三位半数字电压表设计方案

1 三位半数字电压表设计方案 1 设计任务和性能指标 计任务 1、掌握数字电压表的设计、组装、与调试方法。 2、熟悉集成电路 掌握其工作原理。 能指标 测试直流电压 2 设计方案 求分析 数字电压表是将被测模拟量转换为数字量，并进行实时数字显示的数字系统。 该系统可由 3 1/2 位 A/D 转换器、 路达林顿驱动 器阵列、七段锁存 驱动器、能隙基准电源 共阴极 各部分的功能如下： （ 1） 3 1/2 A/输入的模拟信号转换成数字信号。 （ 2） 基准电源：提供精密电压，供 A/ （ 3） 译码器：将二 转换成七段信号。 （ 4） 驱动器：驱动显示器的 a,b,c,d,e,f,动发光数码管（ 行显示。 （ 5） 显示器：将译码器输出的七段信号进行数字显示，读出 A/ 2 案论证 方案设计一： 选用 A/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，抗干扰能力比较强显示部分 :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。 数字电压表的基本原理： 进行实时数字显示。该系统可采用 3位半 A/译码 隙基准电源 位半数字电压表， 3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 。 数 字 电 压 表 原 理 框 图 如下： 方案设计二： 利用成熟芯片 四位数码管显示出最后的转换电压结果。优点：可直接驱动 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 。 数 字 电 压 表 原 理 框 图 如下： 3 方案 1：选用 4 个单体的共阴晶体管。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。 基于实验室元器件现有情况，我们选用了：方案 1。 各模块设计如下： 量程转换模块 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 900 90无触点模拟开关实现量程的切换。 输出 4 基准电压模块 这个模块由 电位器构成 , 提供精密电 压，供 A/D 转换器作参考电压 . 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 将输入的模拟信号转换成数字信号。 字形译码驱动电路模块 这个模块由 成 ,将二 十进制 (转换成七段信号。 5 显示电路模块 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。 6 3 系统硬件设计 3 1/2 A/D 转换器 积分式 3位 A / D 转换器，它是将构成数字和模拟电路的约 7700多个 片有 24只引脚，采用双列直插式，其引脚排列与功能如下图所示。 引脚功能说明： 1脚）：被测电压 2脚）：外接基准电压（ 200入端 3脚）：被测电压输入端 4脚）、 5脚）、 6脚）：外接积分阻容元件端 f（聚酯薄膜电容器）， 4702 27200 7脚）、 8脚）：外接失调补偿电容端，典型值 f。 9脚）：实时显示控制输入端。若与 14脚）端连接，则每次 A / 10脚）、 11脚）：时钟振荡外接电阻端，典型值为 470 12脚）：电路的电源最负端，接 5V。 13脚）：除 常与 1脚连接）。 14脚）：转换周期结束标记输出端，每一次 A / 出一个正脉冲，宽度为时钟周期的二分之一。 15脚）：过量程标志输出端，当 ， 出为低电平。 16 19脚）：多路选通脉冲输入端， 应于百位， 应于十位， 7 20 23脚）： 出三位完整的十进制数，在 出千位 0或 1及过量程、欠量程和被测电压极性标志信号。 动极性转换等功能。可测量正或负的电压值。当 接入 470电阻时，时钟频率 66秒钟可进行 4 次 A / 的使用调试简便，能与微处理机或其它数字系统兼容，广泛用于数字面板表，数字万用表，数字温度计，数字量具及遥测、遥控系统。 路达林顿驱动器 林顿复合晶体管的结构，因此具有很高的电流增益和很高的输入阻抗，可直接接受 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 (也称。 所示，它采用 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续流二极管。 8 段锁存 驱动器 专用于将二 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 (它的功能是将输入的 A， B， C 和 电路具有锁存功能，在锁存允许端（ ，即 制下起锁存数据的作用。 当 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 时输入的 ； 当 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 的控制作用可以将某一时刻的输入 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 码译成七段显示码输出， 测试端。当 0时，七段译码器输出全 1，发光数码管各段全亮显示；当 1 时，译码器输出状态由 隐端。当 0 时，控制译码器为全 0 输出，发光数码管 9 各段熄灭。 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 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 20 范围为 5可与 容工作。6引线双列直插式封装，引脚分配和真值表参见图 2。 使用 用时电路输出 端需外接限流电阻。 准电压 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+4 515出电压值变化量小于 3 输出电压值准确度较高，y。值在 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 10 10 4 安装、调试 /仿真、调试 试步骤 （ 1）检查电路是否正确； （ 2）给实物电路提供所需的电压； （ 3）用设计的电压表测量已知电压的电源，记录实验数据，分析误差来源，改变实验某些器材（如电阻），直到所允许的误差范围； （ 4）改变设计电压表的量程，测量不同已知电压的电源，记录实验数据，分析误差来源，改变某些实验器材（如电阻），直到所允许的误差范围； （ 5）综合分析，总结得到理想的结果。 验测试结果 /仿真结果及性能分析 在连接线路完毕之后， 发现数码显示部分的组装与调试上出现失误，由于插线时没有插好，不能显示反向电压的“ ”号，因此我们仔细检查，发现显示器的“ g”所对应的管脚没有插线，改正后，能正常显示反向电压的“ ”号。实验测试结果误差较大，进行分析后发现这是由于分压电阻和模拟开关导通电阻不够精确引起的。于是我们加入了一个可调电阻进行分压，使输入电压尽量的精确。这么调节之后，测量结果精确了很多，但还是存在一定的误差，不过这在误差允许范围内。 11 5 总结 在整个课程设计中，我们充分利用所学知识，我们每个人都了解到的学习不应该只局限于我们的课本，因为课本上告诉我们的只是很有限的一部分，所涉及的面也是狭窄的。但是怎样在有限的范围内学习到无限的知识呢？那就要我们自己懂 的竞争，懂的自学，懂的充分利用身边的任何资源，懂得与其他同学的合作。应该说，我们在这次的课程设计中学到了很多知识，这并不仅仅包括书本上的知识，更重要的是我们学会了如何去和别人交流，怎样用语言去实现自己的想法，在这个过程中我们明白了团队精神的重要性和不耻下问的精神。 虽然我们的数电设计是数电书有的，但我们也竭力将它设计出来，也愿将所获得的信息变成自己的资源，我们动手操作，在了解和看懂的基础上有所改变和创新，但是在我们的设计中还有部分的不足，需要加以更新，我们的设计也只是数字电路中很小的一部分，并不能将所学的知 识充分利用起来，这也是不足的地方。同时，通过这次课程设计，我们都意识到了自己在动手实践上还存在弱势，我们知道了实践操作对学习是很重要的，只有通过实际操作才能充分的了解自己的不足并掌握知识。 相信通过这次的课程设计，更让我们深刻意识到自己在学习中的弱点，同时也找到了克服这些弱点的方法，这也是一笔很大的资源。在以后的时间中，我们应该利用更多的时间去动手实验，相信实际操作会让我们的动手能力得到很大的提高同时实践可以使我们掌握知识，并在掌握的基础上得到提高。 12 6、参考文献 1数字电路与 逻辑设计，刘斌（主编）汪良能、刘鑫、刘炜（编著），电子工业出版社 2001 浩 2 庚