數(shù)字直流電壓表設(shè)計(jì)(共18頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題目名稱：直流數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)姓 名：學(xué) 號(hào)：班 級(jí)：指導(dǎo)教師：目錄一摘要二課程設(shè)計(jì)與任務(wù)要求（一）設(shè)計(jì)目的（二）設(shè)計(jì)要求三總體設(shè)計(jì)思路與方案選擇四所用器件介紹（一）雙積分MC14433功能介紹（二）MC14511B功能介紹（三）MC1413功能介紹（四）基準(zhǔn)電源MC1403功能介紹五設(shè)計(jì)框圖與工作原理，測(cè)量電壓的轉(zhuǎn)換與顯示原理六數(shù)字電壓表的安裝調(diào)試七元器件清單八心得體會(huì)九參考文獻(xiàn)直流數(shù)字電壓表一摘要： 傳統(tǒng)的模擬指針式電壓表功能單一，精度低，讀數(shù)的時(shí)候也非常不方便，很容易出錯(cuò)。而采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表由于測(cè)量精度高，速度快，讀數(shù)時(shí)也非常的方便，

2、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。 數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter）簡(jiǎn)稱DVM，由電阻網(wǎng)絡(luò)（量程調(diào)整）、直流放大（運(yùn)放組成）、電壓極性判斷、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)碼（液晶）顯示等部分組成。PZ158A系列直流數(shù)字電壓表具有6½位顯示，可測(cè)量0.1µV1000V直流電壓。該表由于采用了微處理器和脈沖調(diào)寬模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，自動(dòng)校零，數(shù)字模擬濾波等技術(shù)，從而賦予本表極其穩(wěn)定的零位和良好的線性和抗干擾能力，本表還帶有RS232C接口，可方便地與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連接，組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。采用八位VFD或LED顯示，其中PZ158A/1為單量程（0.2V）VFD顯示，讀數(shù)清晰，光色柔

3、和，適宜在科研、工業(yè)、國(guó)防等各種領(lǐng)域內(nèi)使用。本設(shè)計(jì)給出基于MC14433雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一種電壓測(cè)量電路。數(shù)字電壓表是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。該系統(tǒng)由MC位半AD轉(zhuǎn)換器、MC1413七路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器陣列、MC4543BCD七段鎖存-譯碼-驅(qū)動(dòng)器、基準(zhǔn)電源MC1403和共陽(yáng)極LED發(fā)光數(shù)碼管組成。本次設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單直流數(shù)字電壓表的具體功能是：最高量程為1999V，分四個(gè)檔位量程，即01.999V，019.99V0199.9V，01999V，可以通過(guò)調(diào)檔開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)檔位。 直流數(shù)字電壓表具有如下特點(diǎn)：1顯示清晰直觀，讀數(shù)準(zhǔn)確；

4、2準(zhǔn)確度高；3分辨率高；4測(cè)量范圍寬；5擴(kuò)展能力強(qiáng)；6集成度高，功耗低；7抗干擾能力強(qiáng)。二課程設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2.1設(shè)計(jì)目的：1了解直流數(shù)字電壓表的基本構(gòu)成，熟悉3位半雙積分型A / D轉(zhuǎn)換器MC14433(TC14433)的性能及其引腳功能;2.掌握通用直流數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)方法、測(cè)試與調(diào)試技術(shù)。3掌握雙積分A/D轉(zhuǎn)換的工作原理和集成雙積分A/D轉(zhuǎn)換器件的設(shè)計(jì)方法；4加強(qiáng)計(jì)算機(jī)運(yùn)用查閱資料和獨(dú)立完成電路設(shè)計(jì)的能力；2.2設(shè)計(jì)要求：1）設(shè)計(jì)直流數(shù)字電壓表；2直流電壓測(cè)量范圍：0V1.999V，0V19.99V，0V199.9V，0V1999V。3）直流輸入電阻大于100k。4）畫出完整的設(shè)計(jì)電路圖

5、,寫出總結(jié)報(bào)告。5）選做內(nèi)容：自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換。三總體設(shè)計(jì)思路與方案選擇 方案選擇：根據(jù)設(shè)計(jì)要求和功能的實(shí)現(xiàn)，我們考慮了如下三個(gè)方案： 由于MC14433具有功耗低，外接元件少，輸入阻抗高，電源電壓范圍寬，可測(cè)量正負(fù)電壓值，精度高，調(diào)試簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，且具有自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能。所以選擇方案三。其原理框圖為：四所用器件介紹，課程設(shè)計(jì)框圖與工作原理：（一）雙積分MC14433功能介紹圖2是雙積分ADC的電路原理圖。電路主要由積分器、比較器、計(jì)數(shù)器、JK觸發(fā)器和控制開關(guān)組成。由JK觸發(fā)器的輸出QS控制單刀雙置開關(guān)選擇積分器的輸入電壓。當(dāng)QS=0時(shí)，積分器對(duì)取樣電壓做定時(shí)積分；當(dāng)QS=1時(shí)，積分器對(duì)基

6、準(zhǔn)電壓-VREF做定壓積分。與-VREF電壓極性相反，這里設(shè)取樣電壓為正，則-VREF為負(fù)。圖2 雙積分ADC電路原理圖J QC1K R Q0 Q1 Qn-1 C CP n位二進(jìn)制R 計(jì)數(shù)器+AC&CPS-VREFLSBMSBD0D1Dn-10RCS1S2OtQSOtSOtQST1T2OtS1選S1選-VREF計(jì)數(shù)進(jìn)位回0時(shí)刻圖3雙積分ADC工作波形1定時(shí)積分在確定的時(shí)間內(nèi)對(duì)取樣電壓進(jìn)行積分即是定時(shí)積分。啟動(dòng)信號(hào)S輸入負(fù)窄脈沖（S=0），使計(jì)數(shù)器、JK觸發(fā)器QS清零，開關(guān)S1選擇取樣電壓作積分器輸入。同時(shí)開關(guān)S2閉合，使積分電容放電，=0。負(fù)脈沖消失后（S=1），開關(guān)S2斷開，積分器對(duì)取樣電壓

7、做積分，積分器輸出電壓下降，比較器輸出邏輯1。允許n位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)周期脈沖CP計(jì)數(shù)。當(dāng)進(jìn)位C=1時(shí)，下一個(gè)CP脈沖使計(jì)數(shù)器復(fù)零、JK觸發(fā)器QS=1，定時(shí)積分結(jié)束，定壓積分開始。取啟動(dòng)信號(hào)S的負(fù)脈沖剛消失的時(shí)刻為時(shí)間零點(diǎn)，并設(shè)時(shí)鐘脈沖CP的周期為TCP。則對(duì)取樣電壓的積分時(shí)間T1為T1=2nTCP是確定不變的。積分器輸出電壓為積分器輸出電壓與時(shí)間成線性關(guān)系，其斜率是負(fù)的，與取樣電壓和積分器的時(shí)間常數(shù)RC有關(guān)。越大，負(fù)斜率也越大。定時(shí)積分的工作波形如圖3所示，圖中繪出了2個(gè)取樣電壓的情況。定時(shí)積分結(jié)束時(shí)的積分器輸出電壓為與取樣電壓成正比。2定壓積分在定時(shí)積分期間，當(dāng)計(jì)數(shù)器的進(jìn)位C=1時(shí)，下一個(gè)C

8、P脈沖使計(jì)數(shù)器復(fù)零和JK觸發(fā)器QS=1，開關(guān)S1選擇基準(zhǔn)電壓-VREF，積分器開始對(duì)基準(zhǔn)電壓-VREF做定壓積分。由于比較器輸出邏輯1，計(jì)數(shù)器從0繼續(xù)計(jì)數(shù)。與此同時(shí)，積分器輸出電壓上升積分器輸出電壓同樣與時(shí)間成線性關(guān)系，其斜率是正常數(shù)，與基準(zhǔn)電壓VREF和積分器的時(shí)間常數(shù)RC有關(guān)。定壓積分的工作波形如圖11.3.9所示。當(dāng)時(shí)，比較器輸出邏輯0，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，并保持計(jì)數(shù)結(jié)果B Z（通常為自然二進(jìn)制數(shù)）。從定壓積分開始到計(jì)數(shù)器剛停止計(jì)數(shù)（）的時(shí)間T2為并且，在計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)時(shí)刻，積分器輸出電壓為0，即所以定壓積分時(shí)間T2與取樣電壓成正比。在此期間，計(jì)數(shù)器從0開始對(duì)周期脈沖CP計(jì)數(shù)，直到停止并保持

9、計(jì)數(shù)值BZ。所以計(jì)數(shù)器的二進(jìn)制數(shù)與取樣電壓成正比，是取樣電壓對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。實(shí)際上CP脈沖可能與比較器的邊沿不同步，導(dǎo)致計(jì)數(shù)器可能漏計(jì)或多計(jì)一個(gè)脈沖。故上式應(yīng)修正為的單位模擬電壓LSB為本設(shè)計(jì)運(yùn)用MC14433實(shí)現(xiàn)雙積分ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。 MC14433引腳功能說(shuō)明：MC14433采用24引線雙列直插式封裝，外引線排列如圖1-5所示，各引腳功能如下： 圖1-5MC14433引腳圖VDD VEE正負(fù)電源輸入端VAG VSS模擬地和接地端Vref基準(zhǔn)電壓端VX被測(cè)電壓輸入端R1外接積分電阻端R1/C1外接積分元件電阻和電容的接點(diǎn)C1外接積分電容端C01 C02失調(diào)補(bǔ)償電容端DU實(shí)時(shí)輸出控制端時(shí)鐘信

10、號(hào)輸入輸出端轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標(biāo)志輸出端過(guò)量程標(biāo)志輸出端個(gè)位、十位、百位和千位輸出標(biāo)志端BCD碼輸出端其輸出選通脈沖時(shí)序圖如下 MC14433輸出選通脈沖時(shí)序圖（二）MC14511B功能介紹：本設(shè)計(jì)采用的MC14511B引腳圖如下：端為輸入端，ABCD為四位BCD碼輸入為輸出端。當(dāng)輸出為高電平時(shí)顯示器對(duì)應(yīng)段亮VDDVSS端：正負(fù)電源端。LE端：鎖存允許端，當(dāng)LE=“1”時(shí)，處于鎖存狀態(tài)，鎖封輸入，此時(shí)它的輸出為前一次LE=“0”時(shí)輸入的BCD碼；當(dāng)LE=“0”時(shí)，處于選通狀態(tài)，輸出即為輸入的代碼。由此可見(jiàn)，利用LE端的控制作用可以講某一時(shí)刻的輸入BCD代碼寄存下來(lái)使輸出不再隨輸入變化。 燈測(cè)試端。當(dāng)

11、=“0”時(shí)，七段譯碼器輸出全為“1”，發(fā)光數(shù)碼管各段全亮顯示；當(dāng)=“1”時(shí)譯碼器輸出狀態(tài)由端控制。消隱端。當(dāng)=“0”時(shí)，控制譯碼器為全“0”輸出，發(fā)光數(shù)碼管各段全亮顯示；當(dāng)=“1”時(shí)，譯碼器正常輸出，發(fā)光數(shù)碼管正常顯示。由以上可知。消隱端燈測(cè)試端鎖存允許端共同實(shí)現(xiàn)鎖存譯碼功能。當(dāng)LE=“1”時(shí)，處于鎖存狀態(tài)，鎖封輸入，此時(shí)它的輸出為前一次LE=“0”時(shí)輸入的BCD碼；當(dāng)LE=“0”時(shí)，處于選通狀態(tài)。（三）MC1413功能介紹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(hào)，并把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成足夠大的電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)各

12、種負(fù)載。該電路內(nèi)含有7個(gè)集電極開路反相器（也稱OC門）。MC1413電路結(jié)構(gòu)和引腳如圖1-8所示，它采用16引腳的雙列直插式封裝。每一驅(qū)動(dòng)器輸出端均接有一釋放電感負(fù)載能量的抑制二極管。 圖1-8 MC1413引腳和電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖1-9 MC1403引腳圖（四）基準(zhǔn)電源MC1403功能介紹MC1403的輸出電壓的溫度系數(shù)為零，即輸出電壓與溫度無(wú)關(guān)。該電路的特點(diǎn)是：溫度系數(shù)??；躁聲??；輸入電壓范圍大，穩(wěn)定性能好，當(dāng)輸入電壓從+4.5V變化到+15V時(shí)，輸出電壓值變化量；輸出電壓值準(zhǔn)確度較高，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。MC1

13、403采用8引線雙列直插標(biāo)準(zhǔn)封裝，如上圖1-9所示。在本設(shè)計(jì)中通過(guò)電阻分壓為MC14433提供精確的2V參考電壓。五設(shè)計(jì)框圖與工作原理，測(cè)量電壓的轉(zhuǎn)換與顯示原理：基于MC14433設(shè)計(jì)的數(shù)字直流電壓表圖： 5.1).被測(cè)直流電壓VX經(jīng)A / D轉(zhuǎn)換后以動(dòng)態(tài)掃描形式輸出，數(shù)字量輸出端Q0 Q1 Q2 Q3 上的數(shù)字信號(hào)經(jīng)七段譯碼器CC4511譯碼后順序輸出。位選信號(hào)DS1 DS4通過(guò)位選開關(guān)MC1413分別控制著千/百/十/個(gè)位上的4只LED數(shù)碼管的陰極。由于選通重復(fù)頻率較高，看到四位數(shù)碼管同時(shí)顯示的效果。 5.2)當(dāng)參考電壓VR2V 時(shí)，滿量程顯示1.999V；VR200mV時(shí)，滿量程為199

14、.9mV。可以通過(guò)選擇開關(guān)來(lái)控制千位和十位數(shù)碼管的h段經(jīng)限流電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)的小數(shù)點(diǎn)顯示的控制。選作自動(dòng)量程控制！ 5.3).最高位(千位)顯示時(shí)，只接LED數(shù)碼管的b、c段，千位只顯示1或不顯示，用千位的g段來(lái)顯示模擬量的負(fù)值(正值不顯示)，由MC14433的Q2 端.通過(guò)MC1413的負(fù)極性控制 g段。 5.4).精密基準(zhǔn)電源MC1403:A / D轉(zhuǎn)換采用MC1403集成精密穩(wěn)壓源作A / D轉(zhuǎn)換的參考電壓，MC1403的輸出電壓為 2.5V，電壓變化在3 0.6mV.輸出最大電流為10mA。 5.5) MC1413采用NPN達(dá)林頓復(fù)合晶體管的結(jié)構(gòu), 電流增益大，輸入阻抗高，能把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)

15、換成電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載。電路內(nèi)含有7個(gè)集電極開路反相器（OC門）。MC1413電路為16引腳雙列直插式封裝。每一驅(qū)動(dòng)器輸出端均接有一釋放電感負(fù)載能量的抑制二極管。 5.6）數(shù)碼顯示電路部分仿真見(jiàn)下圖： 5.7）工作原理：數(shù)字電壓表將被測(cè)模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字顯示。該系統(tǒng)由MC14433位半AD轉(zhuǎn)換器、MC1413七路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器陣列、CC4511七段鎖存-譯碼-驅(qū)動(dòng)器、基準(zhǔn)電源MC1403和共陽(yáng)極LED發(fā)光數(shù)碼管組成。各部分的功能如下：1）3位半AD轉(zhuǎn)換器（MC14433）：將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)。2）基準(zhǔn)電源（MC1403）：提供精密電壓，供AD轉(zhuǎn)換器作參考電壓。3)譯

16、碼器（CC4511）：將二-十進(jìn)制（BCD）碼轉(zhuǎn)換成七段信號(hào)。4）驅(qū)動(dòng)器（MC1413）：驅(qū)動(dòng)顯示器的a、b、c、d、e、f、g七個(gè)發(fā)光段，驅(qū)動(dòng)發(fā)光數(shù)碼管（LED）進(jìn)行顯示。5）顯示器：將譯碼器輸出的七段信號(hào)進(jìn)行數(shù)字顯示，讀出AD轉(zhuǎn)換結(jié)果。六數(shù)字電壓表的安裝調(diào)試6.1.數(shù)碼顯示部分的組裝與調(diào)試 1) 先將后三位數(shù)碼管同名筆劃段與顯示譯碼CC4511的相應(yīng)輸出端連在一起，最高位數(shù)碼管只將b、c、g三筆劃段接入電路。 2) 插好芯片CC4511與MC1413，試將CC4511的輸入端A、B、C、D接至撥碼開關(guān)對(duì)應(yīng)的A、B、C、D四個(gè)插口處；將MC1413的1、2、3、4腳接至邏輯開關(guān)輸出插口上。

17、3)用檢查動(dòng)態(tài)顯示的方法分別檢查數(shù)碼管的顯示數(shù)及選通情況。6.2. 標(biāo)準(zhǔn)電壓源的連接和調(diào)整：插上MC1403基準(zhǔn)電源，用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表檢查輸出是否為2.5V，然后調(diào)整10K電位器，使其輸出電壓為2.00V，調(diào)整結(jié)束后去掉電源線。6. 3. 總裝測(cè)試的方法與步驟1)接線：按設(shè)計(jì)電路接好線路，并插上MC(TC)14433及MC1413等芯片。2) 通電顯示檢查：接通+5V、-5V電源及地線，當(dāng)輸入端接地，此時(shí)顯示器將顯示“000”值，否則，應(yīng)依次檢測(cè)電源正負(fù)電壓，用示波器測(cè)量、觀察DS1DS4 ，Q0Q3波形，判別故障所在。3) 電壓粗測(cè)：調(diào)節(jié)輸入電壓VX 的高低，4位輸出顯示數(shù)碼應(yīng)相應(yīng)變化，然后

18、進(jìn)入下一步精調(diào)。4)測(cè)量基準(zhǔn)校正： 用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字萬(wàn)用表（示波器）測(cè)量輸入電壓，調(diào)節(jié)電位器，使VX1.000V，調(diào)整基準(zhǔn)電壓源，使指示值與標(biāo)準(zhǔn)電壓表誤差個(gè)位數(shù)在5之內(nèi)。5) 測(cè)量電壓極性顯示檢查：改變輸入電壓VX極性，使Vi1.000V，檢查是否有“” 顯示，并校準(zhǔn)顯示值。6) 在+1.999V01.999V量程內(nèi)再一次仔細(xì)調(diào)整(調(diào)基準(zhǔn)電壓)使全部量程內(nèi)的誤差均不超過(guò)個(gè)位數(shù)在5之內(nèi)。6.4.測(cè)定設(shè)計(jì)制作數(shù)字電壓表的誤差等級(jí)分別列表記錄輸入電壓為1.999，1.500，1.000，0.500，0.000時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表的測(cè)量讀數(shù)與制作數(shù)字電壓表的測(cè)量顯示值，計(jì)算測(cè)量誤差，確定儀器的測(cè)量誤差等級(jí)。七

19、課程設(shè)計(jì)器材和供參考選擇的元器件表2-2 元器件元器件的名稱數(shù)目數(shù)字電壓表組裝套件一套1套萬(wàn)用表一塊1塊焊接工具、無(wú)感起子、十字起子各1把MC144331片CC4511（或74LS48）1片MC14511B1片MC14031片七段顯示器4片電阻、電容、連動(dòng)開關(guān)、導(dǎo)線等若干 八總結(jié)設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表的體會(huì)（1） 通過(guò)查資料知道數(shù)字電壓表的具體應(yīng)用電路是有很多種的，只要掌握了基本原理，最主要是模數(shù)轉(zhuǎn)換原理。就可以舉一反三地、越來(lái)越熟練地按照自己的構(gòu)思，得心應(yīng)手地設(shè)計(jì)好數(shù)字電壓表電路。（2）本次設(shè)計(jì)中的元器件例如MC14433在Multisim中并沒(méi)有就無(wú)法仿真。整體設(shè)計(jì)電路無(wú)法知道是否正確。但局部電路仍可仿真驗(yàn)證其功能。（3）有的元器件功能不知道可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行查找。（4） 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練。 回顧起此次課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多,學(xué)到很多很多的的東西，不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論.從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，最后在老師的幫助下順利