简易双积分式数字电压表.doc

辽 宁 工 业 大 学电子综合设计与制作（论文）题目：简易双积分式数字电压表院（系）：专业班级：学 号：学生姓名指导教师：教师职称 起止时间： 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室：电子信息工程学 号060304051学生姓名张娜专业班级电子062课程设计（论文）题目简易双积分式数字电压表课程设计（论文）任务设计任务：本课题要求设计一个简易双积分 位数字电压表并调试出结果。 技术指标及要求： 1 、被测电压范围： 0+2V 。 2 、测量精度； 1% 。 3 、具有过量程闪烁指示。设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日目 录第1章 简易双积分式数字电压表设计方案论证11.1简易双积分式数字电压表的应用意义11.2简易双积分式数字电压表设计的要求及技术指标11.3 设计方案论证11.4 总体设计方案框图及分析4第2章 简易双积分式数字电压表各单元电路设计52.1 双积分A/D转换器的设计52.2 用7448驱动BS201的连接和74160设计显示器5第3章 简易双积分式数字电压表整体电路设计63.1 整体电路图及工作原理63.2 电路参数计算73.3 整机电路性能分析8第4章 设计总结11参考文献11第1章 简易双积分式数字电压表设计方案论证1.1简易双积分式数字电压表的应用意义简易双积分电压表由两部分组成，一部分是模拟电路，另一部分是数字电路。模拟电路和数字电路是相互联系的，一方面由 控制逻辑单元产生控制信号，按照规定的时序将各组模拟开关接通或断开，保证简易双积分电压表正常运行，另一方面模拟电路中的比较器输出信号又控制着数字电路的工作状态和显示结果。数字电压表是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。双积分型转换器是一种间接转换器，它首先将输入的模拟电压转换成与之成正比的时间宽度信号，然后在这个时间宽度里对固定频率的时钟脉冲计数，计数的结果就是正比于输入模拟电压的数字信号。1.2简易双积分式数字电压表设计的要求及技术指标1 、被测电压范围： 0+2V 。 2 、测量精度； 1% 。 3 、具有过量程闪烁指示。1.3设计方案论方案1：量程开关关A Aa A/D转换器基准电压源振荡器计数器逻辑控制器数字显示器七段译码驱动器Vi数字电压表的组成框双积分式A/D转换图：VrefVx时钟源逻辑控制电路闸门电路十进制计数器 其工作原理如下：转换开始前（转换信号Vl=0）先将计数器清零，使积分电容C完全放电。Vl=1时开始转换。转换分两步进行。第一步，令开关合到输入信号的电压Vi一侧，积分器对Vi进行固定时间T1的积分。积分结束时积分器的输出电压为V0=1/C-Vi*dt/R=-T1Vi/RC第二部，令开关转接至参考电压（或称为基准电压）-Vref一侧，积分器向反方向积分。如果积分器的输出电压上升到零时所经过的积分时间为T2，则可得V0=1/CVref*dt- T1Vi/RC=0故得到T2=T1*Vi/Vref方案2：初始阶段利用MC14433芯片为基准电压，通过MC14433芯片作为转换器将模拟信号转化为数字信号，对其译码变成七段信号，利用驱动器驱动并利用LED进行显示，最后利用显示器将其电压值显示出来就达到测量的目的。MC14433作为A /D转换器，将输入的模拟信号转化为数字信号MC4511作为译码器将二十进制(BCD)码转换成七段信号MC14403作为基准电源提供精密电压，为A/D转换器做参考电压MC1413作为驱动器，驱动显示的七个发光管，并且驱动发光数码管（LED）进行显示显示器，将译码器输出的七段信号进行数字显示，读出A/D转换的结果输入A/D译码驱动显示数字显示输出工作原理：数字电压表将被测模拟量转换为数字量，并进行实时数字显示。该系统（如图所示）可采用 MC144333 .5位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MCl403 和共阴极 LED 发光数码管组成。 本系统是 3.5 位数字电压表，3.5 位是指十进制数00001999。所谓 3位是指个位、十位、百位，其数字范围均为09，而所谓半位是指千位 数，它不能从0 变化到 9，而只能由0变到 l，即二值状态，所以称为半位。 其工作框图为：这里方案1中的芯片适合制作高亮度的数字电压表和数字面板表，还可以构成智能仪器或测控系统；而方案2中的芯片适合制作手持式低功耗数字电压表及数字万用表。两种各有特色，但我选择方案1。 1.4总体设计方案框图及分析简易双积分电压表主要由模拟电路和数字电路两大部分组成，模拟部分包括输入放大器、A/D转换器、和基准电源；数字部分包括计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。其中，A/D转换器将输入的模拟量转换成数字量，逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中各组模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行。A/D转换结果通过计数译码电路变换成笔段码，最后驱动显示器显示相应的数值。 译码器A/D转换器电压表 数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。第2章 简易双积分式数字电压表各单元电路设计2.1双积分A/D转换器双积分A/D转换器是一种间接A/D转换器，它首先将输入的模拟电压信号转换成与之正比的时间信号，然后在这个时间宽度里对固定频率的时钟脉冲计数，计数结果就是正比于输入模拟电压的数字信号。2.2用7448驱动BS201的连接和74160设计显示器7448的输出电路可以看出，当输出管截止输出为高电平时，流过发光二极管的电流是由Vcc经2000欧姆上的电阻提供的。当Vcc=5时，这个电流只有2毫伏左右。如果数码管需要的电流大于这个数值的时候，应该在2000欧姆的上拉电阻上 再并联适当的电阻。第3章 简易双积分式数字电压表整体电路设计3.1整体电路图及工作原理电压表内部包括模拟电路和数字电路两大部分，二者是互相联系的。一方面由控制逻辑产生控制信号，按规定时序将多路模拟开关接通或断开，保证A/D 转换正常进行；另一方面模拟电路中的比较器输出信号又控制着数字电路的工作状态和显示结果。模拟电路由双积分式A/D转换器构成，主要包括基准电压源（E0）、积分器（A2）、比较器（A3）和模拟开关等组成。整体电路图：3.2电路参数计 参数名称 符号 测试条件 最小值 典型值 最大值基准电压的温度系数 Ta 接25欧姆电阻 80输入电流 I U=0v 1 10比例读数 ZR U=0v,Um=200mv -0 0 0翻转误差 PR U=Uref=100 999 999/1000 1000非线形误差 NL U=200 -1 0.2 10读数温漂 A U=0 0.2 1内部几转电压源 Eo U+到U- 2.4 2.8 3.2电源电压 E U+-U- 7 9 15液晶驱动电压 Udisp U=9 4 5 6共模抑制比 CMR 863.3整机电路性能分析它主要由模拟电路和数字电路两大部分组成，模拟部分包括输入放大器、A/D转换器、和基准电源；数字部分包括计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。其中，A/D转换器将输入的模拟量转换成数字量，逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中各组模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行。A/D转换结果通过计数译码电路变换成笔段码，最后驱动显示器显示相应的数值。第4章 设计总结此次课程设计中我投入了最大的热情和精力，从设计电路图，选择元器件，使用EWB仿真电路，其过程中出现了不少的问题，我没有气馁，没有退缩，积极向老师和同学请教，并且一遍又一遍的重复实践，直到我们期望的结果实现。事实也证明我们的努力没有白费，认真严谨的实习态度给我们带来了成功的喜悦！快乐而充实的时光总是很快，转眼间为期两周的课设已经快结束了，虽然有点累，当是通过本次课设使我学到了不少东西：首先，本次课设使我的电类知识