三位半数字万用表课程设计

-1-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位半数字万用表设计学院：电气工程学院专业：电子信息工程班级：电子131学号：2013315117学生姓名：吕颖南指导教师：魏建新职称：高级实验师成绩:2015年7月12日-2-前言本次课程设计主要是通过自己的努力，独自完成一个三位半数字万用表的设计。这次课程设计通过电子技术的综合设计，熟悉一般电子电路综合设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体的设计方法，对模拟电路和数字电路的复习巩固和应用实践，以达到灵活应用的目的。学生需要通过图书馆查阅资料和图书或上网查询资料，认识和了解三位半数字万用表的工作原理和构造，并自己完成三种不同的方案的设计，来实现三位半数字万用表功能。然后将一种设计的电路进行安装、调试，实现并完成自己的设计方案。通过方案设计和实验过程，使学生通过查阅文献资料，提高独立分析，解决问题的能力。提高学生电子电路技能及仪器的使用能力、撰写课程设计总结报告的能力。培养学生的创新能力和思维能力，了解电子产品的研制开发过程，掌握电子电路的安装和调试方法和故障排除方法。-3-目录第一章：系统概述-----------------------------------------------------------------------------11.1主要内容-------------------------------------------------------------------------11.2方案设计与论证-----------------------------------------------------------------2第二章：单元电路设计于分析----------------------------------------------------------------42.1器件-------------------------------------------------------------------------------42.2单元电路--------------------------------------------------------------------------42.2.1MC14433-------------------------------------------------------------------42.2.2CD4511---------------------------------------------------------------------72.2.3MC1413--------------------------------------------------------------------82.2.4MC1403--------------------------------------------------------------------92.2.5量程选择电路------------------------------------------------------------92.2.6单相桥式整流滤波电路----------------------------------------------10第三章：电路的安装与调试介绍---------------------------------------------------------113.1数码显示部位的组装与调试-------------------------------------------------113.2电路连接及测试-----------------------------------------------------------------11第四章：结束语---------------------------------------------------------------------------------12附录一：元件表--------------------------------------------------------------------------------13附录二：电路图--------------------------------------------------------------------------------16附录三：参考文献----------------------------------------------------------------------------17-1-三位半数字万用表第一章系统概述1.1主要内容1、利用所学过知识，通过上网或到图书馆查阅资料，设计出2-3个实现数字万用表的方案；只要求写出实现工作原理，画出电原理功能框图，描述其功能。说明：采用原理、方案、方法不限，可以自行设计。2、其中对将要实验方案3位半位数字万用表方案，须采用中、小规模集成电路、MC14433A/D转换器等电路进行设计，写出已确定方案详细工作原理，计算出参数，设计出电原理图。3、技术指标：（1）测量直流电压200mv；2V；20V；200V;1000V；测量交流电压2V；20V；200V;750V（2）测量直流电流2MA；20MA；200MA；20A；测量交流电流2MA；20MA；200MA；20A；（3）电阻：200、2K、20K、200K、2M、20M（4）电容；200nF、20nF、2nF20μF、2μF（5）三位半数字显示。-2-1.2方案设计与论证方案一：采用双积分A/D转换器MC14433，七段译码驱动器CD4511，基准电源MC1403，反向驱动器,4只LED数码管。方案二：根据系统功能实现要求，决定控制系统采用AVR单片机，A/D转换采用其内置的10位AD、四个共阴极LED数码管。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行数据通讯上传，存储等扩展功能。原理框图如下：方案三：采用逐次逼近型A/D转换器。图1.1方案一AVR单片机最小系统基准电压量程转换AC-DC转换七段数码管显示图1.2方案二-3-方案论证：1、MC14433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，2、AVR;它的内置A/D转换的精确度较低，同时在编程及调试方面比较复杂考虑到客观条件因素，放弃使用此方案。3、逐次渐进型A/D转换器具有转换速度快，功耗低准确度高等特点。在低分辨率时价格便宜。但高于12位时价格很高，逐次渐进型A/D转换器的转换时间取决于位数，与输入信号无关，但抗干扰能力差。综上采用mc14433方案A/D转换器逐次逼近寄存器电压比较器输入输出基准时钟逻辑控制图1.3方案三-4-第二章单元电路设计与分析2.1、器件三位半A/D转换器(MC14433)：将输入的模拟信号转换成数字信号。基准电压（MC1403）：提供精密电压，供A/D转换器做参考电压。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。七段显示器：将译码输出的七段信号进行数字显示，读出A/D转换结果。七段锁存-译码-驱动器CD4511。电阻、三极管、电容、导线等。2.2单元电路2.2.1.MC14433MC14433是美国Motorola公司推出的单片31/2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1000MΩ-5-5.输入阻抗：大于1000MΩ6.功耗：8mW（±5V电源电压时，典型值）7.功耗：8mW（±5V电源电压时，典型值）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。（1）引脚功能说明：VAG（1脚）：被测电压VX和基准电压VR的参考地。VREF（2脚）：外接基准电压（2V或200mV）输入端VX（3脚）：被测电压输入端R1（4脚）、R1／C1（5脚）、C1（6脚）：外接积分阻容元件端C1＝0.1μf，R1＝470KΩ；CO1（7脚）、CO2（8脚）：外接失调补偿电容端，典型值0.1μf。DU（9脚）：实时显示控制输入端。若与EOC（14脚）端连接，则每次A/D转换均显示。CP1（10脚）、CP0（11脚）：时钟振荡外接电阻端，典型值为470KΩ。CP1~CP0端外接电阻R9＝330kΩ，采样速率约为4次／s。VEE（12脚）：电路的电源负端，接－5V。VSS（13脚）：除CP外所有输入端的低电平基准（通常与1脚连接）。EOC（14脚）：转换周期结束标记输出端，每一次A/D转换周期结束，EOC输出一个正脉冲，宽度为时钟周期的二分之一。图2.1mc14433引脚图-6-OR（15脚）：过量程标志输出端，当｜VX｜＞VR时，OR输出为低电平。DS4～DS1（16～19脚）：多路选通脉冲输入端，DS1对应于千位，DS2对应于百位，DS3对应于十位，DS4对应于个位。Q0～Q3（20～23脚）：BCD码数据输出端，DS2、DS3、DS4选通脉冲期间，输出三位完整的十进制数，在DS1选通脉冲期间，输出千位0或1及过量程、欠量程和被测电压极性标志信号。（2）工作原理：三位半数字电压表通过位选信号DS1~DS4进行动态扫描显示，由MC14433电路的A/D转换结果采用BCD码多路调制方法输出，通过译码器译码，将转换结果以数字方式实现四位数字的LED发光数码管动态扫描显示。DS1~DS4输出多路调制脉冲信号。DS选通脉冲高电平，则表示对应的数位被选通，此时该数据在Q0~Q3端输出。每个DS选通脉冲高电平宽度为18个时钟脉冲周期。两个相邻选通脉冲之间间隔2个时钟脉冲周期。DS和EOC的时序关系是在EOC脉冲结束后，紧接着是DS1输出正脉冲。以下依次为DS2、DS3和DS4。其中DS1对应最高位，DS4则对应最低位。在对应DS2、DS3和DS4选通期间，Q0~Q3输出BCD码全位数据，即以8421码方式输出对应的数字0~9。在DS1选通期间，Q0~Q3输出千位的半位数。或1及过量程、欠量程和极性标志信号。过量程是当输入电压Vx超过量程范围时，输出过量程标志信号/OR。当Q3=0，Q0=1时，表示Vx处于过量程状态。当Q3=1，Q0=1时，表示Vx属于欠量程状态。当OR=0时，|Vx|1999，则溢出；|Vx|Vr，则OR输出低电平。当OR=1时，表示|Vx|Vr。正常时OR输出高电平，表示被测量在量程内。-7-2.2.2七段锁存-译码-驱动器CD4511CD4511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