三位半数字万用表电路专业课程设计.docx

1、三位半数字万用表电路专业课程设计三位半数字万用表电路专业课程设计 河北建筑工程学院课程设计报告书课程名称： 电子技术综合课程设计 学 院： 电气工程学院 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 年 月 日一、课程设计的目的. 2二、设计要求及技术指标.2三、设计方案及原理.2 四、测试部分电路设计 . 3（1）数字电压表原理框图 3电压衰减电路 3单相桥式整流滤波电路 4基准电压模块 53 1/2位A/D电路模块 5字形译码驱动电路模块 6显示电路模块 6（2）实验电路工作过程及芯片简介 7 工作过程 7三位半AD转换器MC14433 8七段锁存-译码-驱动器MC451

2、1 8七路达林顿驱动器阵列MC1413 9高精度低漂移能隙基准电源MC1403 9五、总电路图及电路分析.9六、元器件清单. .10七、组装、调试内容.11八、设计心得和体会.11九、 参考文献.12十、电路搭建完成的照片.13 第一章 课程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

3、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；第二章 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3 1/2数字电压表，需采用中、小规模集成电路、MC14433 A/D转换器

4、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；2、测量交流电压1999-199V；3、三位半显示；4、总体设计；5、电阻、电容6、根据设计过程写出详细的课程设计报告；第三章 设计方案及原理 基于MC14433的数字电压表 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，再将待测直流电压Vx加到MC14433芯片的3脚，经MC14433完成A/D转换后，通过CD4511七段锁存/译码/驱动器送到LED显示，LED位选是由MC14433的DS4-

5、DS1经MC1413反向后提供，MC1403为MC144433提供基准电压。第四章 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, 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,： 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10M，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 单相桥式整流滤波电路电路图如下图： 单相桥式整流滤波

6、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D1D4接成电桥的形式。 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。 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 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）实验工作过程及芯片简介 数字显示电压

7、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、CD4511 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。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

8、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

9、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代表千位数的数字显示为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。当= 1时，表示|UX|UR 。平时OR输出为高电平，表示被测量在量程内。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。 在数字仪表中，MC14433电路是一个低

10、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

11、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

12、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。2七段锁存-译码-驱动器MC4511 MC4511 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

13、=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：LT(LAMP TEST)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。 BI (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

14、，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。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。实际试验中，我们将用五个三极管和若干电阻代替MC14433。4高

15、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： 温度系数小； 噪声小； 输入电压范围大，稳定性能好,当输入电压从+45V变化到+15V时，输出电压值变化量小于3mV；输出电压值准确度较高，y。 以内； 压差小，适用于低压电源； 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。第五章 总电路图及电路分析三位半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。

16、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。过程分析：电压衰减部分，通过分别连接S1、S2、S3、S4选择不同的量程，使输出的电压在不同的量程，从而扩大了万用表的总量程。若输入的为交流电，则需要通过单相桥式整流滤波电路使交流电变成整流电路要求的电压V2=Sinwt。获得的电压接MC14433的3脚。经MC14433使模拟信号转换成数字信号，由MC1403为MC14433提供参考电压，保证数据的合理性。数字信号经由MC4511译码器将二-十进制码转换成七段信号。信号输

17、入到驱动显示器的a,b,c,d,e,f,g七个发光段，驱动发光数码管LED将输入电压进行显示。整个过程完成。第六章 元器件清单元件名称型号个数A/D转换器MC144331七段译码器CD45111基准电源MC14031七路达林顿管MC14131双D触发器MC40131共阴极七段LED显像管-4100-101k-12 k-54 k-49k-110k划动变阻器-110k-447k-290k-1470k-2900k-10.1f-4二极管IN40014三极管-5单刀三掷开关-1单刀四掷开关-1开关-2第七章 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

18、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，然后调整10K电位器，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

19、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DS1DS4 ，Q0Q3 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，这时被调电路的电压指示值不一定显示“”，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，检查“”是否显示，并按(4)方法校准显示值。(6) 在+0（调基准电源电压）使全部量程内的误差均不超过个

20、位数在5之内。 至此一个测量范围在。4、 记录输入电压为，（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220V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。 第八章 心得体会两周的时间匆匆而过，两周的课程设计随着电路的搭建和报告的提交也画上了句号。从

21、对进行课程设计的好奇到亲自经历课程设计的过程中，心里波浪起伏。第一周的第一天，心里是满满的好奇，当老师把课程题目布置完以后，并把原理图讲清之后，发觉头脑中空无一物，不知从何下手。对元器件的不了解，对电路图不会分析，对工作原理理解的不熟悉，满满的恐惧感涌上心头。人不逼自己一下，就不会知道自己的潜力有多大。去图书馆查找资料，上网搜索，向老师请教，加快了我们认知的步伐，确定了实验方案，并开始了仿真的工作。我们先下载了Multisim和Protel两个软件，找了各种的资料却还是无法达到我们的预期的目的。电路搭建时，觉得只要按照原理图把元器件一个个的连起来就好，结果问题重重，自己的动手能力太差，到最后实

22、验结果不太理想但是数能显示出来，但是有点虚，可是线路太多，接触不良造成的，但是我们尽力啦。在这次课程设计过程中我深深的体会到，空有原理而没实践是不够的，更何况原理还没吃透。通过实践来把漏的知识填补起来，实践的过程要学会结合文献资料并思考，做这一步时要想到下一步，逐渐完善步骤，达到自己预想的结果。最后非常感谢吕英丽老师和张晔老师在方案调试中对我们的细心指导和帮助！第九章 参考文献1PROTEL电路设计教程，江思敏、姚鹏翼、胡荣等编著，清华大学出版社 2常用电子测量仪器的使用，英A .，谢瑞和、黄志良、谢自美、王观兰译电子工业出版社 1999 3数字电路与逻辑设计，刘斌（主编）汪良能、刘鑫、刘炜（编著），电子工业出版社 2001 4数字万用表的原理、使用与维修，沙占友、沙占为（编著）电子工 业出版社 1988 5 庚华光 电子技术基础 数字部分 6 梁德厚 数字电子技术及应用 机械工业出版社 7 周长源 电路理论基础 高等教育出版社8 谢自美 电子线路设计华中科技大学出版社第十章 电路搭建完成的照片仿真图