三位半数字电压表电路的设计文档格式.docx

1、 2011-6-13至2011-6-26 目 录一、题目及设计目的 - 1 -二、设计要求 - 1 -三、方案设计与论证 - 1 -（1）、主控芯片 - 1 -（2）显示部分 - 1 -四 、设计原理及电路图 - 2 -（1）数字电压表原理框图如下： - 2 -量程转换模块 - 3 -基准电压模块 - 3 - 3 1/2位A/D电路模块 - 4 -字形译码驱动电路模块 - 4 -显示电路模块 - 5 -（2）实验芯片简介： - 5 -三位半AD转换器MC14433 - 6 -七段锁存-译码-驱动器CD4511（如图二） - 9 -七路达林顿驱动器阵列MC1413 （如图三） - 10 -高精度

2、低漂移能隙基准电源MC1403 （如图四） - 11 -（3）实验电路图： - 12 -五、元器件清单 - 13 -六、参数计算 - 13 -七、结论与心得 - 14 -参考文献 - 15 -数字电压表电路设计报告一、题目及设计目的1、题目：3 1/2位数字电压表2、设计目的：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，同时复习、巩固以往的模电、数电内容。二、设计要求1、利用所学过知识，通过上网或到图书馆查阅资料，设计出3个实现数字电压表哦那功能的方案；要求写出实现工作原理，画出电原理功能图，描述其功能。2、对将要进行实验的方案，须采用中、

3、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。3、技术指标：测量直流电压 1999-1V；199.9-0.1V；19.99-0.01V；1.999-0.001V；测量交流电压 1999-199V。三、方案设计与论证（1）、主控芯片 方案1：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。 方案2：选用专用电压转化芯片INC7107实现电压的测量和控制。它包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱

4、动LED数码管。用四位数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是精度比较低，且内部电压转换和控制部分不可控制。优点是价格低廉。 方案3：选用单片机AT89S52和A/D转换芯片ADC0809实现电压的转换和控制，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是价格稍贵；优点是转换精度高，且转换的过程和控制、显示部分可以控制。 基于课程设计的要求，以及元器件现有状况，选择方案一进行试验。 （2）显示部分 方案1：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。选用点阵显示器。优点是能显示文字和数字；缺点是其内部结构较为复杂，不易连接。选用液晶显示器。优点是能显示大量的文字、

5、数字和图形，而且清晰化程度高；缺点是成本高。 基于实验室元器件的现有提供情况，选用了方案一。四 、设计原理及电路图方案1的原理框图如图a所示；方案2的原理框图如图b所示；方案3的原理框图如图c所示。图a图b图c选用方案一，由数字电压表原理框图可知,数字电压表由五个模块构成,分别是基准电压模块, 3 1/2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.各个模块设计如下:量程转换模块输出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900K，90K，9K和1K。用无触点模拟开关实现量程的切换。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

6、/D 转换器作参考电压. 3 1/2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。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。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。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、C

7、D4511 BCD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00001999。所谓3位是指个位、十位、百位，其数字范围均为09，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（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

8、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：三位半数字电压表通过位选信号DS1DS4进行动态扫描显示，由于MC14433电路的A/D转换结果是采用BCD码多路调制方法输出，只要配上一块译码器，就可以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。DS1DS4输出多路调制选通脉冲信号。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Q0Q3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

9、为DS2，DS3和DS4。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，Q0Q3输出BCD全位数据，即以8421码方式输出对应的数字09在DS1选通期间，Q0Q3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Q0Q3的输出内容如下：Q3表示千位数，Q3=0代表千位数的数宇显示为1，Q3=1代表千位数的数字显示为0。Q2表示被测电压的极性，Q2的电平为1，表示极性为正，即UX0；Q2的电平为0，表示极性为负，即UX1999，则溢出。|UX|UR则输出低电平。= 1时，表示|UX|UR 。平时OR输出为高电平，表

10、示被测量在量程内。MC14433的端与MC4511的消隐端直接相连，当UX超出量程范围时，输出低电平，即= 0 = 0 ，MC4511译码器输出全0，使发光数码管显示数字熄灭，而负号和小数点依然发亮。三位半AD转换器MC14433在数字仪表中，MC14433电路是一个低功耗三位半双积分式A/D转换器。和其它典型的双积分A/D转换器类似，MC14433A/D转换器由积分器、比较器、计数器和控制电路组成。如果必要设计应用者可参考相关参考书。使用MC14433时只要外接两个电阻（分别是片内RC 振荡器外接电阻和积分电阻RI）和两个电容（分别是积分电容CI和自动调零补偿电容C0）就能执行三位半的A/D

11、转换。 MC14433内部模拟电路实现了如下功能：（1）提高A/D 转换器的输入阻抗，使输入阻抗可达l00M以上；（2）和外接的RI、CI构成一个积分放大器，完成V/T 转换即电压时间的转换；（3）构造了电压比较器，完成“0”电平检出，将输入电压与零电压进行比较，根据两者的差值决定极性输出是“1”还是“0”。比较器的输出用作内部数字控制电路的一个判别信号；（4）与外接电容器C0构成自动调零电路。除“模拟电路”以外，MC14433 内部含有四位十进制计数器，对反积分时间进行3位半BCD码计数（01999），并锁存于三位半十进制代码数据寄存器，在控制逻辑和实时取数信号（DU）作用下，实现A/D转换

12、结果的锁定和存储。借助于多路选择开关，从高位到低位逐位输出BCD码Q0Q3，并输出相应位的多路选通脉冲标志信号DS1DS4实现三位半数码的扫描方式（多路调制方式）输出。MC14433内部的控制逻辑是A/D 转换的指挥中心，它统一控制各部分电路的工作。根据比较器的输出极性接通电子模拟开关，完成A/D转换各个阶段的开关转换，产生定时转换信号以及过量程等功能标志信号。在对基准电压VREF 进行积分时，控制逻辑令4位计数器开始计数，完成A/D 转换。MC14433内部具有时钟发生器，它通过外接电阻构成的反馈，井利用内部电容形成振荡，产生节拍时钟脉冲，使电路统一动作，这是一种施密特触发式正反馈RC 多谐

13、振荡器，一般外接电阻为360k时，振荡频率为100kHz；当外接电阻为470k时，振荡频率则为66kHz，当外接电阻为750k时，振荡频率为50kHz。若采用外时钟频率。则不要外接电阻，时钟频率信号从CPI（10脚）端输入，时钟脉冲CP 信号可从CPO（原文资料为CLKO）（11脚）处获得。MC14433内部可实现极性检测，用于显示输入电压UX 的正负极性；而它的过载指示（溢出）的功能是当输入电压Vx 超出量程范围时，输出过量程标志OR（低有效）。MC14433是双斜率双积分A/D 转换器，采用电压时间间隔（V/T）方式，通过先后对被测模拟量电压UX和基准电压VREF 的两次积分，将输入的被测电压转换成与其平均值成正比的时间间隔，用计数器测出这个时间间隔对应的脉冲数目，即可得到被测电压的数字值。双积分过程可以做如下概要理解：首先对被测电压UX 进行固定时间T1、固定斜率的积分，其中T1=4000Tcp。显然，不同的输入电压积分的结果不同（不妨理解为输出曲线的高度不同）。然后再以固定电压VREF 以及由RI,CI所决定的积分常数按照固定斜率反向积分直至积分器输出归零，显然对于上述一次积分过程形成的不同电压而言，这一次的积分时间必然不同。于是对第二次积分过程历经的时间用时钟脉冲计数，则该数N就是被测电