李時雨課設(shè)正文

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告3位半數(shù)字萬用表第一章 系統(tǒng)概述1.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、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)出2-3個實(shí)現(xiàn)數(shù)字萬用表的方案；只要求寫出實(shí)現(xiàn)工作原理，畫出電原理功能框圖，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3位半位數(shù)字萬用表方案，須采用中、小規(guī)模集成電路、MC 14433A/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)，設(shè)計(jì)出電原理圖。3、技術(shù)指標(biāo)：（1）測量直流電壓200mv；2V；20V；200V;1000V； 測量交流電壓2V；20V；200V;750V（2）測量直流電流2MA；20MA；200M

2、A；20A； 測量交流電流2MA；20MA；200MA；20A；（3） 電阻：200 、2K、20K、200K、2M、20M（4） 電容；200nF、20nF、2nF 20F、2F （5） 三位半數(shù)字顯示。1.2方案設(shè)計(jì)與論證此次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并進(jìn)行實(shí)時數(shù)字顯示，根據(jù)要求，擬定如下三個方案：方案一：采用雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433，七段譯碼驅(qū)動器CD4511，基準(zhǔn)電源MC1403，反向驅(qū)動器,4只LED數(shù)碼管。圖1.1 MC14433方案圖方案二：根據(jù)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)要求，決定控制系統(tǒng)采用AVR單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換采用其內(nèi)置的10位AD、四個共陰極LED數(shù)碼管。系統(tǒng)除能確保實(shí)

3、現(xiàn)要求的功能外，還可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊上傳，存儲等擴(kuò)展功能。原理框圖如下：圖1.2 單片機(jī)方案方案三：采用逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。圖1.3逐次逼近型方案論證1、MC14433具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器。 2、AVR;它的內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換的精確度較低，同時在編程及調(diào)試方面比較復(fù)雜考慮到客觀條件因素，放棄使用此方案。 3、逐次漸進(jìn)型A/D轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換速度快，功耗低準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)。在低分辨率時價(jià)格便宜。但高于12位時價(jià)格很高，逐次漸進(jìn)型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間取決于位數(shù)，與輸

4、入信號無關(guān)，但抗干擾能力差。 綜合上述元件的優(yōu)缺點(diǎn)，決定采用 mc14433方案第二章 單元電路設(shè)計(jì)與分析2.1單元電路設(shè)計(jì)：2.1.1 MC14433 MC14433：MC14433是美國Motorola公司推出的單片3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，其中集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下： 1.精度：讀數(shù)的0.05%1字 2.模擬電壓輸入量程：1.999V和199.9mV兩檔 3.轉(zhuǎn)換速率：2-25次/

5、s 4.輸入阻抗：大于1000M 5. 功耗：8mW（5V電源電壓時，典型值） MC14433最主要的用途是數(shù)字電壓表，數(shù)字溫度計(jì)等各類數(shù)字化儀表及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換接口。引腳功能說明： VAG（1腳）：被測電壓VX和基準(zhǔn)電壓VR的參考地。VREF（2腳）：外接基準(zhǔn)電壓（2V或200mV）輸入端 VX（3腳）：被測電壓輸入端 R1（4腳）、R1 C1（5腳）、C1（6腳）：外接積分阻容元件端 C10.1f，R1470K； CO1（7腳）、CO2（8腳）：外接失調(diào)補(bǔ)償電容端，典型值0.1f。 DU（9腳）：實(shí)時顯示控制輸入端。若與EOC（14腳）端連接，則每次A / D轉(zhuǎn)換均顯示。

6、CP1 （10腳）、CP0 （11腳）：時鐘振蕩外接電阻端，典型值為470K。CP1CP0端外接電阻R9330 k，采樣速率約為4次s。VEE （12腳）：電路的電源負(fù)端，接5V。 VSS （13腳）：除CP外所有輸入端的低電平基準(zhǔn)（通常與1腳連接）。 EOC（14腳）：轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標(biāo)記輸出端，每一次A/D轉(zhuǎn)換周期結(jié)束，EOC 輸出一個正脈沖，寬度為時鐘周期的二分之一。 OR（15腳）：過量程標(biāo)志輸出端，當(dāng)VXVR 時，OR輸出為低電平。 DS4DS1 （1619腳）：多路選通脈沖輸入端，DS1對應(yīng)于千位，DS2 對應(yīng)于百位，DS3 對應(yīng)于十位，DS4對應(yīng)于個位。 Q0Q3 （2023腳）：B

7、CD碼數(shù)據(jù)輸出端，DS2、DS3、DS4選通脈沖期間，輸出三位完整的十進(jìn)制數(shù)，在DS1選通脈沖期間，輸出千位0或1及過量程、欠量程和被測電壓極性標(biāo)志信號。圖2.1 MC14433引腳圖工作原理： 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MC14433電路的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果采用BCD碼多路調(diào)制方法輸出，通過譯碼器譯碼，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)制脈沖信號。DS選通脈沖高電平，則表示對應(yīng)的數(shù)位被選通，此時該數(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

8、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，DS4則對應(yīng)最低位。在對應(yīng)DS2、DS3和DS4選通期間，Q0Q3輸出BCD碼全位數(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)。或1及過量程、欠量程和極性標(biāo)志信號。 過量程是當(dāng)輸入電壓Vx超過量程范圍時，輸出過量程標(biāo)志信號/OR。 當(dāng)Q3=0，Q0=1時，表示Vx處于過量程狀態(tài)。 當(dāng)Q3=1，Q0=1時，表示Vx屬于欠量程狀態(tài)。 當(dāng)OR=0時，|Vx|1999，則溢出；|Vx|Vr，則OR輸出低電平。 當(dāng)OR=1時，表示|Vx|Vr

9、。正常時OR輸出高電平，表示被測量在量程內(nèi)。 2.1.2 MC1403A/D轉(zhuǎn)換需要外接標(biāo)準(zhǔn)電壓源作參考電壓。標(biāo)準(zhǔn)電壓源的精度應(yīng)當(dāng)高于A/D轉(zhuǎn)換器的精度。本實(shí)驗(yàn)采用MC1403集成精密穩(wěn)壓源作參考電壓，MC1403的輸出電壓為 2.5V，當(dāng)輸入電壓在4.515V 范圍內(nèi)變化時，輸出電壓的變化不超過3mV，一般只有0.6mV左右，輸出最大電流為10mA。圖2.2 MC14032.1.3 MC1413 MC1413采用NPN達(dá)林頓復(fù)合晶體管的結(jié)構(gòu)，因此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

10、極開路反相器。MC1413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)載能量的抑制二極管。圖2.3 MC1413引腳圖2.1.4 MC4013 現(xiàn)利用雙D觸發(fā)器MC4013的一半作二分頻器。 作觸發(fā)器復(fù)位信號EOC作時鐘脈沖。常態(tài)下，OR1 Q1 BI1，能正常顯示；一旦發(fā)生超量程， OR0，EOC信號經(jīng)二分頻后加至CD45511的 端，令顯示器低頻閃爍。MC4013有兩個作用：第一，將EOC窄脈沖變成方波；第二，對EOC進(jìn)行二分頻，當(dāng)超出量程時，數(shù)碼管將以原動態(tài)掃描的一半頻率進(jìn)行閃爍，從而進(jìn)行超量程報(bào)警。圖2.4 MC1403引腳圖2.1.5 顯示及小數(shù)點(diǎn)控制電路；從MC

11、14433輸出的BCD碼經(jīng)過CD4511譯碼后，連接到三個七段數(shù)碼管。位選通信號經(jīng)過反相器分別接4只數(shù)碼管的公共陰極，在DS1DS4位選通信號的控制下進(jìn)行動態(tài)掃描顯示。反相器有兩個作用：第一，將DS1DS4反相成低電平有效，以便接LED數(shù)碼管的公共陰極；第二，增加驅(qū)動能力。排阻為限流電阻。負(fù)極性顯示的原理是，當(dāng)DS2，從Q4端輸出高電平，加至MC1413的第A4腳。Y4腳輸出低電平。數(shù)碼管百位被選中點(diǎn)亮。 圖2.5顯示及小數(shù)點(diǎn)控制電路2.1.6 讀數(shù)保持電路當(dāng)開關(guān)S斷開時能正常進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，顯示值被不斷地刷新；閉合S時DU0，A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果就長期保持下來，此時A/D 處于鎖存狀態(tài)。保持時間

12、即開關(guān)閉合時間。 圖2.6.讀數(shù)保持電路2.1.7 量程轉(zhuǎn)換開關(guān) 數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)要求量程為： 0.0011.999V,0.0119.99V,0.1199.9V,01999V選MC14433的基準(zhǔn)電壓為2V,則其量程為0.0011.999V , 所以其他量程分別10 100 1000檔位。 電路如圖用4個電阻串聯(lián)進(jìn)行分壓，使進(jìn)入MC14433 電壓均小于2V 20(R2+R3+R4)/(R1+R2+R3+R4) =2 200(R3+R4)/ (R1+R2+R3+R4)=2 2000R4/ (R1+R2+R3+R4)=2 取R4=10K 則R1=9M R2=900K R3=90K 圖2.7量程轉(zhuǎn)

13、換開關(guān)2.1.8 電壓跟隨器和AC-DC轉(zhuǎn)換電路 電壓跟隨器的作用是保護(hù)電路，使后級電路不承受超出安全值的電壓。 經(jīng)過電壓跟隨器后半波整流后的平均值與有效值之間的關(guān)系如下圖所示，下圖中的 IC1進(jìn)行半波整流，IC2是平均值-有效值變換電路，其作用是將經(jīng)半波整流后得到的輸出電壓加以平滑和放大，將V放大到有效值V，放大倍數(shù)A=V/V,=2.22. 圖2.3.8.1電壓跟隨器和AC-DC轉(zhuǎn)換電路第三章 電路的安裝與調(diào)試介紹3.1 數(shù)碼顯示部分的組裝與調(diào)試； (1) 實(shí)際實(shí)驗(yàn)中采用4個8段數(shù)碼管，將千位數(shù)碼管bc并聯(lián)作為千位1，g作為符號顯示。 Mc1413用NPN三極管與電阻搭接的反相器替代。(2)

14、 先將4個數(shù)碼管插入試驗(yàn)箱IC座，插好芯片MC4511與三極管反相器，將輸入端與邏輯電平試驗(yàn)箱相連。 (3) 調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)箱邏輯電平高低檢查譯碼顯示是否正常。如果所有4位數(shù)碼管顯示正常，則說明顯示部分工作正常。3.2 標(biāo)準(zhǔn)電壓源的連接和調(diào)整； 實(shí)驗(yàn)中利用實(shí)驗(yàn)臺的電壓源，數(shù)字電壓表與實(shí)驗(yàn)箱上的可變電阻搭接成為標(biāo)準(zhǔn)電壓源替代MC1403。 3.3 核心電壓表部分； (1) 插好芯片MC14433，接電路全圖接好全部線路。 (2) 將輸入端接地，接通電源，此時顯示器將顯示000，如果不是，應(yīng)檢測電源正負(fù)電壓。用示波器測量DS1DS4 ，Q0Q3的波形，判別MC14433是否工作。(3) 用電阻、電位器構(gòu)

15、成一個簡單的輸入電壓調(diào)節(jié)電路，調(diào)節(jié)電位器，4位數(shù)碼將相應(yīng)變化，然后進(jìn)入下一步精調(diào)。 (4) 用實(shí)驗(yàn)臺數(shù)字電壓表測量輸入電壓，調(diào)節(jié)電位器，使輸入電壓為1.000V，這時被調(diào)電路的電壓指示值不一定顯示“1.000”，應(yīng)調(diào)整基準(zhǔn)電壓源，使指示值與標(biāo)準(zhǔn)電壓表誤差個位數(shù)在5之內(nèi)。 (5) 改變輸入電壓，使其為1.000V，檢查“”是否顯示。 (6) 在+1.999V01.999V量程內(nèi)再一次仔細(xì)調(diào)整（調(diào)基準(zhǔn)電源電壓）使全部量程內(nèi)的誤差均不超過個位數(shù)在5之內(nèi)。 至此一個測量范圍在1.999的三位半數(shù)字直流電壓表調(diào)試成功。 第四章結(jié)束語心得與體會這次課設(shè)是大學(xué)以來后的第一次真正的動手鍛煉，雖說以前做過一些實(shí)

16、驗(yàn)，但對其主要思想還是不太懂，主要是根據(jù)電路圖直接搭接。這次和以前就大不一樣。第一節(jié)課是老師說做萬用表，當(dāng)時腦子里是一點(diǎn)想法都沒有，大概該怎么弄呢？也沒有思路，唯一知道的就是下來查資料，下課后先去圖書館，在里面找書看了看，后來在網(wǎng)上查資料但卻查不到，主要是不知道從哪個網(wǎng)站查，怎么查，看來設(shè)計(jì)的第一步查資料也要有經(jīng)驗(yàn)??！只有查得多了才能查得塊找得多而全。找到資料后來是了解原理圖，好多都與以前學(xué)的電路、模電、數(shù)電有關(guān)聯(lián)，也發(fā)現(xiàn)了自己的好多不足，對以前的知識掌握的不是太充足，通過這次課設(shè)我知道了自己現(xiàn)在開的課是多么的有用，以后一定要好好掌握。當(dāng)然也在后來搭接電路時也出現(xiàn)了很大問題，主要原因是沒有按實(shí)

17、驗(yàn)步驟來，沒有把電路板和接線測試好就開始搭接電路，接了好幾次，最后發(fā)現(xiàn)原來是實(shí)驗(yàn)臺的儀器老化，導(dǎo)致一些電路沒有接通，不過到了1點(diǎn)我們終于做了出來。通過這次搭接我懂得了無論做任何事情一定要先把準(zhǔn)備工作做好，正是要車馬未動糧草先行；其次團(tuán)結(jié)合作是我們一個團(tuán)隊(duì)共同勝利的關(guān)鍵，眾人拾柴火焰高啊。通過這次課設(shè)我受益頗多，老師的諄諄教誨使我們對所學(xué)的知識有了更深刻的認(rèn)識，而實(shí)際的操作更加深了我們對理論的理解，把理論聯(lián)系到了實(shí)際，才是我們學(xué)習(xí)的主要目的，所以以后要抓住每次機(jī)會多多鍛煉自己，讓自己成為一個有真才實(shí)學(xué)的人才。附圖1元件清單序號名稱型號參數(shù)數(shù)量備注1電阻10M12電阻9M13電阻1M14電阻900K35電阻470K16電阻410K17電阻110K18電阻100K49電阻90K310電阻47K111電阻39K112電阻20K213電阻10K314電阻9K215電阻6K2116電阻3K3117電阻2K118電阻1K319電阻900220電阻330721電阻200422電阻100323可變電阻10K124電解電容10uf125電容0.01uf226電容100uf327電容47nf128單刀開關(guān)429共陰八段數(shù)碼管330共陰二段數(shù)碼管1311N4011632穩(wěn)壓二極管133