电子技术综合课程设计- 3 12位数字电压表.doc

河北建筑工程学院课程设计报告 课程名称： 电子技术 综合课程设计题目名称： 3 1/2位数字电压表 系： 电气系 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 高级实验师 2011年7月 10日目 录一课程设计的目的二课程设计的具体要求和技术指标三数字电压表设计方案四3 1/2位数字电压表五总电路原理图六课程设计总结及心得 七参考文献一课程设计的目的通过电子技术的综合设计，巩固学习的模电、数电等内容，灵活运用所学知识，从而熟悉一般电子电路综合设计过程、设计要求，运用正确的设计方法完成设计内容。在设计完成后，还要将设计的电路进行安装、调试以加强学生的动手能力，培养从事设计工作的整体概念。二课程设计的具体要求和技术指标1.利用所学知识，或通过网上资源和书籍资料，设计3种数字电压表的方案，绘制功能框图，并对3种方法加以比较。2.采用中、小规模集成电路、mc14433a/d转换器等元器件设计3 1/2 位数字电压表，绘制电路原理图。3.其技术指标要求为：（1）直流电压测量范围 19990001v；199.90.1v；19.990.01v；1.9990.001v； 交流电压测量范围 1999199v。（2）交、直流电流。（3）三位半数字显示。4.总结设计、试验。三数字电压表设计方案方案一本设计实际上是将被测模拟量转换为数字量，并进行实时数字显示，主要由以下几部分构成：量程转换电路、ac-dc转换电路、3位半a/d转换单元电路、基准电源单元电路、译码驱动单元以及数码管显示单元。其中a/d转换器选用三位半mc14433，基准电源选用mc1403，译码驱动器则cd4511，另加四个共阴极led发光数码管。原理框图如下： 方案二根据系统功能实现要求，决定控制系统采用at89c52单片机，a/d转换采用adc0809、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8路其他a/d转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。原理框图如下at89c52 p0 p2 p1 p3adc0809led显示器上电复位串口通信电源电路方案三根据系统功能实现要求，决定控制系统采用icl7106、四个共阴极led数码管。原理框图如下：显示器icl7106振荡电路基准电压分压电路+输入_方案比较：项目mc14433icl7106转换速率310次/s0.115次/s输入阻抗1000m10000m基准电压2000v（200mv量程）1000v（100mv量程）2000v（2v量程）1000v（1v量程）封装形式dip-24dip-40电源电压双电源供电，电源电压范围是+4.5v+8v。一般取典型值+5v单电源供电，电源电压范围是715v，典型值为9v显示器共阴极led显示器lcd显示器显示方式动态扫描方式，驱动线少静态显示，驱动线多显示特点亮度高，亮暗对比度大，显示清晰，色彩绚丽，寿命长，功耗高亮度低，亮暗对比度小，寿命短，微功耗输出功能具有bcd码输出，可配计算机进行数据处理，自动控制自动打印结果无bcd码输出，不能配计算机或打印机外围电路需配基准电源，短译码驱动器和位驱动器，电路较复杂外围电路简单，只需5个电阻和5个电容由于3位半双积分式a/d转换器mc14433可以满足设计要求，其转换精度为读数的0.05%1字，并能很方便地判断出是否超欠量程，以便于量程的自动切换功能的实现，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，另外价格只有10元多点，是较好的选择， 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因此选择方案一。四3 1/2位数字电压表（一）主要元件功能及引脚图1.电压衰减电路如下图中四个电阻串联分压设计，总电阻值为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s3闭合时，衰减100倍，其量程为200v。2单相桥式整流滤波电路电路图如下图： 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。 3.基准电压模块这个模块由mc1403和电位器构成, 提供精密电压，供a/d 转换器作参考电压。4 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。5. 字形译码驱动电路模块 6 显示电路模块这个模块由lg5641ah构成,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。（2）实验芯片简介：1.三位半a/d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a/d转换器。和其它典型的双积分a/d转换器类似，mc14433a/d转换器由积分器、比较器、计数器和控制电路组成。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)就能执行三位半的a/d转换。mc14433内部模拟电路实现了如下功能：（1）提高a/d 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”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。除“模拟电路”以外，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(01999)，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q0q3，并输出相应位的多路选通脉冲标志信号ds1ds4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360k时，振荡频率为100khz；当外接电阻为470k时，振荡频率则为66khz，当外接电阻为750k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（低有效）。2七段锁存-译码-驱动器mc4511 mc4511 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。mc4511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。mc4511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mc451l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。五总电路原理图六课程设计总结及心得通过此次设计，使我深切体会到设计电子电路的艰辛与复杂，对于此次的设计总是有一些缺点与不足。这对我恰好是一次考验，使我对电子设计有了更深一步的了解，让我对毕业设计有了更进一步的体验。这次的练习使我对电子电路有了更浓厚的兴趣和热爱，并且对数字电压表有了更深一步的了解。非常感谢老师的指导与帮助，这对于我以后的工作和学习有很大的帮助，对于以后的设计我将有更大的把握将