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3位半电压表课程设计.doc

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.19M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    一、题目及设计目的
    二、设计要求
    三、方案设计与论证
    （1）、主控芯片
    （2）显示部分
    四 、设计原理及电路图
    （1）数字电压表原理框图如下：
    ①量程转换模块
    ②基准电压模块
    ③ 3 1/2位A/D电路模块
    ④字形译码驱动电路模块
    （2）实验芯片简介：
    ②七段锁存-译码-驱动器CD4511  （如图二） 
    ③高精度低漂移能隙基准电源MC1403 （如图四）
    （3）实验电路图：
    五、元器件清单
    六、参数计算
    七、结论与心得
    河北建筑工程学院 《电子技术》课程设计报告 题目： 三位半数字电压表电路的设计 院（系）:_ 河北建筑工程学院电气系 _ 专业班级: __ 电子 101_______ 学生姓名: 学 号: 王小冬 2010315130 指导老师： 张红岭 _____ 设计地点:河北建筑工程学院新校区 设计时间: 2012-6-11 至 2012-6-24
    目 录 一、题目及设计目的........................................................................................... - 1 - 二、设计要求...................................................................................................... - 1 - 三、方案设计与论证........................................................................................... - 1 - （1）、主控芯片............................................................................................................................................- 1 - （2）显示部分..............................................................................................................................................- 1 - 四 、设计原理及电路图 ......................................................................................- 2 - （1）数字电压表原理框图如下：..............................................................................................................- 2 - ①量程转换模块........................................................................................................................................- 2 - ②基准电压模块........................................................................................................................................- 2 - ③ 3 1/2 位 A/D 电路模块........................................................................................................................- 3 - ④字形译码驱动电路模块........................................................................................................................- 4 - ⑤显示电路模块.......................................................................................................... 错误！未定义书签。 （2）实验芯片简介：.................................................................................................... 错误！未定义书签。 ①三位半 A／D 转换器 MC14433...........................................................................................................- 6 - ②七段锁存-译码-驱动器 CD4511 （如图二）.....................................................................................- 9 - ③高精度低漂移能隙基准电源 MC1403 （如图四）........................................................................ - 10 - （3）实验电路图：....................................................................................................................................- 11 - 五、元器件清单................................................................................................ - 12 - 六、参数计算.................................................................................................... - 12 - 七、结论与心得................................................................................................ - 13 - 参考文献........................................................................................................... - 13 -
    数字电压表电路设计报告 一、题目及设计目的 1、题目：3 1/2 位数字电压表 2、设计目的：通过电子技术的综合运用，熟悉了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、巩固模电、数电的内容。 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，设计出两个具有数字电压表 功能的方案；要求写出实现工作原理，画出电原理功能图，并描述其功能。 2、对将要进行实验的方案，须采用中、小规模集成电路、A/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； 测量交流电压 1999-199V。 三、方案设计与论证 （1）、主控芯片 方案 1：选用 A/D 转换芯片 MC14433、CD4511、MC1413、CD4011 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，优点是工作性能比较 稳定，抗干扰能力比较强。 方案 2：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。 基于课程设计的要求，以及元器件现有状况，选择方案一进行试验。 （2）显示部分 方案 1：选用 4 个单体的共阴数码管。优点是价格比较便宜；缺点是焊接时比 较麻烦，容易出错。 方案 2：选用点阵显示器。优点是能显示文字和数字；缺点是其内部结构较为 复杂，不易连接。 基于实验室元器件的现有提供情况，选用了方案一。 - 1 -
    四 、设计原理及电路图 （1）数字电压表原理框图如下： 方案 1 的原理框图如图 a 所示； 方案 2 的原理框图如图 b 所示； 基准电压 量程选择 积分 RC 元件 直 流 稳 压 3 1/2 位 A/D 电路 字 形 译 码 驱 动 电路 图 a 显示电路 字位驱 动电路 显 示 电 路 电 压 转 化 芯 片 INC7107 图 b 选用方案一，由数字电压表原理框图可知,数字电压表由五个模块构成,分别是基 准电压模块, 3 1/2 位 A/D 电路模块,字形译码驱动电路模块,显示电路模块,字位驱 动电路模块. 各个模块设计如下: ①量程转换模块 输出采用多量程选择的分压电阻网络，可设计四个分压 电阻大小分别为 900KΩ，90KΩ，9KΩ和 1KΩ。用无触点 模拟开关实现量程的切换。 ②基准电压模块 - 2 -
    这个模块由 MC1403 和电位器构成, 提供精密电压，供 A/D 转换器作参考电压. ③ 3 1/2 位 A/D 电路模块 直流数字电压表的核心器件是一个间接型 A / D 转换器，这个模块由 MC14433 和 积 分 元 件 构 成 , 将 输 入 的 模 拟 信 号 转 换 成 数 字 信 号 。 - 3 -
    ④字形译码驱动电路模块 这个模块由 CD4511 构成 ,将二—十进制(BCD)码转换成七段信号。 ⑸ 这个模块由数码管构成,将译码器输出 的 七段信号进行数字显示，同时 根据数位选择电路选择是否输出小数 点，读出 A/D 转换结果。在实验中应用 四块数码管以实现三位半输出。 （2）实验芯片简介： 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 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。本系统是三位半数字电压表,三位半是指十进制数 0000～1999。所谓 3 位是 指个位、十位、百位，其数字范围均为 0～9，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。 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。 驱动器代替器件(CD4011):四二输入与非门集成电路。 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。 - 4 -
    工作过程如下： 三位半数字电压表通过 DS1～DS4 进行动态扫描显示，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，因此只要配上一块译码器，就可以将转换 结果以数字形式实现四位数字的 LED 发光数码管动态扫描显示。DS1～DS4 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 Q0～Q3 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，DS3 和 DS4。其中 DS1 对应最高位(MSD)，DS4 则对应最低位(LSD)。在对应 DS2，DS3 和 DS4 选通期间，Q0～Q3 输出 BCD 全位数据，即以 8421 码方式输出对应的数 字 0～9．在 DS1 选通期间，Q0～Q3 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 Q0～Q3 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 Q3=0,Q0=1 时，表示 Ux 处于过量程状态； 当 Q3=1，Q0=1 时，表示 Ux 处于欠量程状态。 当 当 OR = 0 时，|UX|>1999，则溢出。|UX|>UR 则 OR = 1 时，表示|UX|
    ①三位半 A／D 转换器 MC14433 MC1433 功能原理图 MC14433 电路是一个低功耗三位半双积分式 A/D 转换器。 MC14433 内部模拟电路实现功能：（1）提高 A/D 转换器的输入阻抗，使输入阻 抗可达 l00MΩ以上；（2）和外接的 RI、CI 构成一个积分放大器，完成 V/T 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”或“0”。比较器的输出作为内 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 内部含有四位十进制计数器，对反积分时间进行 3 位半 BCD 码计数(0～ 1999)，并锁存于三位半十进制代码数据寄存器，在控制逻辑和实时取数信号(DU)作 用下，实现 A/D 转换结果的锁定和存储。借助于多路选择开关，从高位到低位逐位输 出 BCD 码 Q0～Q3，并输出相应位的多路选通脉冲标志信号 DS1～DS4 实现三位半数码 的扫描方式（多路调制方式）输出。 MC14433 内部的控制逻辑是 A/D 转换的指挥中心，它统一控制各部分电路的工作。 根据比较器的输出极性接通电子模拟开关，完成 A/D 转换各个阶段的开关转换，产生 定时转换信号以及过量程等功能标志信号。在对基准电压 VREF 进行积分时，控制逻 辑令 4 位计数器开始计数，完成 A/D 转换。 MC14433 内部具有时钟发生器，它通过外接电阻构成的反馈，井利用内部电容形 成振荡，产生节拍时钟脉冲，使电路统一动作，这是一种施密特触发式正反馈 RC 多 谐振荡器，一般外接电阻为 360kΩ时，振荡频率为 100kHz；当外接电阻为 470kΩ时， 振荡频率则为 66kHz，当外接电阻为 750kΩ时，振荡频率为 50kHz。若采用外时钟频 率。则不要外接电阻，时钟频率信号从 CPI(10 脚)端输入，时钟脉冲 CP 信号可从 CPO(原文资料为 CLKO)(11 脚)处获得。MC14433 内部可实现极性检测，用于显示输入 电压 UX 的正负极性；而它的过载指示(溢出)的功能是当输入电压 Vx 超出量程范围 时，输出过量程标志 OR（低有效）。 - 6 -
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