課題2 數(shù)字電壓表

1、1.設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表電路。設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表電路。2.測量范圍：測量范圍：01.999V， 019.99V， 0199.9V和和01999V 。 3. 組裝調(diào)試三位半數(shù)字電壓表。組裝調(diào)試三位半數(shù)字電壓表。4.選作內(nèi)容：自動(dòng)切換量程。選作內(nèi)容：自動(dòng)切換量程。課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表一、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求一、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 數(shù)字電壓表主要由直流數(shù)字電壓表構(gòu)成，數(shù)字電壓表主要由直流數(shù)字電壓表構(gòu)成， 它由阻容濾波器、前置放大器、直流轉(zhuǎn)換器它由阻容濾波器、前置放大器、直流轉(zhuǎn)換器ACDC、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD、發(fā)光二極管顯示器、發(fā)光二極管顯示器LED及及保護(hù)電路等組成。保護(hù)電路等組成。課題課題2：數(shù)

2、字電壓表：數(shù)字電壓表二、數(shù)字電壓表的基本原理二、數(shù)字電壓表的基本原理 采用采用MC14433,它是一個(gè)三位半它是一個(gè)三位半A/D轉(zhuǎn)換器且能進(jìn)行轉(zhuǎn)換器且能進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字顯示實(shí)時(shí)數(shù)字顯示 ； 該系統(tǒng)可采用該系統(tǒng)可采用MC14433三位半三位半A/D 轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換器、MC1413七路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器陣列、七路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器陣列、CD4511 BCD七七段鎖存段鎖存-譯碼譯碼-驅(qū)動(dòng)器、能隙基準(zhǔn)電源驅(qū)動(dòng)器、能隙基準(zhǔn)電源MC1403和共陰和共陰極極LED發(fā)光數(shù)碼管組成。發(fā)光數(shù)碼管組成。 課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表三、方案選擇三、方案選擇方案一方案一 方案一方案一課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表三、方案選

3、擇三、方案選擇直流雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433AC/DC轉(zhuǎn)換電阻分壓放大穩(wěn)壓顯示譯碼器CD4511字位驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示交流 該方案將直流電壓和交流電壓轉(zhuǎn)換電路直接同芯片該方案將直流電壓和交流電壓轉(zhuǎn)換電路直接同芯片INC7107連接組成，連接組成，INC7107將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)顯示將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)顯示在在LED顯示數(shù)碼管上。顯示數(shù)碼管上。 INC7107為為CMOS三位半單片雙積分式三位半單片雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，集模擬部分的緩沖器、積分器、電壓比較器、正負(fù)集模擬部分的緩沖器、積分器、電壓比較器、正負(fù)電壓參考源和模擬開關(guān)，以及數(shù)字部分的振蕩器、電壓參考源和模擬開關(guān)，以及數(shù)字部分的振蕩

4、器、計(jì)數(shù)器、鎖存器、譯碼器、驅(qū)動(dòng)器、控制器和邏輯計(jì)數(shù)器、鎖存器、譯碼器、驅(qū)動(dòng)器、控制器和邏輯電路于一身的芯片。電路于一身的芯片。課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表三、方案選擇三、方案選擇 方案二方案二 方案二方案二課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表三、方案選擇三、方案選擇直流INC7107AC/DC轉(zhuǎn)換振蕩電路穩(wěn)壓電路LED數(shù)碼管顯示交流 方案三方案三該方案采用該方案采用12M晶振產(chǎn)生脈沖做晶振產(chǎn)生脈沖做AT89C52的內(nèi)部時(shí)的內(nèi)部時(shí)鐘信號，通過軟件設(shè)置單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器鐘信號，通過軟件設(shè)置單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器T0產(chǎn)生產(chǎn)生中斷信號。中斷信號。 利用中斷設(shè)置單片機(jī)的利用中斷設(shè)置單片機(jī)的P2.4口取

5、反產(chǎn)生脈沖做口取反產(chǎn)生脈沖做AT89C52的時(shí)鐘信號。的時(shí)鐘信號。 單片機(jī)軟件設(shè)置單片機(jī)軟件設(shè)置ADC0808開始開始A/D轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換結(jié)轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存到片內(nèi)果存到片內(nèi)RAM。系統(tǒng)調(diào)出顯示子程序，將保存結(jié)。系統(tǒng)調(diào)出顯示子程序，將保存結(jié)果轉(zhuǎn)化為果轉(zhuǎn)化為0.005.00V分別保存在片內(nèi)分別保存在片內(nèi)RAM； 系統(tǒng)調(diào)出顯示子程序，將轉(zhuǎn)化后數(shù)據(jù)查表，輸出到系統(tǒng)調(diào)出顯示子程序，將轉(zhuǎn)化后數(shù)據(jù)查表，輸出到LED顯示電路，將相應(yīng)電壓顯示出來，程序進(jìn)入下顯示電路，將相應(yīng)電壓顯示出來，程序進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。一個(gè)循環(huán)。課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表三、方案選擇三、方案選擇 方案三方案三課題課題2：數(shù)字電壓表：

6、數(shù)字電壓表三、方案選擇三、方案選擇直流AT89C52單片機(jī)AC/DC轉(zhuǎn)換復(fù)位電路時(shí)鐘電路LED數(shù)碼管顯示交流 方案一：選用方案一：選用A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片MC14433、CD4511、MC1413、MC1403實(shí)現(xiàn)電壓的測量，用四位數(shù)碼實(shí)現(xiàn)電壓的測量，用四位數(shù)碼管顯示最后的轉(zhuǎn)換電壓結(jié)果。顯示出來，程序進(jìn)入管顯示最后的轉(zhuǎn)換電壓結(jié)果。顯示出來，程序進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。下一個(gè)循環(huán)。 優(yōu)點(diǎn)：精度較高，工作性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力優(yōu)點(diǎn)：精度較高，工作性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力 比較強(qiáng)。器件價(jià)格合適，采購方便，成本低，易實(shí)比較強(qiáng)。器件價(jià)格合適，采購方便，成本低，易實(shí)施；施； 缺點(diǎn)：工作速度低。缺點(diǎn)：工作速度低

7、。課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表三、方案選擇三、方案選擇 方案比較方案比較 方案二：選用專用電壓轉(zhuǎn)化芯片方案二：選用專用電壓轉(zhuǎn)化芯片INC7107實(shí)現(xiàn)電壓實(shí)現(xiàn)電壓的測量和控制。的測量和控制。 它包含它包含A/D三位半數(shù)字三位半數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管。用四位數(shù)碼管顯示出最后的轉(zhuǎn)換電壓數(shù)碼管。用四位數(shù)碼管顯示出最后的轉(zhuǎn)換電壓結(jié)果。結(jié)果。 優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低廉優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低廉 缺點(diǎn)：精度比較低，且內(nèi)部電壓轉(zhuǎn)換盒控制部分不缺點(diǎn)：精度比較低，且內(nèi)部電壓轉(zhuǎn)換盒控制部分不可控制。可控制。課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表三、方案選擇三、方案選擇 方案比較方案比較 方案三：選用

8、單片機(jī)方案三：選用單片機(jī)AT89S52和和A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片ADC0809實(shí)現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換盒控制，用四位數(shù)碼管顯實(shí)現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換盒控制，用四位數(shù)碼管顯示出最后的轉(zhuǎn)換電壓結(jié)果。示出最后的轉(zhuǎn)換電壓結(jié)果。 優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換精度高，且轉(zhuǎn)換的過程和控制、顯示部優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換精度高，且轉(zhuǎn)換的過程和控制、顯示部分可以控制。分可以控制。 缺點(diǎn)：價(jià)格稍貴。缺點(diǎn)：價(jià)格稍貴。課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表三、方案選擇三、方案選擇 方案比較方案比較課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表四、單元電路四、單元電路 三位半三位半A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器MC1443 模擬部分模擬部分（1）提高）提高AD 轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗，使輸入阻抗可達(dá)轉(zhuǎn)換

9、器的輸入阻抗，使輸入阻抗可達(dá)l00M以以上；上；（2）和外接的）和外接的RI、CI構(gòu)成一個(gè)積分放大器，完成構(gòu)成一個(gè)積分放大器，完成VT 轉(zhuǎn)換即轉(zhuǎn)換即電壓電壓時(shí)間的轉(zhuǎn)換；時(shí)間的轉(zhuǎn)換；（3）構(gòu)造了電壓比較器，完成）構(gòu)造了電壓比較器，完成“0”電平檢出，將輸入電壓與電平檢出，將輸入電壓與零電壓進(jìn)行比較，根據(jù)兩者的差值決定極性輸出是零電壓進(jìn)行比較，根據(jù)兩者的差值決定極性輸出是“1”還是還是“0”。比較器的輸出用作內(nèi)部數(shù)字控制電路的一個(gè)判別信號；。比較器的輸出用作內(nèi)部數(shù)字控制電路的一個(gè)判別信號；（4）與外接電容器）與外接電容器C0構(gòu)成自動(dòng)調(diào)零電路。構(gòu)成自動(dòng)調(diào)零電路。 課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表四

10、、單元電路四、單元電路 三位半三位半A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器MC1443 數(shù)字部分?jǐn)?shù)字部分 控制邏輯是控制邏輯是A/D 轉(zhuǎn)換的指揮中心，它統(tǒng)一控制各部轉(zhuǎn)換的指揮中心，它統(tǒng)一控制各部分電路的工作。根據(jù)比較器的輸出極性接通電子模分電路的工作。根據(jù)比較器的輸出極性接通電子模擬開關(guān)，完成擬開關(guān)，完成A/D轉(zhuǎn)換各個(gè)階段的開關(guān)轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生轉(zhuǎn)換各個(gè)階段的開關(guān)轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生定時(shí)轉(zhuǎn)換信號以及過量程等功能標(biāo)志信號。在對基定時(shí)轉(zhuǎn)換信號以及過量程等功能標(biāo)志信號。在對基準(zhǔn)電壓準(zhǔn)電壓VREF 進(jìn)行積分時(shí)，控制邏輯令進(jìn)行積分時(shí)，控制邏輯令4位計(jì)數(shù)器位計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，完成開始計(jì)數(shù)，完成A/D 轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。 課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電

11、壓表四、單元電路四、單元電路 三位半三位半A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器MC1443 數(shù)字部分?jǐn)?shù)字部分 MC14433內(nèi)部具有時(shí)鐘發(fā)生器，它通過外接電阻構(gòu)成的反內(nèi)部具有時(shí)鐘發(fā)生器，它通過外接電阻構(gòu)成的反饋，井利用內(nèi)部電容形成振蕩，產(chǎn)生節(jié)拍時(shí)鐘脈沖，使電路饋，井利用內(nèi)部電容形成振蕩，產(chǎn)生節(jié)拍時(shí)鐘脈沖，使電路統(tǒng)一動(dòng)作，這是一種施密特觸發(fā)式正反饋統(tǒng)一動(dòng)作，這是一種施密特觸發(fā)式正反饋RC 多諧振蕩器，多諧振蕩器，一般外接電阻為一般外接電阻為360k時(shí)，振蕩頻率為時(shí)，振蕩頻率為100kHz；當(dāng)外接電；當(dāng)外接電阻為阻為470k時(shí)，振蕩頻率則為時(shí)，振蕩頻率則為66kHz，當(dāng)外接電阻為，當(dāng)外接電阻為750k時(shí)，振蕩頻率為

12、時(shí)，振蕩頻率為50kHz。若采用外時(shí)鐘頻率。則不要外接電。若采用外時(shí)鐘頻率。則不要外接電阻，時(shí)鐘頻率信號從阻，時(shí)鐘頻率信號從CPI(10腳腳)端輸入，時(shí)鐘脈沖端輸入，時(shí)鐘脈沖CP 信號可信號可從從CPO(原文資料為原文資料為CLKO)(11腳腳)處獲得。處獲得。MC14433內(nèi)部可內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)極性檢測，用于顯示輸入電壓實(shí)現(xiàn)極性檢測，用于顯示輸入電壓UX 的正負(fù)極性；而它的的正負(fù)極性；而它的過載指示過載指示(溢出溢出)的功能是當(dāng)輸入電壓的功能是當(dāng)輸入電壓Vx 超出量程范圍時(shí)，輸超出量程范圍時(shí)，輸出過量程標(biāo)志出過量程標(biāo)志OR（低有效）。（低有效）。 課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表四、單元電路四、

13、單元電路 三位半三位半A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器MC1443 數(shù)字部分?jǐn)?shù)字部分 MC14433是雙斜率雙積分是雙斜率雙積分AD 轉(zhuǎn)換器，采用電轉(zhuǎn)換器，采用電壓壓時(shí)間間隔時(shí)間間隔(VT)方式，通過先后對被測模擬量方式，通過先后對被測模擬量電壓電壓UX和基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)電壓VREF 的兩次積分，將輸入的被的兩次積分，將輸入的被測電壓轉(zhuǎn)換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔，用計(jì)測電壓轉(zhuǎn)換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔，用計(jì)數(shù)器測出這個(gè)時(shí)間間隔對應(yīng)的脈沖數(shù)目，即可得到數(shù)器測出這個(gè)時(shí)間間隔對應(yīng)的脈沖數(shù)目，即可得到被測電壓的數(shù)字值。被測電壓的數(shù)字值。 課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表四、單元電路四、單元電路 三位半三位半

14、A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器MC1443 CD4511 是專用于將是專用于將二二-十進(jìn)制代碼十進(jìn)制代碼(BCD)轉(zhuǎn)換成七段顯示信號轉(zhuǎn)換成七段顯示信號的專用標(biāo)準(zhǔn)譯碼器，的專用標(biāo)準(zhǔn)譯碼器，它由它由4位鎖存器，位鎖存器，7段段譯碼電路和驅(qū)動(dòng)器三譯碼電路和驅(qū)動(dòng)器三布分組成。布分組成。 課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表四、單元電路四、單元電路七段鎖存七段鎖存-譯碼譯碼-驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器CD4511 (1) 四位鎖存器四位鎖存器(LATCH)：它的功能是將輸入的它的功能是將輸入的A，B，C 和和D代碼寄存起來，代碼寄存起來，該電路具有鎖存功能，在該電路具有鎖存功能，在鎖存允許端（鎖存允許端（LE 端，即端，即LATC

15、HENABLE）控制）控制下起鎖存數(shù)據(jù)的作用。下起鎖存數(shù)據(jù)的作用。課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表四、單元電路四、單元電路七段鎖存七段鎖存-譯碼譯碼-驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器CD4511 (2) 七段譯碼電路：將來自七段譯碼電路：將來自四位鎖存器輸出的四位鎖存器輸出的BCD 代碼譯成七段顯示碼輸出，代碼譯成七段顯示碼輸出，MC4511中的七段譯碼器中的七段譯碼器有兩個(gè)控制端：有兩個(gè)控制端： LT 燈測試端。燈測試端。 BI 消隱端。消隱端。 課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表四、單元電路四、單元電路七段鎖存七段鎖存-譯碼譯碼-驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器CD4511 (3) 驅(qū)動(dòng)器：利用內(nèi)部設(shè)驅(qū)動(dòng)器：利用內(nèi)部設(shè)置的置的

16、NPN 管構(gòu)成的射極管構(gòu)成的射極輸出器，加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，輸出器，加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，使譯碼器輸出驅(qū)動(dòng)電流可使譯碼器輸出驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)達(dá)20mA。 課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表四、單元電路四、單元電路七段鎖存七段鎖存-譯碼譯碼-驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器CD4511 CD4511電源電壓電源電壓VDD的范的范圍為圍為5V-15V，可與，可與NMOS電路或電路或TTL電路兼容工作。電路兼容工作。CD4511采用采用16引線雙列直引線雙列直插式封裝，插式封裝，課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表四、單元電路四、單元電路七段鎖存七段鎖存-譯碼譯碼-驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器CD4511 MC1413采用采用NPN達(dá)林頓復(fù)合晶體管的結(jié)構(gòu)

17、，因此具達(dá)林頓復(fù)合晶體管的結(jié)構(gòu)，因此具有很高的電流增益和很高的輸入阻抗，可直接接受有很高的電流增益和很高的輸入阻抗，可直接接受MOS 或或CMOS 集成電路的輸出信號，并把電壓信集成電路的輸出信號，并把電壓信號轉(zhuǎn)換成足夠大的電流信號驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載該電路號轉(zhuǎn)換成足夠大的電流信號驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載該電路內(nèi)含有內(nèi)含有7個(gè)集電極開路反相器個(gè)集電極開路反相器(也稱也稱OC0門門)。它采用它采用16引腳的雙列直插式封裝。每一驅(qū)動(dòng)器輸出端引腳的雙列直插式封裝。每一驅(qū)動(dòng)器輸出端均接有一釋放電感負(fù)載能量的續(xù)流二極管。均接有一釋放電感負(fù)載能量的續(xù)流二極管。課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表四、單元電路四、單元電路七路達(dá)林

18、頓驅(qū)動(dòng)器陣列七路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器陣列MC1413 溫度系數(shù)小；溫度系數(shù)?。?噪聲??；噪聲小； 輸入電壓范圍大，穩(wěn)輸入電壓范圍大，穩(wěn)定性能好定性能好,當(dāng)輸入電壓從當(dāng)輸入電壓從+45V變化到變化到+15V時(shí)，輸時(shí)，輸出電壓值變化量小于出電壓值變化量小于3mV；輸出電壓值準(zhǔn)確度較輸出電壓值準(zhǔn)確度較高，高，y。值在。值在2.475V2.525V 以內(nèi)；以內(nèi)； 壓差小，適壓差小，適用于低壓電源；用于低壓電源； 負(fù)載能力小，該電源最大輸出電負(fù)載能力小，該電源最大輸出電流為流為10mA。MC1403用用8條引線雙列直插標(biāo)準(zhǔn)封裝。條引線雙列直插標(biāo)準(zhǔn)封裝。課題課題2：數(shù)字電壓表：數(shù)字電壓表四、單元電路四、單元電路高精度低漂移能隙基準(zhǔn)電源高精度低漂移能隙基準(zhǔn)電源MC1403 四個(gè)電阻串聯(lián)分壓設(shè)計(jì)，四個(gè)電阻串聯(lián)分壓設(shè)計(jì)，總電阻值為總電阻值為10M， 當(dāng)開關(guān)當(dāng)開關(guān)S1閉合時(shí)，為最閉合時(shí)，為最小量程小量程2V； 當(dāng)開關(guān)當(dāng)開關(guān)S2閉合時(shí)，衰減閉合時(shí)，衰減10倍，其量程為倍，其量程為20V； 當(dāng)開關(guān)當(dāng)開關(guān)S3閉合時(shí)，衰減閉合時(shí)，衰減100倍，其量程為倍，