基于MC14433的數(shù)字電壓表

1、河北建筑工程學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計報告設(shè)計題目： 三位半數(shù)字電壓表電路的設(shè)計 院（系）:_河北建筑工程學(xué)院電氣系 _ 專業(yè)班級:_電子 班_學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 指導(dǎo)老師： _ _設(shè)計地點（單位）:河北建筑工程學(xué)院電氣實驗室 設(shè)計時間: 2011年6月6日-2011年6月19日數(shù)字電壓表設(shè)計報告一、設(shè)計目的通過電子技術(shù)的綜合設(shè)計，熟悉一般電子電路綜合設(shè)計過程、設(shè)計要求、應(yīng)完成的工作內(nèi)容和具體的設(shè)計方法。通過設(shè)計有助于復(fù)習(xí)、鞏固以往的學(xué)習(xí)內(nèi)容，達(dá)到靈活應(yīng)用的目的。設(shè)計完成后在實驗室進(jìn)行自行安裝、調(diào)試，從而加強學(xué)生的動手能力。在該過程中培養(yǎng)從事設(shè)計工作的整體概念。二、設(shè)計要求1、利用所學(xué)的知識，通過

2、上網(wǎng)或到圖書館查閱資料，設(shè)計三個實現(xiàn)數(shù)字萬用表的方案；只要求寫出實驗原理，畫出原理功能框圖，描述其功能。2、其中對將要實驗方案3 1/2數(shù)字電壓表，需采用中、小規(guī)模集成電路、MC14433 A/D轉(zhuǎn)換器等電路進(jìn)行設(shè)計，寫出已確定方案詳細(xì)工作原理，計算出參數(shù)。3、技術(shù)指標(biāo)：、測量直流電壓1999-1V；199.9-0.1V；19.99-0.01V；1.999-0.001V；、測量交流電壓1999-199V；、三位半顯示；、比較設(shè)計方案與總體設(shè)計；、根據(jù)設(shè)計過程寫出詳細(xì)的課程設(shè)計報告；三、設(shè)計方案及原理方案一、基于MC14433的數(shù)字電壓表方案一基于MC14433的數(shù)字電壓表方案一：該方案大致分為

3、五個模塊，分別為基準(zhǔn)電壓模塊；A/D轉(zhuǎn)換模塊；字形譯碼驅(qū)動模塊；顯示電路模塊；字位驅(qū)動模塊。由上圖可以清楚地看出，交流電流經(jīng)過AC/DC轉(zhuǎn)換成直流，經(jīng)過電阻分壓集穩(wěn)壓放大后進(jìn)入雙積分轉(zhuǎn)換器MC14433測量，再通過CD4511譯碼器經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器位選電路送到LED顯示，完成電壓測試。方案二、基于INC 7107數(shù)字電壓表方案二，基于INC 7107數(shù)字電壓表方案二：該方案將直流電壓和交流電壓轉(zhuǎn)換電路直接同芯片INC7107連接組成，INC7107將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)顯示在LED顯示數(shù)碼管上。INC7017為CMOS3 1/2為單片雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，集模擬部分的緩沖器、積分器、電壓比較器、正負(fù)電

4、壓參考源和模擬開關(guān)，以及數(shù)字部分的振蕩器、計數(shù)器、鎖存器、譯碼器、驅(qū)動器、控制器和邏輯電路于一身的芯片。使用時只需少量電阻、電容等器件即可完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。方案三、基于AT89C52的數(shù)字電壓表方案三、基于AT89C52的數(shù)字電壓表方案三：該方案采用12M晶振產(chǎn)生脈沖做AT89C52的內(nèi)部時鐘信號，通過軟件設(shè)置單片機的內(nèi)部定時器T0產(chǎn)生中斷信號。利用中斷設(shè)置單片機的P2.4口取反產(chǎn)生脈沖做AT89C52的時鐘信號。單片機軟件設(shè)置ADC0808開始A/D轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存到片內(nèi)RAM。系統(tǒng)調(diào)出顯示子程序，將保存結(jié)果轉(zhuǎn)化為0.005.00V分別保存在片內(nèi)RAM；系統(tǒng)調(diào)出顯示子程序，將轉(zhuǎn)化后

5、數(shù)據(jù)查表，輸出到LED顯示電路，將相應(yīng)電壓顯示出來，程序進(jìn)入下一個循環(huán)。方案比較：方案一：選用A/D轉(zhuǎn)換芯片MC14433、CD4511、MC1413、MC1403實現(xiàn)電壓的測量，用四位數(shù)碼管顯示出最后的轉(zhuǎn)換電壓結(jié)果。缺點是工作速度低，優(yōu)點是精度較高，工作性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力比較強。器件價格合適，采購方便，成本低，易實施。方案二：選用專用電壓轉(zhuǎn)化芯片INC7107實現(xiàn)電壓的測量和控制。它包含3 1/2位數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動LED數(shù)碼管。用四位數(shù)碼管顯示出最后的轉(zhuǎn)換電壓結(jié)果。缺點是精度比較低，且內(nèi)部電壓轉(zhuǎn)換和控制部分不可控制。優(yōu)點是價格低廉。方案三：選用單片機AT89S52和A/D轉(zhuǎn)

6、換芯片ADC0809實現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換和控制，用四位數(shù)碼管顯示出最后的轉(zhuǎn)換電壓結(jié)果。缺點是價格稍貴；優(yōu)點是轉(zhuǎn)換精度高，且轉(zhuǎn)換的過程和控制、顯示部分可以控制。綜合比較三個方案，方案一結(jié)構(gòu)簡單，易實施，價格合適且工作精度高，比較穩(wěn)定，抗干擾能力強；而方案二雖然價格低廉，但是精度較低；方案三價格稍貴且不易操作。綜合比較我們選擇了方案一。四、/位數(shù)字電壓表部件構(gòu)成： 三位半A/D轉(zhuǎn)換器(MC14433)：將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 基準(zhǔn)電壓（MC1403）：提供精密電壓，供A/D轉(zhuǎn)換器做參考電壓。 譯碼器（MC4511）：將二十進(jìn)制（BCD）碼轉(zhuǎn)換成七段信號。 驅(qū)動器（MC1413）：驅(qū)動顯示器的a

7、，b，c，d，e，f，g七個發(fā)光段，驅(qū)動發(fā)光數(shù)碼管（LED）進(jìn)行顯示。 顯示器：將譯碼輸出的七段信號進(jìn)行數(shù)字顯示，讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。工作過程： 三位半數(shù)字電壓表通過位選信號DS1DS4進(jìn)行動態(tài)掃描顯示，由于MC14433電路的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果是采用BCD碼多路調(diào)制方法輸出，只要配上一塊譯碼器，就可以將轉(zhuǎn)換結(jié)果以數(shù)字方式實現(xiàn)四位數(shù)字的LED發(fā)光數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示。DS1DS4輸出多路調(diào)制選通脈沖信號。DS選通脈沖為高電平時表示對應(yīng)的數(shù)位被選通，此時該位數(shù)據(jù)在Q0Q3端輸出。每個DS選通脈沖高電平寬度為18個時鐘脈沖周期，兩個相鄰選通脈沖之間間隔2個時鐘脈沖周期。DS和EOC的時序關(guān)系是在EOC 脈

8、沖結(jié)束后，緊接著是DS1輸出正脈沖。以下依次為DS2，DS3和DS4。其中DS1對應(yīng)最高位(MSD)，DS4則對應(yīng)最低位(LSD)。在對應(yīng)DS2，DS3和DS4選通期間，Q0Q3輸出BCD全位數(shù)據(jù)，即以8421碼方式輸出對應(yīng)的數(shù)字09在DS1選通期間，Q0Q3輸出千位的半位數(shù)0或l及過量程、欠量程和極性標(biāo)志信號。在位選信號DS1選通期間Q0Q3的輸出內(nèi)容如下：Q3表示千位數(shù)，Q3=0代表千位數(shù)的數(shù)宇顯示為1，Q3=1代表千位數(shù)的數(shù)字顯示為0。Q2表示被測電壓的極性，Q2的電平為1，表示極性為正，即UX0，Q2的電平為0，表示極性為負(fù)，即UX1999，則溢出。|UX|UR則 輸出低電平。當(dāng) =

9、1時，表示|UX|VREF 時，OR輸出低電平，正常量程OR為高電平。(16)(19) 端：對應(yīng)為DS4DS1，分別是多路調(diào)制選通脈沖信號個位、十位、百位和千位輸出端，當(dāng)DS端輸出高電平時，表示此刻Q。Q3 輸出的BCD 代碼是該對應(yīng)位上的數(shù)據(jù)。(20)（23）端：對應(yīng)為Q0-Q3，分別是AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)輸出BCD代碼的最低位(LSB)、次低位、次高位和最高位輸出端。(24) 端：VDD，整個電路的正電源端2七段鎖存-譯碼-驅(qū)動器CD4511 CD4511 是專用于將二-十進(jìn)制代碼(BCD)轉(zhuǎn)換成七段顯示信號的專用標(biāo)準(zhǔn)譯碼器，它由4位鎖存器，7段譯碼電路和驅(qū)動器三布分組成。(1) 四位鎖存器

10、(LATCH)：它的功能是將輸入的A，B，C 和D代碼寄存起來，該電路具有鎖存功能，在鎖存允許端（LE 端，即LATCHENABLE）控制下起鎖存數(shù)據(jù)的作用。當(dāng)LE=1時，鎖存器處于鎖存狀態(tài)，四位鎖存器封鎖輸入，此時它的輸出為前一次LE=0時輸入的BCD碼；當(dāng)LE=0時，鎖存器處于選通狀態(tài)，輸出即為輸入的代碼。由此可見，利用LE 端的控制作用可以將某一時刻的輸入BCD代碼寄存下來，使輸出不再隨輸入變化。(2) 七段譯碼電路：將來自四位鎖存器輸出的BCD 代碼譯成七段顯示碼輸出，MC4511中的七段譯碼器有兩個控制端： LT (LAMP TEST)燈測試端。當(dāng)LT = 0時，七段譯碼器輸出全1，

11、發(fā)光數(shù)碼管各段全亮顯示；當(dāng)LT = 1時，譯碼器輸出狀態(tài)由BI端控制。 BI (BLANKING)消隱端。當(dāng)BI = 0時，控制譯碼器為全0輸出，發(fā)光數(shù)碼管各段熄滅。BI = 1時，譯碼器正常輸出，發(fā)光數(shù)碼管正常顯示。上述兩個控制端配合使用，可使譯碼器完成顯示上的一些特殊功能。(3) 驅(qū)動器：利用內(nèi)部設(shè)置的NPN 管構(gòu)成的射極輸出器，加強驅(qū)動能力，使譯碼器輸出驅(qū)動電流可達(dá)20mA。CD4511電源電壓VDD的范圍為5V-15V，它可與NMOS電路或TTL電路兼容工作。CD4511采用16引線雙列直插式封裝，引腳分配見右圖，真值表參見下圖。使用CD451l時應(yīng)注意輸出端不允許短路，應(yīng)用時電路輸出

12、端需外接限流電阻。3七路達(dá)林頓驅(qū)動器陣列MC1413 MC1413采用NPN達(dá)林頓復(fù)合晶體管的結(jié)構(gòu)，因此具有很高的電流增益和很高的輸入阻抗，可直接接受MOS 或CMOS 集成電路的輸出信號，并把電壓信號轉(zhuǎn)換成足夠大的電流信號驅(qū)動各種負(fù)載該電路內(nèi)含有7個集電極開路反相器(也稱OC0門)。MC1413電路結(jié)構(gòu)和引腳如圖3所示，它采用16引腳的雙列直插式封裝。每一驅(qū)動器輸出端均接有一釋放電感負(fù)載能量的續(xù)流二極管。本電路采用三極管代替七路達(dá)林頓驅(qū)動器陣列MC1413。4高精度低漂移能隙基準(zhǔn)電源MC1403 MC1403的輸出電壓的溫度系數(shù)為零，即輸出電壓與溫度無關(guān)該電路的特點是： 溫度系數(shù)小； 噪聲小

13、； 輸入電壓范圍大，穩(wěn)定性能好,當(dāng)輸入電壓從+45V變化到+15V時，輸出電壓值變化量小于3mV；輸出電壓值準(zhǔn)確度較高，y。值在2.475V2.525V 以內(nèi)； 壓差小，適用于低壓電源； 負(fù)載能力小，該電源最大輸出電流為10mA。MC1403用8條引線雙列直插標(biāo)準(zhǔn)封裝，如右圖所示。5量程選擇電路如左圖中四個電阻串聯(lián)分壓設(shè)計，總電阻值為10M，當(dāng)開關(guān)S1閉合時，為最小量程2V；當(dāng)開關(guān)S2閉合時，衰減10倍，其量程為20V；當(dāng)開關(guān)S3閉合時，衰減100倍，其量程為200V；當(dāng)開關(guān)S3閉合時，衰減100倍，其量程為200V。 量程轉(zhuǎn)換電路圖 通過電阻對不通電壓進(jìn)行不同的分壓，從而得到固定范圍內(nèi)的相對

14、較小的電壓輸入至MC14433進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出至數(shù)字顯示器上。6.單相橋式整流濾波電路電路為單向橋式整流電路，適用于大電壓的整流。電路TR為電流變壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓V1變成整流電路要求的電壓V2=Sinwt，四支整流二極管D1D4接成電橋的形式。五、遇到的問題及解決方法問題一：數(shù)字顯示器連接完成后不亮？解決方法：經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)有些導(dǎo)線壞損導(dǎo)致電路不通，還有些接口接觸不良，更換了壞的導(dǎo)線后問題解決。問題二：數(shù)字顯示器顯示為非數(shù)字？解決方法：經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)個別數(shù)字顯示器壞損，部分線條不亮，更換了顯示器后問題解決。問題三：連接電路完成后結(jié)果顯示不正常？解決方法：經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)因為連線比較混亂，在

15、連線過程中造成短路，致使理論結(jié)果和實際不一樣，于是我們重新組裝了電路，對電路進(jìn)行了規(guī)范布線，從而問題得到了解決。問題四：測試后發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示數(shù)字亮度偏弱？解決方法：經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)有些電阻使用時直接套用了查找資料時使用的電阻，致使其實際情況和理論存在偏差，電阻過大使得電流過小，從而導(dǎo)致顯示器亮度不夠，在反復(fù)測試后更換了合適的電阻，問題解決。六、心得體會在老師布置完課題任務(wù)之時，我感覺這就是不可能的任務(wù)，因為對老師說的一無所知，感覺學(xué)了那么多元器件，了解了那么多知識，但是現(xiàn)在還是不知道怎么辦。雖然什么都不會，但是任務(wù)還是得做下去。經(jīng)過一周多時間的查找資料，以及在網(wǎng)上尋找前人的經(jīng)驗，終于對這些元器件有了一個大致的了解。通過分析討論，我們組最終確定了一個方案并進(jìn)行深入探尋。了解各個元件的性能及功能，發(fā)掘盡可能多的問題進(jìn)行解決。在試驗當(dāng)天，我們滿