數(shù)字電壓表(數(shù)字電路課設(shè))

1、河北建筑工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課程名稱： 電子技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 年 月 日1、 三位半數(shù)字電壓表 數(shù)字電壓表基本原理：數(shù)字電壓表主要由直流數(shù)字電壓表構(gòu)成，它由阻容濾波器、前置放大器、直流轉(zhuǎn)換器ACDC、模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD、發(fā)光二極管顯示器LED及保護(hù)電路等組成。2、 功能要求1：根據(jù)題目:利用所學(xué)過知識，通過上網(wǎng)或到圖書館查閱資料，設(shè)計(jì)3個實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的方案；只要求寫出實(shí)現(xiàn)工作原理，畫出原理功能框圖，描述其功能。說明:采用原理、方案、方法不限，可以自行設(shè)計(jì)。2：其中對將要實(shí)驗(yàn)方案31/2位數(shù)字電壓表方案，須采

2、用中、小規(guī)模集成電路、MC14433A/D轉(zhuǎn)換器等電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，寫出已確定方案詳細(xì)工作原理，計(jì)算出參數(shù)。三、技術(shù)指標(biāo)：測量直流電壓1999-0001V；199.9-0.1V；19.99-0.01V；1.999-0.001V4、 方案設(shè)計(jì)方案一：基于MC14433的數(shù)字電壓表該方案大致分為五個模塊，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。由圖1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。其原理框圖如下圖1圖1方案

3、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)電壓參考源和模擬開關(guān)，以及數(shù)字部分的振蕩器、計(jì)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。其原理框圖如下圖2 圖2 方案三：利用成熟芯片ICL7107實(shí)現(xiàn)電壓的測量，用四位數(shù)碼管顯示出最后的轉(zhuǎn)換電壓的結(jié)果。其原理框圖如下圖3圖35、 方案比較方案一：選用A/D轉(zhuǎn)換芯片MC14433、CD45

4、11、MC1413、MC1403實(shí)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(diǎn)是工作速度低，優(yōu)點(diǎn)是精度較高，工作性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力比較強(qiáng)。器件價格合適，采購方便，成本低，易實(shí)施。缺點(diǎn)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(diǎn)是價格低廉。方案二：選用專用電壓轉(zhuǎn)化芯片INC7107實(shí)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(diǎn)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(diǎn)是價格低廉。方案三：利用成熟芯片ICL7107優(yōu)點(diǎn)：可直接驅(qū)動LED數(shù)碼管，內(nèi)部設(shè)有參考電壓、獨(dú)立模擬開關(guān)、邏輯控制、

5、顯示驅(qū)動、自動調(diào)零功能等。綜合比較三個方案，方案一結(jié)構(gòu)簡單，易實(shí)施，價格合適且工作精度高，比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)；而方案二雖然價格低廉，但是精度較低；方案三規(guī)模大較復(fù)雜，綜合比較我們選擇了方案一。六、/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?；鶞?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，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

6、：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(shí)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)的DS

7、2，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OR-輸出低電平。當(dāng)OR- = 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

8、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Q0Q3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(LATCH)：它的功能是將A,B，C 和代碼寄存起來，該電路具有鎖存功能，在鎖存允許端（LE 端，即LATCHENABLE）控制下起

9、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，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

10、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(qiáng)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)用時電路輸出端需外接限流電阻。3量程選擇電路 如下圖中四個電阻串聯(lián)分壓設(shè)計(jì)，總電阻值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

11、；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。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。4.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。5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(diǎn)是： 溫度系數(shù)小； 噪聲小； 輸入電壓范圍大，穩(wěn)定性能好,當(dāng)輸入電壓

12、從+45V變化到+15V時，輸出電壓值變化值小于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，如下圖所示。7、 心得體會 當(dāng)聽到老師布置的這個任務(wù)時，我感到這是不可能完成的，因?yàn)殡m然學(xué)了很多元器件，但是很難將它們聯(lián)系在一起，更別說是將這么多元器件設(shè)計(jì)在一起，還要將電路圖用軟件畫出來，用軟件畫圖也從來沒有接觸過，這完全就是靠自己自學(xué)了，本來感覺毫無希望的，但是在與同學(xué)們進(jìn)行了許多交流之后，我們漸漸的有了頭緒，通過從網(wǎng)上和書上查閱資料，參考其他的設(shè)計(jì)報(bào)告，我們的設(shè)計(jì)逐漸的出來了，畫圖是個讓人興奮又痛苦的過程，眼睛一直盯著屏幕，但是用從未用過的軟件畫圖激發(fā)了我無限的好奇心，越畫越感興趣，當(dāng)圖完成的時候真的很興奮，我很喜歡課設(shè)，喜歡和大家一起探索的過程。8、 參考文獻(xiàn)1PROTEL電路設(shè)計(jì)教程，江思敏、姚鵬翼、胡榮等編著，清華大學(xué)出版社 2常用電子測量儀器的使用，英A .M.L魯特金著，謝瑞和、黃志