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毕业设计论文 基于 tc14433 数字电压表的设计与实现 - 1 - 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 基于基于 tc14433 数字电压表数字电压表 设计与实现设计与实现 齐会杰齐会杰 指导老师姓名： 房曙光 专 业 名 称： 电气自动化 班 级 学 号： 09137111 论文提交日期： 论文答辩日期： 年 月 日 摘要 毕业设计论文 - 2 - 摘摘 要要 本数字电压表所采用的芯片是 tc14433。该简易数字电压表可以测量 02v 范 围内的输入电压值，并在 4 位 led 数码管上轮流显示或单路选择显示。另一方面， 精度也从 0.1%提高到了现在的 0.01%0.005%，而且从实验空用的高价的所谓的 样品开始已发展到了现在厂矿企业广为利用的所谓的廉价型，进而出现了能够用于 安装板上作指示仪表的安装型。 本文首先对基于 tc14433 数字电压表的背景和国际研究做了简要概述，让人们 更直观的发现该设计的优点。接着介绍了 tc14433 的引脚功用和一些元件的作用， 对电路的原理和结构做了简要的说明，并且通过 ds1ds4 控制数码管将电压值显示 在 led 数码管上，还提供了一些设计所需的理论数据，最后总结了故障的测试方法 和结论。该项设计具有广泛的发展前途，相信在今后的舞台上会占有一席之地。 本设计详细描述了数字电压表的测试与显示。其主要器件为芯片 tc14433，用 tc14433 完成电压电压的 ad 转换，再经过 cd4543b 译码,用一个反相驱动器 1413 芯片驱动数码管显示. 即 cd4543b 锁存译码和共阳极 led 发光数码管组成是将被 测模拟量转换为数字量，并进行实时数字显示的系统。 关键词关键词： tc14433 ad 转换 数码管显 毕业设计论文 基于 tc14433 数字电压表的设计与实现 - 3 - abstract the digital voltmeter of the chip is tc14433 chip, the chip has small volume, light weight, low cost advantages. this simple digital voltmeter can measure 0 2 v within the scope of the input voltage values, and in the four led digital display or taking turns on the single option to show. on the other hand, the precision can also increased from 0.1% to 0.01% now-0.005%, and from the experiment with the high price of empty the sample of the so-called has now widely use of mines the so-called cheap type, and can be used to install board appeared on the installation instructions type. this paper based on tc14433 digital voltmeter background and international research is briefly introduced, and let people more intuitive found that the design advantages. then it introduces the tc14433 pin function and some components function, to the circuit principle and structure did briefly, and through the ds1-ds4 control digital tube will be displayed in voltage led digital tube, and also provides some design in the required theoretical data, finally summarized the fault of the testing method and the conclusion. the design has wide development outlook, believe that in the future holds a place on the stage. this design detailed descriptions of the digital voltmeter test and display. the main device for chip tc14433, complete with tc14433 voltage voltage of a d conversion, and then after cd4543b decoding, with a reverse phase drive 1413 chip drive digital pipe display. that is cd4543b latch-decoding of anode and led digital tube composition is being measured analog conversion for the digital quantity, and the real-time digital display system. key words: tc14433 a d convert digital pipe display 目录 毕业设计论文 - 4 - 目目 录录 摘摘 要要2 2 第一章第一章 绪绪 论论5 5 1.1 研究背景及意义.5 1.2 国内外研究现状.5 1.3 课题研究方法.6 第二章第二章 电路原理和硬件实现电路原理和硬件实现7 7 2.1 电路工作原理 7 2.2 各部分电路图实现分析9 2.2.1 转换模块9 2.2.2 显示模块9 2.3 各元器件的介绍.10 2.3.1 tc14433 详细说明 .10 2.3.2 tc14433 引脚说明 .11 2.3.2 cd4543 和 mc1413 引脚及功能介绍 .13 2.3.3 mc14013 引脚及功能介绍 .14 2.3.4 数码管的介绍.14 第三章第三章 系统调试与结果系统调试与结果1 15 5 3.1 系统调试.15 3.1.1 电路的测量.15 3.1.2 设计的调试.16 3.1.2 总结设计电路的特点及方案的优缺点 .16 3.2 实验结果.16 结结 论论1 18 8 致致 谢谢1 19 9 参参 考考 文文 献献2 20 0 附附 录录 一一2 21 1 附附 录录 二二 2222 毕业设计论文 基于 tc14433 数字电压表的设计与实现 - 5 - 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 研究背景及意义研究背景及意义 电压表已有 100 多年的发展历史,虽然不断改进与完善,仍无法满足现代电子测 量的需要。近 20 年来，微电子技术、计算机技术、集成技术、网络技术等高新技术 得到了迅猛发展。这一背景和形势，不断地向仪器仪表提出了更高、更新、更多的 要求，如要求速度更快、灵敏度更高、稳定性更好、样品量更少、遥感遥测更远距、 使用更方便、成本更低廉、无污染等，同时也为仪器仪表科技与产业的发展提供了 强大的推动力，并成了仪器仪表进一步发展的物质、知识和技术基础。数字电压表 自 1952 年问世以来,显示出强大的生命力,现已成为在电子测量领域中应用最广泛的 一种仪器. 数字电压表可以显示清晰,直观,读数准确,准确度高,分辨力高,测量范围广,扩 展能力强.测量速度快,输入阻抗高,集成度高,微功耗和抗干扰能力强等有点独占电 压表产品的鳌头. 本设计采用 tc14433 芯片进行 a/d 转换（adc,analog to digital converter）， 具有体积小，重量轻，成本低等优点。该简易数字电压表可以测量 02v 范围内的 输入电压值，并在 4 位 led 数码管上轮流显示或单路选择显示。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 1952 年由美国 nls 公司所研制的比较型 dvm 最旱出现于世界的 dvm 了.它是一 种将被测电压变换为时间间隔，并以此时间间隔去驱动脉冲发生器，由计数器读取 其脉冲数的类似现代计数式的变换装置。它的特点是直接控制振荡器。 目前数字电压表正进入一个蓬勃发展的新时期。一方面它开拓了电子测量领域 的先河，另一方面它本身正朝着高准确度，智能化，低成本的方向发展。 随着 a/d 变换器的广泛应用，电位差计的自动化向题就提到日程上来了。于是， 作为自动化的措施，逻辑电路采用了电话机用的继电器。若将变换速度置于次要位 置，那么在晶体管还没被普及的当时这种逻辑电路确实用起来是很方便的。因而具 有这种逻辑电路的逐次比较型 dvm 的性能已达到了四位显示，精度为 0.05%，测量 速度为 0.5 秒，极性和量程转换都为自动的地步。 数字电压表的新产品总是依托新技术而问世的。近些年来，新技术的涌现，不 断的被采用，迅速转化成生产力。 集成电路强大的生命力在于应用。目前国内外都在积极开发供数字仪表使用的 单片专用 ic，为研制高性价比数字电压表以及智能仪器创造了条件。 采用多重显示仪表能同时显示同一被测信号的两种不同参数，例如交换电压值 与频率值。 第一章 毕业设计论文 - 6 - 近年来，电子模块，电子模板，表面安装元件，超小型集成电路等新器件正越 来越广泛的用于数字电压表中。 此外，数字电压表在安装工艺，外观设计，安全性，可靠性等方面也在不断改 进，日趋完善。 1.3 课题研究课题研究方法方法 根据数字电路课程设计要求，在指定时间内系统的完成电路的设计、组装以及 调试。一、选题，根据数字电路技术基础课本大纲的要求，在网上搜集课题，筛选 出能够体现和运用数字电路基本知识点的选题，确定设计方向。二、根据选题进行 思考，找出选题涉及的知识点，根据工作原理和相关专业知识，做到理解透彻，理 清设计思路。三、系统的对选题进行有层次的设计，画出初始电路图，再进一步的 改进。四、根据电路图连线、调试，使电路完成预期的设计要求和功能，并使电路 达到最好的运行状态。 本文设计主要由 tc14433 芯片，4543 芯片，14043 芯片，1413 芯片，四位七段 数码管，输出正负 5v 的电源电路等相关器件，组成的直流电源电压的显示电路。目 的是精确测量很小直流电压的值。其主要器件为芯片 tc14433，完成电压的 ad 转 换，再经过 cd4543b 译码,用一个反相驱动器 1413 芯片驱动数码管显示. 即 cd4543b 锁存译码和共阳极 led 发光数码管组成是将被测模拟量转换为数字量， 并进行实时数字显示的系统。 毕业设计论文 基于 tc14433 数字电压表的设计与实现 - 7 - 第二章第二章 电路原理和硬件实电路原理和硬件实现现 2.1 电路工作原理电路工作原理 电路的基本框图如下： 图 2.1b 电路的基本框图 以 tc14433 为核心的进行直流电源电压的显示设计。电源是为 tc14433 芯片提 供正负 5v 电压。tc14433 是一种双积分 a/d 转换器积分器输出比较器的阈值电压降 低。在这时间，数量相当于计数输入失调比较器的电压偏移存储在锁存以备后用的 自动调零的过程。 被测直流电压 vx 经 a/d 转换后以动态扫描形式输出，数字量输出端 q0、q1、q2、q3 上数字信号（8421 码）按照时间先后顺序输出。位选信号 ds1、ds2、ds3、ds4 分别控制着千位、百位、十位和个位上的 4 只数码管的公共阳 极。数字信号经七段译码器 4543 译码后，驱动 4 只数码管的各段阳极。这样就把 a/d 转换器按时间顺序输出的数据以扫描形式在 4 只数码管上依次显示出来，由于 选通重复频率较高，工作时从高位到低位以每位每次约 300 s 的速度循环显示。即 一个 4 位数的显示周期是 1.2ms，所以人的肉眼就能清晰地看到 4 位数码管同时显 示 3 位半十进制数字量。 1 1 双积分双积分 a/da/d 转换器转换器 (1).转换方式 ：v-t 型间接转换 adc。输入的模拟电压信号变换成易于准确 测量的时间量，然后在这个时间宽度里用计数器计时，计数结果就是正比于输入模 拟电压信号的数字量。 (2).电路结构 :图-1 是这种转换器的原理电路， 积分器 a1:定时信号控制开关 s2,qn 为不同电平时，极性相反的输入电压 vx 和参考电压 vref 将分别加到积分器的输入端，进行两次方向相反的积分，积分 时间常数 =rc。 显示控制 vx 基准电压 译码控制 a/d 转换器 七段译码 驱动器 数码管显示 第二章 毕业设计论文 18 过零比较器 a2:确定积分器的输出电压 v0 过零的时刻, v00 时比较器输 出 vc 为低电平；当 v0vref 时，输出为低电平。 12. pin16、17、18、19(ds4、ds3、ds2、ds1)多路选通脉冲输出端。 ds1、ds2、ds3 和 ds4 分别对应千位、百位、十位、个位选通信号。当某一位 ds 信 号有效（高电平）时，所对应的数据从 q0、q1、q2 和 q3 输出，两个选通脉冲之间 毕业设计论文 基于 tc14433 数字电压表的设计与实现 - 13 - 的间隔为 2 个时钟周期，以保证数据有充分的稳定时间。 13.pin20、21、22、23(q0、q1、q2、q3)bcd 码数据输出端。该 a/d 转换 器以 bcd 码的方式输出，通过多路开关分时选通输出个位、十位、百位和千位的 bcd 数据。 14. pin24(vdd)正电源电压端。 2.3.3 cd4543 和和 mc1413 引脚及功能介绍引脚及功能介绍 (1) cd4543 内部原理框图 (2) cd4543 引脚介绍 第二章 毕业设计论文 18 图 2.3.2a 4543 引脚图 cd4543 是 bcd 锁存/七段译码/驱动器，有灯测试功能；有消隐输入端；以异 或门作输出级，可方便地驱动 lcd： da to dd 地址（数据）的输入 ph 三相输入 bi 消隐输入 ld 锁禁用输入 oa to og 部分输出 (2) mc1413 的引脚介绍 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（也称 oc 门）。mc1413 电路结构和引脚排列如图 5 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抑制二极管 1413 是反相驱动器，他 的功能是用各种电路的后级驱动设备，对前级电路的影响很小。 图 mc1403 引脚排列 图 mc1413 引脚排列和电路结构图 2.3.4 mc14013 引脚及功能介绍引脚及功能介绍 14013 是一个双 d 触发器的芯片。在此设计中只选用了一个的触发器，另一片 在保持状态。vdd 是芯片供电电压 5v 输入端。s1 预置数端和 vss 一同作为接电源负 电源。3 脚作为 14433 提供的脉冲输入端。1 脚 q1 作为触发器输出端，控制 4543 芯 片的消隐端。4 脚作为清零端，我们是采用接受芯片 14433 的 15 脚过量程标志端输 出电平决定是否进行清零。在此我们把 14013 作为二分频使用。 图 2.3.3 14013 的引脚图 表 2.3.3 14013 真值表 毕业设计论文 基于 tc14433 数字电压表的设计与实现 - 15 - 2.3.5 数码管的介绍数码管的介绍 内部的四个数码管共用 adp 这八根数据线，为人们提供了方便，因为里面有四 个数码管，所以她有四个公共端，加上 adp，共有 12 个引脚。引脚的排列是依次 从左下脚的那个脚开始，以逆时针方向依次为 112 脚。本设计中选用的是共阳极数 码管。12 9 8 6公共脚 图 2.3.4 共阳集数码管的引脚图 第三章第三章 系统调试系统调试与结果与结果 3.13.1 系统调试系统调试 3.1.1 电路的测量电路的测量 （1）交、直流电流的测量 根据测量电流的大小选择适当的电流测量量程和红表笔的插入孔，测量直流时， 红表笔接触电压高一端，黑表笔接触电压低的一端，正向电流从红表笔流入万用表， 再从黑表笔流出，当要测量的电流大小不清楚的时候，先用最大的量程来测量，然 后再逐渐减小量程来精确测量。 (2)电阻的测量 红表笔插入“v/”插孔中，根据电阻的大小选择适当的电阻测量量程，红、 第二章 毕业设计论文 18 黑两表笔分别接触电阻两端，观察读数即可。特别是，测量在路电阻时（在电路板 上的电阻），应先把电路的电源关断，以免引起读数抖动。禁止用电阻档测量电流 或电压（特别是交流 220v 电压），否则容易损坏万用表。 (4) 短路检测 将功能、量程开关转到“）”位置，两表笔分别测试点，若有短路，则 蜂鸣器会响。经多次检测确保电路准确无误后（无元件焊接错误短路等现象），方 可接上 220v 交流电源，再进行通电检测，然后测试变压电流以及整流电压,并用万 用表检测出 tc14433 芯片各引脚的电压参数和 4543 接收元件的各脚电压。在此过程 中如果电路工作有异常情况，首先应该对出现故障的地方进行检测，使用万用表对 故障点进行一步一步的检测，分析故障的原因所在，利用自己的专业知识对故障进 行解决排除。如果不能解决的话，再向上一一地分析推理，直到找到问题的关键所 在，对其进行修改调试。并总结出调试过程中的得失，从而丰富自己以后的工作经 验。 3.1.2 设计的调试设计的调试 在连接线路完毕之后，出现了很多问题。 1.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，造成第一次 测试时没有显示，因此又重新进行了一次插线，第二次按照线路图插好后数码管显 示不是很稳定，因为接触不良，又进行了第三次插线，此次数码管才显示成功。数 码管不能正常显示的状况，经检验发现主要是由于接触不良的问题，主要是线的接 触不良，在实验中，数码管有几段二极管时隐时现，显示不够稳定，甚至有时会消 失。用电源对数码管进行检测，发现二极管能正常显示的，再用万用表欧姆档检测 每一根线是否接触良好，在检测过程中发现有几根线有时能接通，有时不能接通， 把接触不好的线重新接过后发现能正常显示了。 2.在插入 10k 的滑动变阻器时由于没有将滑动段和测试段进行检测，造成插入 错误，使得通路受阻，显示管没有显示数值。后用万用表欧姆档检测以确定其端口， 以便正确插入。 3.是其中有一条线路上的的电阻于插孔接触不良，造成电路不通，后经检查线 路，发现了其中的问题，并纠正。 3.1.3 总结设计电路的特点及方案的优缺点总结设计电路的特点及方案的优缺点 本电路基本实现了数字电压表的基础功能，具有显示电压的功能。测试时较准 确，直观，显示也较稳定。 本电路还是存在不足之处的。 1.为了使课设在较短时间内完成，因此我们的数字电压表是很简单的，它的测 毕业设计论文 基于 tc14433 数字电压表的设计与实现 - 17 - 量范围为1.999v+1.999v，测量范围小，不能测试较大的电压。 2.由于电路是在面包板上进行插线的，线路有些繁杂，在接线完成后面包板上 显得有些凌乱。 3.2 实验结果实验结果 通电后电路一切都正常运行，数码管也显示电压数值。但它显示的电压值与实 际不符，当大于 1v 时，数码管的千位显示的并不是 1。 这是什么原因呢？原理图上带正负的数码管买不到，用四位七段数码管代替导 致参数不匹配问题。 在调试时送入直流电压大于 2v 时,数码管显示超量程，大于 1v 的直流电压时第一位数码管显示 4,f 和 g、b 和 c 管亮，表示大于 1v；送入一个 小于 1v 大于 0v 的的电压时第一位数码管不亮。我们带着问题去分析问题的所在， 最后会发现，该电路只能检测小于 1.999v 的直流电压，虽然还有一点误差，但已在 要求范围内了。下图为测量的实物图。 图 3.2 实物显示图 结论 毕业设计论文 18 结结 论论 数字电子电路是一门实践性很强的课程。它的开设是为了使学生掌握数字电子 电路的基本工作原理、分析方法和基本技能，为深入学习后续课程和从事有关电子 技术方面的实际工作打下基础。 数字电路课设更是为了让学生掌握实践知识。这次数字电路课程设计历时一个 星期，经过一个星期的实践和体验下来，我学到的不仅是那些数电知识，更多的是 团队和合作。在这次实践中我明白了课程设计对我们的意义，实践操作的重要，实 践使我们意识到数电课设中电路的连接是需要耐心和细心的，可能一个不小心的线 路连接就造成之前的努力都付之东流，使实验失败。在此过程中，我们充分利用这 次课程设计，充分利用这段时间，不断补充新的温习旧的知识，充分的发挥了我们 的主动性，使我们自主的学习，不断充实自己也让我们把所学的理论知识与实践相 结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，更重要的便是同学间的团 结了。 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。 毕业设计论文 基于 tc14433 数字电压表的设计与实现 - 19 - 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