电子线路数字电压表设计

1、电子线路CAD论文 数字电压表目 录摘 要1第一章 绪论21.1 芯片的介绍3第二章 应用电路原理图设计52.1芯片原理图元件52.2电路设计52.3 本章小结8第三章 数字电压表应用电路PCB板设计83.1 芯片原件封装93.2 整体电路PCB板设计103.3 本章小结11第四章 设计总结11参考文献12 摘 要随着电子科学技术、传感技术、自动控制技术和计算机技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，单片机技术作为计算机技术的一个分支广泛应用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器，甚至电子玩具等各个领域。本文介绍一种以MC14433芯片为核心的数

2、字电压测量电路,该电路采用高精度、双积分A/D转换电路，测量范围直流1.999V和199.9mV伏，使用液晶模块显示。该电路设计新颖、功能强大、可扩展性强。关键词：电压测量数字电压数码管 第一章 绪论 数字电压表（DigitalVoltmeter）简称DVM，作为智能仪表的一种，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加 以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。目前，由各种单片A/D转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子

3、及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力。1.1 芯片的介绍MC14433是美国Motorola公司推出的单片3 1/2位A/D转换器，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，其主要功能特性如下：1.精度：读数的0.05%1字2.模拟电压输入量程：1.999V和199.9mV两档3.转换速率：2-25次/s4.输入阻抗：大于1000M5.输入阻抗：大于1000M6.功耗：8mW（5V电

4、源电压时，典型值）7.功耗：8mW（5V电源电压时，典型值）MC14433的引脚说明： 1. Pin1(VAG)模拟地，为高科技阻输入端，被测电压和基准电压的接入地。2. Pin2(VR)基准电压，此引脚为外接基准电压的输入端。MC14433只要一个正基准电压即可测量正、负极性的电压。此外，VR端只要加上一个大于5个时钟周期的负脉冲(VR)，就能够复为至转换周期的起始点。3. Pin3(Vx)被测电压的输入端，MC14433属于双积分型A/D转换器，因而被测电压与基准电压有以下关系：因此，满量程的Vx=VR。当满量程选为1.999V，VR可取2.000V，而当满量程为199.9mV时，VR取2

5、00.0mV，在实际的应用电路中，根据需要，VR值可在200mV2.000V之间选取。4. Pin4-Pin6(R1/C1，C1)外接积分元件端。次三个引脚外接积分电阻和电容，积分电容一般选0.1uF聚脂薄膜电容，如果需每秒转换4次，时钟频率选为66kHz，在2.000V满量程时，电阻R1约为470k，而满量程为200mV时，R1取27k。5. Pin7、Pin8(C01、C02)外接失调补偿电容端，电容一般也选0.1uF聚脂薄膜电容即可。6. Pin9(DU)更新显示控制端，此引脚用来控制转换结果的输出。如果在积分器反向积分周期之前，DU端输入一个正跳变脉冲，该转换周期所得到的结果将被送入输

6、出锁存器，经多路开关选择后输出。否则继续输出上一个转换周期所测量的数据。这个作用可用于保存测量数据，若不需要保存数据而是直接输出测量数据，将DU端与EOC引脚直接短接即可。7. Pin10、Pin11(CLK1、CLK0)时钟外接元件端，MC14433内置了时钟振荡电路，对时钟频率要求不高的场合，可选择一个电阻即可设定时钟频率，时钟频率为66kHz时，外接电阻取300k即可。若需要较高的时钟频率稳定度，则需采用外接石英晶体或LC电路，参考附图。8. Pin12(VEE负电源端。VEE是整个电路的电压最低点，此引脚的电流约为0.8mA，驱动电流并不流经此引脚，故对提供此负电压的电源供给电流要求不

7、高。9. Pin13(Vss)数字电路的负电源引脚。Vss工作电压范围为VDD-5VVssVEE。除CLK0外，所有输出端均以Vss为低电平基准。10. Pin14(EOC)转换周期结束标志位。每个转换周期结束时，EOC将输出一个正脉冲信号。11. Pin15（OR非）过量程标志位 ，当|Vx|VREF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，两个选通脉冲之间的间隔为2个时钟周期，以

8、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。同时在DS1期间输出的千位BCD码还包含过量程、欠量程和极性标志信息，这些信息所代表的意义见下表。13. Pin24(VDD)正电源电压端。MC14433最主要的用途是数字电压表，数字温度计等各类数字化仪表及计算机数据采集系统的A/D转换接口。 第二章 应用电路原理图设计2.1芯片原理图元件 原理图元件包括MC14433芯片、MC1413晶体管驱动器、MC4511译码器、电阻、电容等。2.2电

9、路设计 2.2.1功能模块设计 功能模块分为3个，分别是芯片控制模块、稳压模块以及数码管显示模块。 MC1403稳压模块如图2-1所示。稳压器有以下几部分组成：1、调整电路； 图2-1 稳压模块2、取样电路；3、取样放大；4、基准电路；稳压过程：设输出电压已达到预设电压。当输出电压变化时，取样电路取得样本经取样放大与基准电路比较判断输出电压是向高了变化还是向低了变化，并判断变化量，由此控制调整电路工作，促使调整电路调整输出电压向低或高变化，直到输出达到预设电压如下图2-2为芯片控制模块。在数字仪表中，MC14433电路是一个低功耗三位半双积分式AD转换器。和其它典型的双积分A/D转换器类似，M

10、C14433AD转换器由积分器、比较器、计数器和控制电路组成。如果必要设计应用者可参考相关参考书。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AD转换。MC14433内部模拟电路实现了如下功能：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VT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”。 图 2-2 芯片控制模块在图2-3的数码管显示模

11、块中，译码驱动部分采用了MC4511、数位驱动部分采用了MC1413、数字显示部分采用了显示器。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2-3所示）可采用MC14433三又二分之一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。本系统是三又二分之一数字电压表,三又二分之一位是指十进制数00001999。所谓3位是指个位、十位、百位，其数字范围均为09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：三又

12、二分之一位AD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AD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。显示器：将译码器输出的七段信号进行数字显示，读出AD转换结果。 图 2-3 数码管显示模块 2.2.2功能电路设计 实现数字电压表功能电路如图2-4。首先绘制出本电路的个芯片原理图元件，并保存于原理图库中。最后根据电路绘制原理图。插入电阻、电容以及数码管和绘制好的芯片。译码驱动部分采用了MC4

13、511、数位驱动部分采用了MC1413、数字显示部分采用了显示器。接上上拉电阻并保证数码管各引脚对应并导通。最后进行电路个线路的检查，也可以进行电路的仿真，测试电路是否连接正确，以及电压参数等。设计好的功能电路如下： 图2-4 功能电路总图2.3 本章小结本章总线在于原理图的绘制，首先要创建芯片的原理图库，并将芯片添加进来。本章中遇到的最大问题是线路连接的繁杂，必须保证各引脚对应连接。首先必须要了解个芯片的引脚以及芯片的功能，进而分析各模块电路的功能，最后设计出总的功能电路。在最后的细心检查中，我发现数码管的引脚连线出现错误，并未对应连接，最后分析并把它修正。获得一个完整的电路。为后期的封装设

14、计以及布线做好了准备。第三章 数字电压表应用电路PCB板设计3.1 芯片原件封装 图3-1 MC1413芯片封装 MC1413芯片采用双列直插式。引脚距离G=2.54bsc，芯片宽B=6.35-6.85，芯片长A=18.80-19.55。 图3-2 MC1403芯片封装 芯片MC1403的芯片手册封装如图3-2所示。引脚距离e=2.54bsc，芯片宽F=6.6，芯片长D=10.92等 根据各芯片的芯片手册，可以查出芯片的各尺寸。从而建立芯片的封装。利用查找的资料可以做出各芯片的封装。如图3-3为芯片MC14433的封装，图3-4为MC1413的封装，MC4511的封装以及MC1403的封装略。 图3-3 MC14433芯片封装 图3-4 MC1413芯片封装 3.2 整体电路PCB板设计 PCB板根据设计的封装芯片生成，但必须先在原理图中设置芯片的封装形式，才能将原理图导入PCB板，最后合理设计PCB板的尺寸，布置好各元器件的位置，便可自动布线生成完整的PCB电路板。如下图，图3-5所示。3.3 本章小结 本章