三位半数字电压表课程设计报告.doc

3 1/2位数字电压表课程设计报告课程名称： 电子技术 综合课程设计课程设计名： 3位半数字电压表 专业班级： 电控082 目录一、课程设计的目的3二、课程设计的题目和要求 3三、数字电压表基本原理 3四、总体方案选择3五、方案比较5六、可行性分析报告 6 七、单元电路设计及参数计算. 87.1 量程转换电路 .87.2 交直流转换电路 .8.7.3 整流电路 .87.4 mc14433引脚图及其功能.97.5 cd4511引脚图及其功能 .10 7.6 数字显示器电路（led）设计.117.7 电路主要部分及参数计算 .11八、所测波形图.13九、元器件.13十、组装调试和心得体会.14 参考文献.14一、课程设计的目的1. 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以及应完成的工作内容和设计方法。2通过设计来帮助我们复习以前学过的模电数电知识，从而达到灵活应用和理论联系实际的目的。3设计完成后，将设计的电路在实验室进行安装调试，锻炼我们的动手和解决实际问题的能力。二、课程设计的题目和要求题目：3 1/2位数字电压表具体要求：1：根据题目:利用所学过知识，通过上网或到图书馆查阅资料，设计3个实现数字电压表的方案；只要求写出实现工作原理，画出原理功能框图，描述其功能。 说明:采用原理、方案、方法不限，可以自行设计。2：其中对将要实验方案3 1/2位数字电压表方案，须采用中、小规模集成电路、mc14433a/d转换器等电路进行设计，写出已确定方案详细工作原理，计算出参数。技术指标：测量直流电压1999-0001v；199.9-0.1v；19.99-0.01v；1.999-0.001v；测量交流电压1999-199v。3：要求电路能进行交直流测量。4：将设计方案进行比较与总体设计。5：选出最优方案进行详细设计。6：根据设计过程写出详细的课程设计报告。7：总结心得体会完成课程设计任务。8：按时交上课程设计报告。 三、数字电压表基本原理数字电压表主要由直流数字电压表构成，它由阻容滤波器、前置放大器、直流转换器acdc、模数转换器ad、发光二极管显示器led及保护电路等组成。当然，由于具体结构的不同，功能的强弱不同，每种表还有其各自复杂程度不同的特殊附加电路。根据小组讨论，制定了三种方案并选出最优，方案如下。四、总体方案选择方案一：采用mc14433,它是一个三位半a/d转换器且能进行实时数字显示；该系统可采用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。其原理框图如下图4.1图4.1方案一原理框图方案二：以 at89c52串行口、74ls164、mc14433组成的显示电路为主；以及调档模块组成总的设计电路；如下图4.2图4.2方案二原理框图方案三：根据实验的要求我决定本方案采用adc0809和89c52单片机，adc0809是8位逐次逼近型a/d转换器，它由一个8路模拟开工、一个a/d转换器、一个三态输出锁存组成，多路开关允许8个模拟通道，允许模拟量分时输入，后经a/d转换后把数字量经三态门后传给单片机当oe端为高电平时，才允许三态门取走转换完的数据。后再经显示器显示，显示器由七段数码管构成。当使用本方案时须对单片机进行程序下载，因为本方案数据的采集是由程序在单片机内部计算再经a/d转换完成。量程的转换及多量程、欠量程均由程序控制。本方案框图如下图：8路模拟量开关8路a/d转换电路正负vrefst与clock地址锁存与译码器三态输出与锁存89c52单片机led显示器eoc五、方案比较方案一：本方案主要由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，mc1413采用四个npn三极管来对数码管进行驱动（将射极连在一起）。较另两方案比较优缺点如下： 优点:1、mc1413用四个npn代替增强了我们对反相器的理解。2、接线方便，技术要求不高。3、成本低廉，元件少，稳定性强，功耗低。4、是动态扫描。 缺点：采用led发光二极管比较费电，若能改进最好使用lcd液晶屏显示。但会增加成本。方案二：同样采用集成的mc14433为主要电压转换模块；其是利用单片及串行口来进行数据接收和发送的且是有程序可以控制的；其还用到了4个74ls164及7位移位寄存器。较另两方案比较优缺点如下： 优点：1、可以实现液晶显示能够大大节省电量消耗2、由于其是有单片机来控制的所以可以通过编程来实现动静态显示；3、维修方便可通过程序的编写来检查错误。4、可以实现功能扩充 缺点：1、采用比较智能的电压模块，所以就技术和制作成本都比较高。2、较方案一接线复杂。方案三：本方案因使用单片机，故在原理与技术条件上上了一个层次。信号的采集、转换、显示是在单片机内部程序的控制下完成的。由于单片机本身并没有a/d转换器，所以得外接主次逼近型a/d转换器ad0809，以利用单片机的并行口p1.0-p1.7，同时显示部分也利用了单片机的并行口p0.0-p0.7，以外接数码管的段选控制。同时我采用了把数码管的各引脚对应的接在了一起，这样在控制数码管的显示时我采用循环扫描，既可以节省了外围器件的使用，同时也节省了数码显示部分四分之一的电。因为单片机和a/d0809也是低功耗的器件，所以整个电路还是很省电的，但是也因为单片机的使用使万用表的成本升高了，只一片单片机就10多元，使用方便但控制受程序限制，非专业人员不易董。不易实现它的商品化，因此本方案可实现不可实施。综上所述: 由于mc14433抗干扰性强输入阻抗可以达到=1000m；转换精度高；自动校零；自动极性输出；自动量程控制信号输出；动态字位扫描bcd码输出；单基准电压；我们小组采用了方案一。六、可行性分析报告（一）、电路功能实现mc14433是3 1/2位双积分型a/d转换器，由缓冲器a1、积分器a2、比较器a3、积分电阻r1、积分电容c1、自动调零电容c0、以及模拟开关s1s4所组成。在方案一中的电路图结构中可以看出它是一种多功能芯片，其显示方式为动态扫描，它有四个选通输出端ds1-ds4，高电平有效。当ds1=1时，q3、q2、q1、q0输出的bcd码千位；当ds2=1时，q3、q2、q1、q0输出的bcd码对应于百位，其他以此类推。mc14433基准电压uref由外电路提供，即由rp电位器提供200mv或2v的基准电压。mc1413用四个npn管代替，它有两个作用：一是将位选输出的正方波反相变为负方波以便选入到led的共阴极；二是增加驱动能力。mc1403为一能隙基准电压源，通过rp可调节基准电压的大小。整个电路的基本工作过程如下：3 1/2数字电压表通过位选信号ds1ds4进行动态扫描显示，其中mc14433用来实现a/d转换、计数和控制逻辑等主要功能。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，只要配上一块译码器，就可以将转换结果一数字方式实现四位数字的led发光数码管动态扫描。ds1ds4为输出多路调制选通脉冲信号，ds选通脉冲为高电平则表示对应数位被选通，此时，该位数据在q3q3端输出。ds和eoc时序关系是在eoc脉冲结束之后，紧接着是ds1输出正脉冲，以下依次是ds2、ds3、ds4，其中ds1对应高位（msd）ds4对应低位（lsd）。对应位选通期间，q0q3输出以bcd码形式数据，ds1选通期间q0q3输出千位的半位数0或1及过量程、欠量程和极性标志信号。q3表示千位，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即最高位消隐，可以认为是最高位因出现无效零而自动消隐；q2表示被测电压的极性，q2的电平为1，表示极性为正，即vx0，q2的电平为0，表示极性为负，即vxvref 时，or输出低电平，正常量程or为高电平。故此端接cd4511的片选端及bi端。8、ds4ds1：分别是多路调制选通脉冲信号个位、十位、百位和千位输出端，当ds端输出高电平时，表示此刻q。q3 输出的bcd 代码是该对应位上的数据。9、q0-q3：分别是ad 转换结果数据输出bcd代码的最低位(lsb)、次低位、次高位和最高位输出端。10、电阻选定：由于数码管有七个发光二极管组成，且三极管饱和是vbe=vce;所以为保护数码管不被击穿且亮度在适当范围所以r5r11=（5-0.7-0.7）/1*1000=360;取300；八、所测波形图（如下图）九、元器件（见表8.1）三极管pnp, 稳压管2.2v, 二极管1n4001, 运放lm324,三极管npn, 数码管八段, bcd译码器cd4511, 三位半a/d转器mc14433,拨档开关, 极性电容(10f)，电容0.1f,100f,47f表8.1序号名称型号数量1a/d转换器mc1443312译码器cd451113显示器七段显示器14驱动器mc141315基准电压mc140316电阻10k*4,470k*2, 9k,90k,900k, 1k,47k*2,100*10,10k*4,2k*5,7507电容0.1f48电阻200滑动变阻器*2,1k滑动变阻器9二极管in4004*4,diode,in4148*3,in4008*2注：因为实验室无驱动器m1413，故用三极管（npn型）代替，而且还需要三极管pnp一个用作测量电阻电路。ac/dc，测量电阻，电容电路共需要6个运放器，以及导线若干。十、组装调试和心得体会 经过两周的查找资料，终于得到最后的实验图。但是却在实施电路时遇到了许多问题，以下是我在这次设计中的体会。首先，为了防止因为线不通导致失败，我们先进行测线。由于实验室新到了一批线，测试过程很轻松。然后我们按照原理图接线，我们六人分工合作，按照图纸进行接线，进程还比较顺利。接线进行到对三极管进行连接时遇到了问题，一开始我们没有注意到它是npn还是pnp型,导致了误接，所以一开始数码管没有全部显示。经过我们一次又一次的细心检查，终于发现了这个问题。之后，经过我们的修改，接上电源，数码管终于出数字了，实验终于顺利完成。接下来是老师的提问，是关于三极管的问题。由于我对三级管的原理比较了解但是对电路原理不是特别了解，所以没有很好地回答上老师的问题，只是回答了部分原理，没有回答全。之后，老师给我们简要介绍了三极管和电压使数码管有显示的原理，我们非常感谢老师。这次课程设计是一次很难得的锻炼机会，我第一次使用这么多电子器件来组装一个实际电路，虽然接线比较复杂，很容易出现错误。但我们还是完成了任务，动手能力和分析解决实际问题的能力等有比较大的提高。总之，此次课程设计让我受益匪浅。参考文献（1）、康华光.电子技术基础:模拟部分.5版.北京:高等教育出版社,2006 （2）、阎石.电子技术基础:数字部分.5版.北京:高等教育出版社,2006（3）、高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.2版.北京:电子工业出版社,2005,341页 （4）、沙占友.新型数字电压