数字电压表(数字电路课设)

1、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： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 年 月 日1、 三位半数字电压表 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。2、 功能要求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：

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。三、 技术指标： 测量直流电压1999-0001V；199.9-0.1V；19.99-0.01V；1.999-0.001V4、 方案设计方案一：基于MC14433的数字电压表该方案大致分为五个模块，分别为基准电压模块；A/D转换模块；字形译码驱动模块；显示电路模块；字位驱动模块。由图1可以清楚地看出，交流电流经过AC/DC转换成直流，经过电阻分压集稳压放大后进入双积分转换器MC14433测量，再通过CD4511译

3、码器经过A/D转换器位选电路送到LED显示，完成电压测试。其原理框图如下图1图1方案二：该方案将直流电压和交流电压转换电路直接同芯片INC7107连接组成，INC7107将转换后的数据显示在LED显示数码管上。INC7017为CMOS3 1/2为单片双积分式A/D转换器，集模拟部分的缓冲器、积分器、电压比较器、正负电压参考源和模拟开关，以及数字部分的振荡器、计数器、锁存器、译码器、驱动器、控制器和逻辑电路于一身的芯片。使用时只需少量电阻、电容等器件即可完成模拟量到数字量的转换。其原理框图如下图2 图2 方案三：利用成熟芯片ICL7107实现电压的测量，用四位数码管显示出最后的转换电压的结果。其

4、原理框图如下图3图35、 方案比较 方案一：选用A/D转换芯片MC14433、CD4511、MC1413、MC1403实现电压的测量，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是工作速度低，优点是精度较高，工作性能比较稳定，抗干扰能力比较强。器件价格合适，采购方便，成本低，易实施。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：利

5、用成熟芯片ICL7107优点：可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。综合比较三个方案，方案一结构简单，易实施，价格合适且工作精度高，比较稳定，抗干扰能力强；而方案二虽然价格低廉，但是精度较低；方案三规模大较复杂，综合比较我们选择了方案一。六、/位数字电压表部件构成：三位半A/D转换器(MC14433)：将输入的模拟信号转换成数字信号。基准电压（MC1403）：提供精密电压，供A/D转换器做参考电压。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

6、数码管（LED）进行显示。显示器：将译码输出的七段信号进行数字显示，读出A/D转换结果。工作过程：三位半数字电压表通过位选信号DS1DS4进行动态扫描显示，由于MC14433电路的AD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输出多路调制选通脉冲信号。DS选通脉冲为高电平时表示对应的数位被选通，此时该位数据在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D

7、S2，DS3和DS4。其中DS1对应最高位(MSD)，DS4则对应最低位(LSD)。在对应的DS2，DS3和DS4选通期间，Q0Q3输出BCD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0或l及过量程、欠量程和极性标志信号。在位选信号DS1选通期间Q0Q3的输出内容如下：Q3表示千位数，Q3=0代表千位数的数宇显示为1，Q3=1代表千位数的数字显示为0。Q2表示被测电压的极性，Q2的电平为1，表示极性为正，即UX>0，Q2的电平为0，表示极性为负，即UX<0。显示数的负号(负电压)由MC1413中的一只晶体管控制，符号位的“-阴极与千位

8、数阴极接在一起，当输入信号UX为负电压时，Q2端输出置“0”， Q2负号控制位使得驱动器不工作，通过限流电阻RM使显示器的“-”(即g 段)点亮；当输入信号UX为正电压时，Q2端输出置“1”，负号控制位使达林顿驱动器导通，电阻RM接地，使“-”旁路而熄灭。小数点显示是由正电源通过限流电阻RDP供电燃亮小数点。若量程不同则选通对应的小数点。过量程是当输入电压UX超过量程范围时，输出过量程标志信号OR-。当OR-= 0 时，|UX|>1999，则溢出。|UX|>UR则OR-输出低电平。当OR- = 1时，表示|UX|<UR。平时OR输出为高电平，表示被测量在量程内。MC14433

9、的OR-端与MC4511的消隐端BI-直接相连，当UX超出量程范围时，OR-输出低电平，即OR-= 0 BI- = 0 ，MC4511译码器输出全0，使发光数码管显示数字熄灭，而负号和小数点依然发亮。元器件介绍：1.三位半AD转换器MC14433在数字仪表中，MC14433电路是一个低功耗三位半双积分式AD转换器。和其它典型的双积分A/D转换器类似，MC14433AD转换器由积分器、比较器、计数器和控制电路组成。如果必要设计应用者可参考相关参考书。使用MC14433时只要外接两个电阻(分别是片内RC 振荡器外接电阻和积分电阻RI)和两个电容(分别是积分电容CI和自动调零补偿电容C0)就能执行三

10、位半的AD转换。MC14433内部模拟电路实现了如下功能：（1）提高AD 转换器的输入阻抗，使输入阻抗可达l00M以上；（2）和外接的RI、CI构成一个积分放大器，完成VT 转换即电压时间的转换；（3）构造了电压比较器，完成“0”电平检出，将输入电压与零电压进行比较，根据两者的差值决定极性输出是“1”还是“0”。比较器的输出用作内部数字控制电路的一个判别信号；（4）与外接电容器C0构成自动调零电路。MC14433 采用24引线双列直插式封装，外引线排列，参考下图的引脚标注，各主要引脚功能说明如下： (1)端：VAG，模拟地，是高阻输入端，作为输入被测电压UX和基准电压VREF的参考点地。(2)

11、端：RREF，外接基准电压输入端。(3)端：UX，是被测电压输入端。(4)端：RI，外接积分电阻端。(5)端：RICI，外接积分元件电阻和电容的公共接点。(6) 端，C1，外接积分电容端，积分波形由该端输出。(7) 和(8)端：C01和C02，外接失调补偿电容端。推荐外接失调补偿电容C0取0.1F。(9)端：DU，实时输出控制端，主要控制转换结果的输出，若在双积分放电周期即阶段5开始前，在DU端输入一正脉冲，则该周期转换结果将被送入输出锁存器并经多路开关输出，否则输出端继续输出锁存器中原来的转换结果。若该端通过一电阻和EOC 短接，则每次转换的结果都将被输出。(10)端：CPI (CLKI)，

12、时钟信号输入端。(11)端：CPO (CLKO)，时钟信号输出端。(12)端:VEE，负电源端，是整个电路的电源最负端，主要作为模拟电路部分的负电源，该端典型电流约为0.8mA，所有输出驱动电路的电流不流过该端，而是流向VSS端。(13)端：VSS负电源端(14)端：EOC，转换周期结束标志输出端，每一AD转换周期结束，EOC端输出一正脉冲,其脉冲宽度为时钟信号周期的12。(15)端：OR,过量程标志输出端，当|UX|>VREF时，OR输出低电平，正常量程OR为高电平。(16)(19)端：对应为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

13、示此刻Q0Q3输出的BCD 代码是该对应位上的数据。(20) （23）端：对应为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。(24) 端：VDD，整个电路的正电源端2七段锁存-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(LATCH)：它的功能是将A,B，C 和代码寄存起来，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

14、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

15、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，引脚分配见下图。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。3量程选择电路 如下图中四个电阻串联分压设计，总电阻值10M，当开关S1闭合时，为最小量程2V；当开关S2闭合时，衰减10倍，其量程为20V；当开关S3闭合时，衰减100倍，其量程为200V；当开关

16、S3闭合时，衰减100倍，其量程为200V。通过电阻对不通电压进行不同的分压，从而得到固定范围内的相对较小的电压输入至MC14433进行模数转换，输出至数字显示器上。4.单相桥式整流滤波电路 电路为单向桥式整流电路，适用于大电压的整流。电路TR为电流变压器，它的作用是将交流电网电压V1变成整流电路要求的电压V2=Sinwt，四支整流二极管D1D4接成电桥的形式。5高精度低漂移能隙基准电源MC1403 MC1403的输出电压的温度系数为零，即输出电压与温度无关该电路的特点是： 温度系数小； 噪声小； 输入电压范围大，稳定性能好,当输入电压从+45V变化到+15V时，输出电压值变化值小于3mV；输

17、出电压值准确度较高，y。值在2.475V2.525V 以内； 压差小，适用于低压电源； 负载能力小，该电源最大输出电流为10mA。MC1403用8条引线双列直插标准封装，如下图所示。7、 心得体会 当听到老师布置的这个任务时，我感到这是不可能完成的，因为虽然学了很多元器件，但是很难将它们联系在一起，更别说是将这么多元器件设计在一起，还要将电路图用软件画出来，用软件画图也从来没有接触过，这完全就是靠自己自学了，本来感觉毫无希望的，但是在与同学们进行了许多交流之后，我们渐渐的有了头绪，通过从网上和书上查阅资料，参考其他的设计报告，我们的设计逐渐的出来了，画图是个让人兴奋又痛苦的过程，眼睛一直盯着屏幕，但是用从未用过的软件画图激发了我无限的好奇心，越画越感兴趣，当图完成的时候真的很兴奋，我很喜欢课设，喜欢和大家一起探索的过程。8