基于MC14433的3位半数字万用表_原创

1、11河北建筑工程学院课程设计报告书课程名称： 电子技术综合课程设计 学 院： 电气工程学院 专 业： 建筑电气与智能化 班 级： 电智 121 学 号： 2012318113 学生姓名： 沈 指导教师： 杜 职 称： 讲师 2014年7 月 3 日目录一、题目及设计目的 3二、设计要求 3 三、方案设计与论证 3四、设计原理、电路图及各部分功能简介4.1、原理图 4 4.2、功能简介 44.3、单元电路设计 44.3.1、MC14433 54.3.2、MC1403 64.3.3、MC1413 64.3.4、MC4013 64.3.5、CD4511 74.3.6、显示及小数点控制电路84.3.7

2、、读数保持电路 84.3.8、量程转换开关的设计 84.3.9、电压跟随器和AC-DC转换电路8五、电路的安装与调试 8六、设计心得与体会 9 附图1(元件清单)数字电压表电路设计报告一、题目及设计目的1、题目：三位半数字电压表2、设计目的：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、应完成的工作内容和具体的设计方法，同时复习、巩固以往的模电、数电内容，达到灵活应用的目的。二、设计要求1、利用所学过知识，通过上网或到图书馆查阅资料，设计出2-3个实现数字电压表的方案；只要求写出实现工作原理，画出电原理功能图，描述其功能。2、对将要实验方案，须采用中、小规模集成电路、MC14

3、433A/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。3、技术指标： 测量直流电压 1999-1V；199.9-0.1V；19.99-0.01V；1.999-0.001V；三、方案设计与论证方案一：采用双积分A/D转换器MC14433，七段译码驱动器CD4511，基准电源MC1403，反向驱动器,4只LED数码管。方案二：选用专用电压转化芯片INC7107实现电压的测量和控制。它包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管。用四位数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是精度比较低，且内部电压转换和控制部分不可控制。优点是价格低廉。方案三:根据系统功能实现要求，决定

4、控制系统采用AVR单片机，A/D转换采用其内置的10位AD、四个共阴极LED数码管。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行数据通讯上传，存储等扩展功能。根据课程设计要求，我们选择方案一。四、设计原理、电路图及各部分功能简介基准电压量程转换AC-DC转换输入MC14433A/D转换CD4511译码器字位驱动电路七段数码管显示方案一原理图直 流 稳 压电压转化芯片INC7107显 示 电 路方案二原理图输入AVR单片机最小系统基准电压量程转换AC-DC转换七段数码管显示方案三原理图鉴于选用方案一，数字显示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1 所示）可采用MC1

5、4433三位半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。 （2）各部分的功能如下： 三位半A/D转换器(MC14433)：将输入的模拟信号转换成数字信号。基准电源(MC1403)：提供精密电压，供A/D 转换器作参考电压。译码器(MC4511)：将二十进制(BCD)码转换成七段信号。驱动器(MC1413)：驱动显示器的a，b，c，d，e，f，g七个发光段，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转换结果。 （3）各部分简介：1）MC1443

6、3 1.MC14433是美国Motorola公司推出的单片3 1/2位A/D转换器，其中集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路。具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器，其主要功能特性如下： 1.精度：读数的±0.05%±1字 2.模拟电压输入量程：1.999V和199.9mV两档 3.转换速率：2-25次/s 4.输入阻抗：大于1000M 5.输入阻抗：大于1000M 6.功耗：8mW（±5V电源电压时，典型值） 7.功耗：8mW（

7、±5V电源电压时，典型值）MC14433最主要的用途是数字电压表，数字温度计等各类数字化仪表及计算机数据采集系统的A/D转换接口。2. 引脚功能简介： VAG（1脚）：被测电压VX和基准电压VR的参考地。VREF（2脚）：外接基准电压（2V或200mV）输入端VX（3脚）：被测电压输入端R1（4脚）、R1 C1（5脚）、C1（6脚）：外接积分阻容元件端C10.1f，R1470K；CO1（7脚）、CO2（8脚）：外接失调补偿电容端，典型值0.1f。DU（9脚）：实时显示控制输入端。若与EOC（14脚）端连接，则每次A / D转换均显示。CP1 （10脚）、CP0 （11脚）：时钟振荡外

8、接电阻端，典型值为470K。CP1CP0端外接电阻R9330 k，采样速率约为4次s。VEE （12脚）：电路的电源负端，接5V。VSS （13脚）：除CP外所有输入端的低电平基准（通常与1脚连接）。EOC（14脚）：转换周期结束标记输出端，每一次A/D转换周期结束，EOC 输出一个正脉冲，宽度为时钟周期的二分之一。OR（15脚）：过量程标志输出端，当VXVR 时，OR输出为低电平。DS4DS1 （1619脚）：多路选通脉冲输入端，DS1对应于千位，DS2 对应于百位，DS3 对应于十位，DS4对应于个位。Q0Q3 （2023脚）：BCD码数据输出端，DS2、DS3、DS4选通脉冲期间，输出三

9、位完整的十进制数，在DS1选通脉冲期间，输出千位0或1及过量程、欠量程和被测电压极性标志信号。3.工作原理：三位半数字电压表通过位选信号DS1DS4进行动态扫描显示，由MC14433电路的A/D转换结果采用BCD码多路调制方法输出，通过译码器译码，将转换结果以数字方式实现四位数字的LED发光数码管动态扫描显示。DS1DS4输出多路调制脉冲信号。DS选通脉冲高电平，则表示对应的数位被选通，此时该数据在Q0Q3端输出。每个DS选通脉冲高电平宽度为18个时钟脉冲周期。两个相邻选通脉冲之间间隔2个时钟脉冲周期。DS和EOC的时序关系是在EOC脉冲结束后，紧接着是DS1输出正脉冲。以下依次为DS2、DS

10、3和DS4。其中DS1对应最高位，DS4则对应最低位。在对应DS2、DS3和DS4选通期间，Q0Q3输出BCD码全位数据，即以8421码方式输出对应的数字09。在DS1选通期间，Q0Q3输出千位的半位数。或1及过量程、欠量程和极性标志信号。过量程是当输入电压Vx超过量程范围时，输出过量程标志信号/OR。当Q3=0，Q0=1时，表示Vx处于过量程状态。当Q3=1，Q0=1时，表示Vx属于欠量程状态。当OR=0时，|Vx|>1999，则溢出；|Vx|>Vr，则OR输出低电平。当OR=1时，表示|Vx|<Vr。正常时OR输出高电平，表示被测量在量程内。2）MC1403A/D转换需要

11、外接标准电压源作参考电压。标准电压源的精度应当高于A/D转换器的精度。本实验采用MC1403集成精密稳压源作参考电压，MC1403的输出电压为 2.5V，当输入电压在4.515V 范围内变化时，输出电压的变化不超过3mV，一般只有0.6mV左右，输出最大电流为10mA。3）MC1413 MC1413采用NPN达林顿复合晶体管的结构，因此有很高的电流增益和很高的输入阻抗，可直接接受MOS或CMOS集成电路的输出信号，并把电压信号转换成足够大的电流信号驱动各种负载。该电路内含有7个集电极开路反相器。MC1413采用16引脚的双列直插式封装。每一驱动器输出端均接有一释放电感负载能量的抑制二极管。4）

12、MC4013现利用双D触发器MC4013的一半作二分频器。 作触发器复位信号EOC作时钟脉冲。常态下，OR1 Q1 BI1，能正常显示；一旦发生超量程， OR0，EOC信号经二分频后加至CD45511的 端，令显示器低频闪烁。MC4013有两个作用：第一，将EOC窄脉冲变成方波；第二，对EOC进行二分频，当超出量程时，数码管将以原动态扫描的一半频率进行闪烁，从而进行超量程报警。5）七段锁存-译码-驱动器CD4511  CD4511 是专用于将二-十进制代码(BCD)转换成七段显示信号的专用标准译码器，它由4位锁存器，7段译码电路和驱动器三布分组成。(1) 四位锁存器(LAT

13、CH)：它的功能是将输入的A，B，C 和D代码寄存起来，该电路具有锁存功能，在锁存允许端（LE 端，即LATCHENABLE）控制下起锁存数据的作用。当LE=1时，锁存器处于锁存状态，四位锁存器封锁输入，此时它的输出为前一次LE=0时输入的BCD码；当LE=0时，锁存器处于选通状态，输出即为输入的代码。由此可见，利用LE 端的控制作用可以将某一时刻的输入BCD代码寄存下来，使输出不再随输入变化。(2) 七段译码电路：将来自四位锁存器输出的BCD 代码译成七段显示码输出，MC4511中的七段译码器有两个控制端：LT(LAMP TEST)灯测试端。当LT = 0时，七段译码器输出全1，发光数码管各

14、段全亮显示；当LT = 1时，译码器输出状态由BI端控制。 BI (BLANKING)消隐端。当BI = 0时，控制译码器为全0输出，发光数码管各段熄灭。BI = 1时，译码器正常输出，发光数码管正常显示。上述两个控制端配合使用，可使译码器完成显示上的一些特殊功能。(3) 驱动器：利用内部设置的NPN 管构成的射极输出器，加强驱动能力，使译码器输出驱动电流可达20mA。CD4511电源电压VDD的范围为5V-15V，它可与NMOS电路或TTL电路兼容工作。CD4511采用16引线双列直插式封装，引脚分配和真值表参见图2。使用CD451l时应注意输出端不允许短路，应用时电路输出端需外接限流电阻。

15、6）显示及小数点控制电路；从MC14433输出的BCD码经过CD4511译码后，连接到三个七段数码管。位选通信号经过反相器分别接4只数码管的公共阴极，在DS1DS4位选通信号的控制下进行动态扫描显示。反相器有两个作用：第一，将DS1DS4反相成低电平有效，以便接LED数码管的公共阴极；第二，增加驱动能力。排阻为限流电阻。负极性显示的原理是，当DS2，从Q4端输出高电平，加至MC1413的第A4脚。Y4脚输出低电平。数码管百位被选中点亮。7）读数保持电路；当开关S断开时能正常进行A/D转换，显示值被不断地刷新；闭合S时DU0，A/D 转换结果就长期保持下来，此时A/D 处于锁存状态。保持时间即开

16、关闭合时间。8）量程转换开关 数字电压表的设计要求量程为： 0.0011.999V,0.0119.99V,0.1199.9V,01999V选MC14433的基准电压为2V,则其量程为0.0011.999V , 所以其他量程分别×10 ×100 ×1000档位。电路如图用4个电阻串联进行分压，使进入MC14433 电压均小于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 则R1=9M R2=900K R3=90K五、电路的安装与调试

17、1、 数码显示部分的组装与调试 (1) 实际实验中采用4个8段数码管，将千位数码管bc并联作为千位1，g作为符号显示。 Mc1413用NPN三极管与电阻搭接的反相器替代。 (2) 先将4个数码管插入试验箱IC座，插好芯片MC4511与三极管反相器，将输入端与逻辑电平试验箱相连。 (3) 调节实验箱逻辑电平高低检查译码显示是否正常。如果所有4位数码管显示正常，则说明显示部分工作正常。 2、 标准电压源的连接和调整； 实验中利用实验台的电压源，数字电压表与实验箱上的可变电阻搭接成为标准电压源替代MC1403。 3、 核心电压表部分； (1) 插好芯片MC14433，接电路全图接好全部线路。 (2)

18、 将输入端接地，接通电源，此时显示器将显示000，如果不是，应检测电源正负电压。用示波器测量DS1DS4 ，Q0Q3的波形，判别MC14433是否工作。 (3) 用电阻、电位器构成一个简单的输入电压调节电路，调节电位器，4位数码将相应变化，然后进入下一步精调。 (4) 用实验台数字电压表测量输入电压，调节电位器，使输入电压为1.000V，这时被调电路的电压指示值不一定显示“1.000”，应调整基准电压源，使指示值与标准电压表误差个位数在5之内。 (5) 改变输入电压，使其为1.000V，检查“”是否显示。 (6) 在+1.999V01.999V量程内再一次仔细调整（调基准电源电压）使全部量程内的误差均不超过个位数在5之内。 至此一个测量范围在±1.999的三位半数字直流电压表调试成功。六、设计心得与体会经过两周的课程设计，我们通过自己的查阅，课本上的知识还有老师的指导，是我们平时课本上的知识得到了实验。通过这次设计使我们更加明白了知识联系实践的重要性，以及各种知识的联系。加深了