～DS4进行动态扫描显示，DS选通脉冲为高电平时表示对应的数位被选通，此时该位数据在Q0～Q3端输出。
其中DS1对应最高位（MSD），DS4则对应最低位（LSD）。
在对应DS2，DS3和DS4选通期间，Q0～Q3输出BCD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0或l及过量程、欠量程和极性标志信号。
在位选信号DS1选通期间，Q3表示千位数，Q3=0代表千位数的数字显示为1，Q3=1代表千位数的数字显示为0。
小数点显示是由正电源通过限流电阻RDP供电点亮小数点。
若量程不同则选通对应的小数点。
2、译码器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。
CD4511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。
3．七路达林顿驱动器阵列MC1413
MC1413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。
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。
5、电流、电阻转换电路
（3）总体电路分析：
输入变量若为电压，选择直流、交流档位，若为电流、电阻分别选择适合的转换电路。
交流需要整流、稳压，最后结果作为MC14433的3脚输入，经过MC14433，输出一部分到CD4511译码器，另一部分接到MC1413进行反相，驱动共阴极数码管。
由CD4511出来的线作为数码管a-g的输入，由16脚出来接小数点选择的开关进行（4）电路优化：
此方案中MC14433的自动进位没有得到充分利用。
运用下图连接方法可以将设计电路改为自动进位装置。
MC14433有超量程信号OR输出端，可直接用来控制双向移位寄存器CC40194的移位方向。
其移位脉冲CP则由CC14433的EOC、DS1、DS2、Q0组合而成。
自动量程转换电路如图，当被测信号超过当前量程时，超量程信号OR=1，并且MC14433在位选通信号DS1的选通期内输出端Q0=1，形成一个位移脉冲送到移位寄存器，使之产生一次位移。
由于此时控制端S1=0，S0=1，使CC40194向右移位（升量程）。
欠量程时，MC14433的OR=0，Q0=1，而此时S1=1，S0=0，使CC40194向左位移（降量程）。
移位寄存器的输出经异或门CC4070译码后得到量程控制信号A、B、C、D、E，用以控制量程切换电路，同时切换显示器上小数点的位置。
若被测信号在当前量程，则MC14433的Q0=0，电路不产生位移。
图1数字电压表结构图
-10-
第6章元器件清单
元件名称
型号
个数
A/D转换器
MC14433
1
七段译码器
CD4511
1
基准电源
MC1403
1
七路达林顿管
MC1413
1
共阴极七段LED显像管
-
4
100Ω
-
10
1kΩ
-
1
2kΩ
-
5
4kΩ
-
4
9kΩ
-
1
10kΩ
-
4
47kΩ
-
2
90kΩ
-
1
470kΩ
-
2
900kΩ
-
1
0.1μf
-
4
第7章电路的安装与调试
1、数码显示部分的组装与调试；
（1）将4只数码管插入7号板，将4个数码管同名笔划段与显示译码的相应输出端连在一起，其中最高位只要将b、c、g三笔划段接入电路，按图接好连线，但暂不插所有的芯片，待用。
（2）插好芯片CD4511，并将CD4511的输入端A、B、C、D接至拨码开关对应的A、B、C、D四个插口处。
（3）将CD4511接好，并将由三极管代替MC1413的驱动电路接好。
（4）检查译码显示是否正常。
如果所有4位数码管显示正常，则去掉数字译码显示部分的电源，备用。
2、标准电压源的连接和调整；
插上MC1403基准电源，用标准数字电压表检查输出是否为2.5V，然后调整10KΩ电位器，使其输出电压为2.00V，调整结束后去掉电源线，供总装时备用。
3、总装总调；
（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+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。
用示波器测量、观察DS1～DS4，Q0～Q3波形，判别故障所在。
（3）用电阻、电位器构成一个简单的输入电压VX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）用标准数字电压表（或用数字万用表代）测量输入电压，调节电位器，使VX＝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VX极性，使Vi＝－1.000V，检查“－”是否显示，并按（4）方法校准显示值。
（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。
至此一个测量范围在±1.999的三位半数字直流电压表调试成功。
4、记录输入电压为±1.999，±1.500，±1.000，±0.500，0.000时（标准数字电压表的读数）被调数字电压表的显示值，列表记录之。
5、连接好量程选择电路，用电压表测试经过衰减后的电压的比例关系是否为1000：
100：
10：
1，经过电压跟随器后，连接到MC14433的输入端。
拨动量程开关到20V，输入电压为2~20V时，观察输出电压的数值。
6、连接好AC-DC转换电路，设置一个交流/直流选择档，如果输入的是交流，则必须通过AC-DC转换电路，将交流电压的有效值转换为直流电压，这样才能通过MC14433进行A/D转换。
第8章心得体会
为期两周的课程审计虽然已经结束，但是我的感触还是很深的。
当老师把课程题目布置完以后，原来对于这个实验知之甚少，甚至对于有些元器件都不太了解，但经过两周的查找资料终于对这些个器件有所了解。
通过查找资料我们去分析了31/2数字电压表的主电路和工作电路，通过对两个方案的比较和理论测试，最终确立了使用第一个方案。
下载了Multisim和Protel软件，在网上查找各种使用教程，不算完美地画出来了一份实验原理图。
把实验的大致过程都看了一遍，觉得没啥大问题了，可是当真正动手操作时，却发现原本想的很好但动手能力太差，以至于操作的时候出现一个个低级但又不改出现的错误。
实验中实现了电压表的阔量程，实验结果虽然现实出来了，但是由于接触不好，显示不尽完美。
在这次课程设计中我深深认识到，只有把老师讲的重要点都吃透才能做起事来方便，而一知半解并不能使我们对这个实验有很大把握。
同时也要学会思考，不要老实讲啥就记什么，还要敢于弄清为什么？
什么工作原理？
和实际操作过程中会出现哪些不必要的错误？
还要多看看资料，结合参考书把问题想明白，才能动手操作时不慌不乱。
对芯片的透彻了解才能分析出来实验不成功的原因。
最后非常感谢张老师和吕老师在方案调试中对我们的细心指导和帮助！
第9章参考文献
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.罗杰、谢自美《电子线路设计·实验·测试》电子工业出版社
7.冯继青、班善军、魏鹏《电工电子仿真实验与实训》河北大学出版社
升级会员 