课程设计---数字电压表设计.doc

课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸数字电压表1 绪论电子技术课程设计是一门十分重要的实践基础课，学生不仅需要有较高的理论素养，同时也要掌握基本的设计知识和技能，为今后各课程的学习打下坚实的基础。通过此设计使学生加深对数字电压表的理解，并能设计简单的电路。1.1 设计目的1.巩固加深对电子技术基础知识的理解，培养学生独立分析问题、解决问题，提高综合运用所学知识的能力。2.通过查找资料、选方案、设计电路、安装调试、写报告等环节的训练，熟悉设计的过程、步骤。为以后从事电子电路设计、研制电子产品打下基础。3.了解电子线路设计的工程、工艺技术规范，学会书写设计说明书。 4.了解与掌握常用电子仪器的使用方法，及简单的制版、焊接、组装、调试工艺过程。5.培养学生严肃、认真的科学态度和工作作风。1.2 设计要求设计数字电压表：a/d转换器、基准电源、译码器、驱动器、显示器。1.3 设计指标1. 设计数字电压表电路2. 测量范围：直流电压0v1.999v2 数字电压表总体方案设计5g14433的典型应用是加少量外围芯片构成三位半数字电压表。按照所采用的显示方式可以分共阴极led显示、共阳极led显示、荧光数码管和液晶显示等几种。现通过共阴极led显示的三位半数字电压表的电路组成和工作原理简要介绍5g14433的使用。图2-1为三位半led数字电压表的电路原理电路。图中系统电源为=+5v， =-5v。5g14433的基准电压由+2.5v基准电源5g1403提供，利用电位器调节可以得到200mv和+2v的基准电压。5g14433的工作时钟为如果选用0.1uf的积分电容，则当=+2v时，积分电阻值为470k；当=+200mv时，积分电阻值为27k。图2-1 5g14433构成的数字电压表3 单元电路的设计3.1 a/d转换器3.1.1关于5g14433图3-1 5g14433的内部结构框图模拟电路部分有基准电压、模拟电压输入部分。量程为199.9mv或1.999v两种，与之相对应的基准电压相应为200mv或2v两种。数字电路部分有逻辑控制、bcd码及输出锁存器、多路开关、时钟以及极性判别、溢出检测等电路组成。5g14433采用字位动态扫描bcd码输出方式,既千、百、十、个位bcd码轮流地在端输出，同时端出现同步字位选通信号。 主要外接器件是时钟振荡器外接电阻、外接失调补偿电容和外接积分阻容元件、。5g14433芯片的引脚分布如图3-2所示，选通脉冲图如图3-3所示。 图3-2 5g1443芯片引脚分布图3-3 5g1433选通脉冲图表3-1 ds1选通时，q3q0表示的输出结果3.1.25gl4433的外部电路连接与元件参数设计尽管5g14433需外接的元件很少，但为使其工作于最佳状态，也必须注意外部电路的连接和元器件的选择。5g14433的转换误差为1lsb，输入阻抗大于100m，模拟输入电压范围为01.999v或0199.9mv；片内提供时钟发生器，使用时只需外接一个电阻；也可采用外部输入时钟或外接晶体振荡电路，片内的输出锁存器用来存放a/d转换结果，经多路开关输出多路选通脉冲信号及bcd码数据。典型的5g14433外部电路连接方法如图3-4所示。图3-4 5g14433外部电路连接图3.1.3电源接法 芯片工作电源为5v正电源接vdd，模拟部分负电源vee，模拟地vag与数字地vss相连为公共接地端。为了提高电源的抗干扰能力，正、负电源分别通过去耦电容0.047f、0.02f与vss（vag）端相连。3.1.4基准电压输入的连接基准电压须外接，可由5g14433通过分压提供+2v或+20omv的基准电压，接法如下图3-5（a）所示。在一些精度要求不高的小型智能化仪表中，于+5v电源是经过三端稳压器稳压的，工作环境又比较好，这样就可以通过电位器对+5v直接分压得到。如图3-5（b）所示。（a） （b）图3-5 5g14433基准电源的外部连接高精度能隙基准电源5g1403，对它输入5v电压，它可以输出精密+2.5v电压。输出的+2.5v电压作为5g14433的基准电压。引脚图如图3-6所示。引脚功能说明： （引脚 1）：是5v电压输入端（引脚 2）：是+2.5v电压输出端（引脚 3）：接地图3-6 5g1403的内部结构3.1.5外接元件参数的选定。积分电阻和积分电容的选取公式如下：式中： 输入电压量程； 积分器电容上的充电电压幅值，其值为t 常数，t= 4000/例如，当0.1f， =5v， =66khz时，若=+2v,r1=480k（取470k）；若=+200mv, r1=28k（取27k）。外接补偿失调电容固定为0.1f,外接钟频电阻，当=470k时，66khz；当=200k时，140khz，一般取=470k。3.1.6du端和eco端短接。因为eoc每一次a/d转换结束时，该端都输出一个1/2时钟周期宽度的脉冲；而当给du端输入一个正脉冲时，当前a/d转换周期的转换结果将被送入输出锁存器，经多路开关输出，否则将输出锁存器中原来的转换结果。所以，eoc与du短接，是将每一次a/d转换的结果都输出。3.2bcd-锁存/译码/驱动器5g4511根据逻辑电路的功能特点，逻辑电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。在数字集成产品中有许多具有特定组合逻辑功能的数字集成器件，称为组合逻辑器件（或组合逻辑部件）。组合逻辑电路是一种用逻辑门电路组成的，并且输出与输入之间不存在反馈电路和不含有记忆延迟单元的逻辑电路，可用图3-7框图来描述组合逻辑电路。组合电路x0xixm-1y0yjyn-1图3-7 组合逻辑电路一般框图一个组合逻辑电路可以有多个输入，如m个输入；也可以有多个输出，如n个输出。因为组合逻辑电路中不存在反馈电路和记忆延迟单元，所以，某一时刻的输入决定这一时刻的输出，与这一时刻前的输入（过程）无关。换句话说，即当时的输入决定当时的输出。组合逻辑电路的输出和输入关系可用逻辑函数来表示。即 yj（t）= fj（x0（t），x1（t），xi（t），xm-1（t）。或写为 yj = fj（x0，x1，xi，xm-1）。 在数字集成产品中有许多具有特定组合逻辑功能的数字集成器件，称为组合逻辑器件（或组合逻辑部件）。3.2.1 编码器组合逻辑部件中的编码器是对输入赋予一定的二进制代码，给定输入就有相应的二进制码输出。常用的编码器有二进制编码器和二十进制编码器等。所谓二进制编码器是指输入变量数（m）和输出变量数（n）成2n倍关系的编码器，如有4线/2线，8线/3线，16线/4线的集成二进制编码器；二十进制编码器是输入十进制数（十个输入分别代表09十个数）输出相应bcd码的10线/4线编码器。3.2.2译码器译码是编码的逆过程，所以，译码器的逻辑功能就是还原输入逻辑信号的逻辑原意。按功能，译码器有两大类：通用译码器和显示译码器。1) 通用译码器这里通用译码器是指将输入n位二进制码还原成2n个输出信号，或将一位bcd码还原为10个输出信号的译码器，称为二线四线译码器，三线八线译码器，四线十线译码器等。2) 显示译码器显示译码器是将输入二进制码转换成显示器件所需要的驱动信号，数字电路中，较多地采用七段字符显示器。5g4511为cmos 7段显示译码器，具有锁存/译码/驱动功能。其管脚名称和功能如图3-8（a）所示，为灯测试端，为灯熄灭端，le为锁存使能端。表3-2列出了4511的逻辑功能。 lt bi le dcba ya yb yc yd ye yf yg 输 入输 出显示字符1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 x x x x * *1 0 x x x x x 0 0 0 0 0 0 0 0 x x x x x x 1 1 1 1 1 1 1 表3-2 7段显示译码器451表值表图3-8（b）所示符号图中，总限定符号是bcd/7seg，也就是说只能对bcd码进行译码显示。关联信号v11为1，即外部输入为0时，受影响输出yayg置1，实现灯测试功能。关联信号g10为0，即外部输入为0时，受影响输出yayg置0，实现灭灯功能。控制信号c9为1，即le为0时，受影响单元9d（寄存器）寄存输入数据；c9为0时，寄存器数据不变。符号图描述的功能与表3-2一致。bcd/7segt1v11g10c99d1248a10,11b10,11c10,11d10,11e10,11f10,11g10,1134571261312111091514yaybycydyeyfygabcdltbile71263459101112131514(a) 方框图 (b) 符号图 图3-8 cmos 7段译码器45113.3驱动器3.3.1达林顿驱动器七路达林顿驱动器阵列5g1413，它是反相器件，当输入1，输出为0，当输入0，输出为1。我在本次设计中将它用作驱动显示。内部结构如图3-9所示。图3-9 5g1413的内部结构3.3.2d触发器维持-阻塞d触发器是在时钟脉冲cp上升沿触发的一种，图3-10（a）是其逻辑电路，图3-10（b）是逻辑符号，逻辑符号中d的小矩形代表“与”门，为 了扩展触发器的功能，往往制作多个d输入端，d=d1d2。表3-3给出了d触发器的真值表，表3-4是其次态表，图3-11是d触发器的状态转换图。根据表3-3得d触发器的状态转换方程为qn+1=d。（a）逻辑电路 （b）逻辑符号图3-10 维持-阻塞d触发器 表3-3 d触发器的真值表 表3-4 d触发器的次态表 图3-11 d触发器的状态转换图3.4显示器在数字系统中，经常要用到字符显示器。目前，常用字符显示器有发光二极管led字符显示器和液态晶体lcd字符显示器。发光二极管是用砷化镓，磷化镓等材料制造的特殊二极管。在发光二极管正向导通时，电子和空穴大量复合，把多余能量以光子形式释放出来，根据材料不同发出不同波长的光。发光二极管既可以用高电平点亮，也可以用低电平驱动，分别如图3-12（a）和（b）所示。led“0”r+vccledr“1”（a）高电平驱动 （b）低电平驱动图3-12 发光二极管驱动电路其中限流电阻一般几百到几千欧姆，由发光亮度（电流）决定。将七个发光二极管封装在一起，每个发光二极管做成字符的一个段，就是所谓的7段led字符显示器。根据内部连接的不同，led显示器有共阴和共阳之分，如图3-13所示。abg公共电极abg公共电极abcdefg（a）字段排列 （b）共阴极led （c）共阳极led图3-13 7段字符显示器由图可知，共阴led显示器适用于高电平驱动，共阳led显示器适用于低电平驱动。由于集成电路的高电平输出电流小，而低电平输出电流相对比较大，采用集成门电路直接驱动led时，较多地采用低电平驱动方式。4总结电子技术课程设计它能培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使学生得到一次较全面的工程实践训练。理论联系实际，提高和培养创新能力。当今世界，随着科学技术发展的日新月异，科技进步、技术更新可谓是众人目睹，社会发展人民生活水平也相对提高。创新也成为了新世纪人才必备的一种技能。而这次课程设计的目的之一就是培养我们运用所学知识进行创新设计的能力。回顾起此次电子技术课程的设计，至今我仍感慨颇多。当我刚拿到题目时，我觉得无从下手。从查阅资料到定下电路形式，从理论到实践，在整整一个星期的日子里，可以说得是苦多于甜。虽然这次实习只是大学生活的小小一部分，但是它对我的启示却是巨大的。通过这次实习我首先了解到很多知识，开阔了眼界，对自己的专业有了更深刻的了解，其次我发现了自身知识面的狭隘与薄弱。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。最后让我更加关注对自身实践的重要性。同时在这次课程设计中我经过了失败的洗礼这让我感到自身知识的不足以后要多学习学习一些知识！人身就是这样、不断地前行、不断的发现问题、不断的学习，不断的进步。对这次课程设计的内容我没多大意见，毕竟它所涉及到的内容，需要用到的知识大都是我们学过的，没学的部分也很容易在网上或图书馆内查到。这样的设计也有助于我们对所学知识的应用，加深对知识的理解。通过设计过程中查阅各种资料，还能让我们开阔视野，不仅仅局限于课本知识，学到更多的专业知识，对我们今后都很有帮助但我觉得这种教学方式应该改进一下，