基于MC14433的3位半数字万用表_原创

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11河北建筑工程学院课程设计报告书课程名称:《电子技术》综合课程设计学院:电气工程学院专业:建筑电气与智能化班级:电智121学号:2012318113学生姓名:沈指导教师:杜职称:讲师2014年7月3日22目录一、题目及设计目的…………………………………………………………3二、设计要求…………………………………………………………3三、方案设计与论证………………………………………………………3四、设计原理、电路图及各部分功能简介4.1、原理图………………………………………………………44.2、功能简介………………………………………………………44.3、单元电路设计……………………………………………………44.3.1、MC14433………………………………………………54.3.2、MC1403………………………………………………64.3.3、MC1413……………………………………………64.3.4、MC4013………………………………………………64.3.5、CD4511……………………………………………74.3.6、显示及小数点控制电路……………………………………………84.3.7、读数保持电路…………………………………………84.3.8、量程转换开关的设计………………………………………84.3.9、电压跟随器和AC-DC转换电路……………………………………8五、电路的安装与调试……………………………………………………8六、设计心得与体会……………………………………………………………9附图1(元件清单)33数字电压表电路设计报告一、题目及设计目的1、题目:三位半数字电压表2、设计目的: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,同时复习、巩固以往的模电、数电内容,达到灵活应用的目的。二、设计要求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个实现数字电压表的方案;只要求写出实现工作原理,画出电原理功能图,描述其功能。2、对将要实验方案,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。3、技术指标:测量直流电压1999-1V;199.9-0.1V;19.99-0.01V;1.999-0.001V;三、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:选用专用电压转化芯片INC7107实现电压的测量和控制。它包含31/2位数字A/D转换器,可直接驱动LED数码管。用四位数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是精度比较低,且内部电压转换和控制部分不可控制。优点是价格低廉。方案三: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。根据课程设计要求,我们选择方案一。四、设计原理、电路图及各部分功能简介方案一原理图基准电压量程转换AC-DC转换输入MC14433A/D转换CD4511译码器字位驱动电路七段数码管显示44方案二原理图方案三原理图鉴于选用方案一,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1所示)可采用MC14433—三位半A/D转换器、MC1413七路达林顿驱动器阵列、CD4511BCD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。(2)各部分的功能如下:三位半A/D转换器(MC14433):将输入的模拟信号转换成数字信号。基准电源(MC1403):提供精密电压,供A/D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A/D转换结果。(3)各部分简介:1)MC144331.MC14433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转换直流稳压电压转化芯片INC7107显示电路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输入55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1000MΩ5.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。2.引脚功能简介: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。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。3.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LED66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。2)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。3)MC1413MC1413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。MC1413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。4)MC4013现利用双D触发器MC4013的一半作二分频器。作触发器复位信号EOC作时钟脉冲。常态下,OR’=1→Q’=1→BI’=1,能正常显示;一旦发生超量程,OR’=0,EOC信号经二分频后加至CD45511的端,令显示器低频闪烁。MC4013有两个作用:第一,将EOC窄脉冲变成方波;第二,对EOC进行二分频,当超出量程时,数码管将以原动态扫描的一半频率进行闪烁,从而进行超量程报警。5)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77BCD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中的七段译码器有两个控制端:①LT(LAMPTEST)灯测试端。当LT=0时,七段译码器输出全1,发光数码管各段全亮显示;当LT=1时,译码器输出状态由BI端控制。②BI(BLANKING)消隐端。当BI=0时,控制译码器为全0输出,发光数码管各段熄灭。BI=1时,译码器正常输出,发光数码管正常显示。上述两个控制端配合使用,可使译码器完成显示上的一些特殊功能。(3)驱动器:利用内部设置的NPN管构成的射极输出器,加强驱动能力,使译码器输出驱动电流可达20mA。CD4511电源电压VDD的范围为5V-15V,它可与NMOS电路或TTL电路兼容工作。CD4511采用16引线双列直插式封装,引脚分配和真值表参见图2。使用CD451l时应注意输出端不允许短路,应用时电路输出端需外接限流电阻。886)显示及小数点控制电路;从MC14433输出的BCD码经过CD4511译码后,连接到三个七段数码管。位选通信号经过反相器分别接4只数码管的公共阴极,在DS1~DS4位选通信号的控制下进行动态扫描显示。反相器有两个作用:第一,将DS1~DS4反相成低电平有效,以便接LED数码管的公共阴极;第二,增加驱动能力。排阻为限流电阻。负极性显示的原理是,当DS=2,从Q4端输出高电平,加至MC1413的第A4脚。Y4脚输出低电平。数码管百位被选中点亮。7)读数保持电路;当开关S断开时能正常进行A/D转换,显示值被不断地刷新;闭合S时DU=0,A/D转换结果就长期保持下来,此时A/D处于锁存状态。保持时间即开关闭合时间。8)量程转换开关数字电压表的设计要求量程为:0.001~1.999V,0.01~19.99V,0.1~199.9V,0~1999V选MC14433的基准电压为2V,则其量程为0.001~1.999V,所以其他量程分别×10×100×1000档位。电路如图用4个电阻串联进行分压,使进入MC14433电压均小于2V20(R2+R3+R4)/(R1+R2+R3+R4)=2200(R3+R4)/(R1+R2+R3+R4)=22000R4/(R1+R2+R3+R4)=299取R4=10KΩ则R1=9MΩR2=900KΩR3=90KΩ五、电

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