数字直流电压表方案

数字直流电压表课程设计报告目录数字直流电压表课程设计报告...........................................................1目录...........................................................................1前言................................................................................11.总体设计方案.......................................................................21.1数字直流电压表方案.......................................................................................................................21.1.1运用单片机制作直流电压表方案........................................................................................21.1.2运用数模转换数字直流电压表方案...................................................................................22.单元模块设计......................................................................42.1直流电压表电路模块设计...............................................................................................................42.1.1基准电源MC1403..............................................................................................................52.1.2A/D转换器MC14433........................................................................................................62.1.3显示电路.............................................................................................................................102.1.4读数保持电路......................................................................................................................122.2系统整体硬件电路........................................................................................................................122.2.1整体硬件电路.....................................................................................................................123.系统功能..........................................................................143.1仿真软件介绍................................................................................................................................143.1.1仿真电路图.........................................................................................................................143.2调试现象及结论............................................................................................................................163.3安装总调........................................................................................................................................164.设计总结..........................................................................185.参考文献..........................................................................191前言随着电子技术的发展，电子行业经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。何况在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的测量最为经常。数字电压表（DigitalVoltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流或交流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度高和分辨率高、测量速度快等特点而倍受青睐。本次我们所做的课程设计就是基于数字电子技术和模拟电子技术的一个电子产品。本人对自己的设计作品从各个角度分析了由A/D转换器组成的数字电压表的设计过程及各部分电路的组成及其原理，并且分析了数模转换进而使系统运行起来的原理及方法。通过自身实践提高了动手能力，也只有亲历亲为才能收获掌握到已经学过的知识。其实也为建立节约成本的意识有些帮助，本人并没有采用单片机模块，而是直接采用A/D转换，在MC1433系列找块带显示译码并带A/D转换的片子并不难，相对于单片机有成本上的优势，但这里同时也牵涉几个问题：精度、位数、速度、还有功耗等不足之处，这些都要慎重考虑。这些也是在这次实践中收获的吧！21.总体设计方案1.1数字直流电压表方案1.1.1运用单片机制作直流电压表方案用ICL7135与AT89C52单片机构成电压表系统的硬件和软件设计方法。优点：CL7135的串行方式在实践中的应用效果很好。与并行方式相比，其突出的优点是结构简单、程序简洁、占用单片机的资源少、可提高抗干扰能力，同时可提高仪器的检测可靠性，并且可在不添加任何扩展口线器件的情况下使系统的成本得到降低。基本结构图：图1结构图定时器T0所用的CLK频率是系统晶振频率的1/12。因此可利用单片机（AT89C52）的ALE信号作为ICL7135的脉冲（CLK）输入。但要注意，若指令中不出现MOVX指令，ALE端产生的脉冲频率将是晶振的1/6。至此，便可找到定时器所使用的频率与单片机系统晶振频率的关系，以及ICL7135所需的频率输入与单片机系统晶振频率的关系。1.1.2运用数模转换数字直流电压表方案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3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MC14511，另加四个共阴极LED发光数码管。并利用Multisim和PROTEUS软件对其编译和仿真。实验结构图：图2实验结构图213位计数器由三级十进制计数器和一个D触发器构成，计数范围是0～1999。锁存器用来存放A/D转换结果。控制逻辑能适时发出信号接通相应的模拟开关，按照顺序完成A/D转换。DS1～DS4是多路调制位选通信号。当某一选通信号为高电平时，相应的位即被选通，此时该位数据便从Q0～Q3端输出。EOC为脉宽仅T0/2的窄脉冲，且当EOC正脉冲过后按照DS1（最高位MSD，即千位）→DS2→DS3→DS4（最低位LSD）的顺序依次选通。位选通信号的脉宽为18T0，相邻位选通信号之间有2T0的位间消隐时间。做动态扫描时，扫描频率f1＝f0／80。若取f0＝50kHz，则f1＝625Hz，测量速率MR＝f0/16400≈3次／秒。整个A/D转换分6个阶段进行：①模拟调零，占4000T0；②数字调零，小于800T0；4③重复模拟调零占4000T0；④正向积分，T1＝4000T0；⑤重复数字调零，小于800T0；⑥反向积分，T2≤4000T0。其中，阶段①与阶段③都是消除缓冲器和积分器的失调电压。在阶段②用计数器将比较器的失调电压△UOS记下来，存入锁存器中；阶段⑤则是在反向积分之前先扣除△UOS的影响，使计数器复位。本次设计选用方案为：MC14433型3½位A／D转换器。其具有以下特点：（1）工作电压范围是4.5V~8V。典型值为5V，功耗约8mW。（2）A／D转换精度：0.05％1个字（½位十进制相当于11位二进制），转换速率为3~10次／秒。（3）具有自动调零和自动转换极性之功能。（4）有多路调制的BCD码输出，可以方便的与微机相连，或打印记录。（5）能获得超量程（OR）和欠量程（UR）信号，便于实现自动转换量程。（6）具有读数保持功能。（7）采用共阴极LED动态扫描显示方式，不仅降低了显示功耗，还使外部接线大为简化。2.单元模块设计2.1直流电压表电路模块设计电路各部分的功能：1.基准电源：提供精密电压，供A/D转换器作参考电压。2.213位A/D转换器：采用MC14433-----213位A/D转换器将输入的模拟信号转换成数字信号。3.译码器：将二-十进制（BCD）码转换成七段信号。4.驱动器：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5（LED）进行显示。5.显示器：将译码输出的七段信号进行数字显示，读出A/D转换结果2.1.1基准电源MC1403A/D转换需要外接标准电压源作参考电压。标准电压源的精度应当高于A/D转换器的精度。本实验采用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4.5～15V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。图3基准电压源MC1403是低压基准芯片。一般用作8～12bit的D/A芯片的基准电压等一些需要基本精准的基准电压的场合。MC1403的输出电压的温度系数为零，即输出电压与温度无关。该电路的特点是：①温度系数小；②躁声小；③输入电压范围大，稳定性能好，当输入电压从+4.5V变化到+15V时，输出电压值变化量小于3mV；④输出电压值准确度较高，在2.475V～2.525V以内；⑤压差小，适用GNDR910KVinVoutGNDVR1MC1403+5Vref6于低压电源；⑥负载能力小，该电源最大输出电流为10mA。MC1403采用8引线双列直插标准封装：图4MC1403引脚图：因为