數(shù)字電壓表電路設(shè)計(jì)-論文

1、-. z目錄引言1 關(guān)鍵字1 1 設(shè)計(jì)目的設(shè)2 2 設(shè)計(jì)容及求2 3 3 3 3 數(shù)字電壓表的根本原理2 4 4 4 4 元器件的介紹元器件的介紹元器件的介紹元器件的介紹4 4.1 132A/D轉(zhuǎn)換器MC14433的介紹4 4.2 MC14433引腳功能說明7 4.3七段鎖存譯碼驅(qū)動器CD4511的介紹9 4.4 路達(dá)林頓驅(qū)動器陣列MC1413的介紹11 4.5 高精度低漂移能隙基準(zhǔn)電源MC1403的介紹12 5 5 5 5 課程設(shè)計(jì)調(diào)試的要點(diǎn)課程設(shè)計(jì)調(diào)試的要點(diǎn)課程設(shè)計(jì)調(diào)試的要點(diǎn)課程設(shè)計(jì)調(diào)試的要點(diǎn)12 6 6 6 6 實(shí)驗(yàn)容與步驟實(shí)驗(yàn)容與步驟實(shí)驗(yàn)容與步驟實(shí)驗(yàn)容與步驟13 7 7 7 7 課程設(shè)

2、計(jì)報(bào)告結(jié)論課程設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)論課程設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)論課程設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)論14 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)16 附錄 課程設(shè)計(jì)器材和供參考選擇的元器件課程設(shè)計(jì)器材和供參考選擇的元器件課程設(shè)計(jì)器材和供參考選擇的元器件課程設(shè)計(jì)器材和供參考選擇的元器件17 引言 電子科學(xué)技術(shù)日益開展, 電子測量也變的越來越普遍, 并且對測量的精度和功能的要求也越來越高, 而電壓的測量甚為突出,因?yàn)殡妷旱臏y量最為普遍。而且隨著電子技術(shù)的開展, 更是經(jīng)常需要測量高精度的電壓, 而傳統(tǒng)的模擬式即指針式電壓表已有100多年的開展史，雖然不斷改良與完善，仍無法滿足現(xiàn)代電子測量的需要，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測量儀器。 數(shù)字電

3、壓表Digital Voltmeter簡稱3.2DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。智能化數(shù)字電壓表則是最大規(guī)模集成電路LSI、數(shù)顯技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動測試技術(shù)ATE的結(jié)晶。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求，采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便，還可與PC進(jìn)展實(shí)時通信。目前，由各種單片A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，示出強(qiáng)大的生命力。 數(shù)字電壓表的根本原理，是對直流電壓進(jìn)展模數(shù)轉(zhuǎn)換，其結(jié)果用數(shù)

4、字直接顯示出來，按其根本工作原理可以分為積分式和比擬式兩大類。 關(guān)鍵詞：數(shù)字化測量技術(shù)；電壓測量；模數(shù)轉(zhuǎn)換 1. 設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的 1掌握數(shù)字電壓表的原理、設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。 2熟悉集成電路MC14433、MC1413、CD4511和MC1403的使用方法，并掌握其工作原理。 2. 設(shè)計(jì)容及要求設(shè)計(jì)容及要求設(shè)計(jì)容及要求設(shè)計(jì)容及要求 1設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表電路。 2測量圍：直流電壓0V1.999V，0V19.99V，0V199.9V，0V1999V。 3組裝調(diào)試132位數(shù)字電壓表。 4畫出數(shù)字電壓表電路原理圖，寫出總結(jié)報(bào)告。 5 選作容：自動切換量程。 3. 數(shù)字電壓表的根本原理數(shù)

5、字電壓表的根本原理數(shù)字電壓表的根本原理數(shù)字電壓表的根本原理 數(shù)字電壓表是將被測模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并進(jìn)展實(shí)時數(shù)字顯示的數(shù)學(xué)系統(tǒng)。 該系統(tǒng)如圖1-2所示可由MC14433132位A/D轉(zhuǎn)換器、MC1413七路達(dá)林頓驅(qū)動器陣列、CD4511 BCD到七段鎖存-譯碼-驅(qū)動器、能隙基準(zhǔn)電源MC1403和共陰極LED發(fā)光數(shù)碼管組成。 圖12 三位半直流數(shù)字電壓表線路圖本系統(tǒng)是132位數(shù)字電壓表，132位是指十進(jìn)制數(shù)00001999，所謂3位是指個位、十位、百位，其數(shù)字圍均為09。而所謂半位是指千位數(shù)，它不能從0變化到9，而只能由0變到1，即二值狀態(tài)，所以稱為半位。 各局部的功能如下： 1132A/D轉(zhuǎn)換

6、器：將輸入的模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號 2基準(zhǔn)電源：提供精細(xì)電壓，供A/D轉(zhuǎn)換器作參考電壓。 3譯碼器：將二-十進(jìn)制BCD碼轉(zhuǎn)換成七段信號。 4驅(qū)動器：驅(qū)動顯示的a，b，c，d，e，f，g七個發(fā)光段，推動發(fā)光數(shù)碼器LED進(jìn)展顯示。 5顯示器：將譯碼器輸出的七段信號進(jìn)展數(shù)字顯示，讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。 工作過程如下： 132數(shù)字電壓表通過位選信號1DS4DS進(jìn)展動態(tài)掃描顯示，由于MC14433 電路的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是采用BCD碼多路調(diào)制方法輸出，只要配上一塊譯碼器，就可以將轉(zhuǎn)換的結(jié)果以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)四位數(shù)字的LED發(fā)光數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示。1DS4DS輸出多路調(diào)制選通脈沖信號，DS選通脈沖為高電平，則表

7、示對應(yīng)的數(shù)位被選通，此時該位數(shù)據(jù)在0Q3Q端輸出。每個DS選通脈沖高電平寬度為18個時鐘脈沖周期，兩個相鄰選通脈沖之間間隔2個時鐘脈沖周期。DS和EOC的時序關(guān)系是在EOC脈沖完畢后，緊接著是1DS輸出正脈沖，以下依次為2DS，3DS和4DS。其中1DS對應(yīng)最高位MSD，4DS則對應(yīng)最高位LSD。在對應(yīng)2DS，3DS和4DS選通期間，0Q3Q輸出BCD全位數(shù)據(jù)，即以8421碼方式輸出對應(yīng)的數(shù)字09。在1DS選通期間，0Q3Q輸出千位的半位數(shù)0或1及過量程、欠量程和極性標(biāo)志信號。 在位選信號1DS選通期間0Q3Q的輸出容如下： 3Q表示千位數(shù)，3Q=0代表千位數(shù)的數(shù)字顯示為1，3Q=1代表千位數(shù)

8、的數(shù)字顯示為0。2Q表示被測電壓的極性，2Q的電平為1，表示極性為正，即0*V，2Q的電平為0表示極性為負(fù)，即0*V，則溢出。*RVV，則OR輸出低電平。當(dāng)OR=1時，表示*RVV時，OR輸出低電平，正常量程OR為高電平。 16端19端：對應(yīng)為4DS1DS，分別是多路調(diào)制選通脈沖信號個位、十位、百位和千位輸出端。當(dāng)SD端輸出高電平時，表示此刻0Q3Q輸出的BCD代碼是該對應(yīng)位上的數(shù)據(jù)。 20端23端：對應(yīng)為0Q3Q，分別是A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)輸出BCD代碼的對低位LSD，次低位，次高位和最高位輸出端。 24端：DDV，整個電路的正電源端。 4.3 七段鎖存七段鎖存七段鎖存七段鎖存譯碼譯碼譯碼譯碼

9、驅(qū)動器驅(qū)動器驅(qū)動器驅(qū)動器CD4511的介紹的介紹的介紹的介紹 CD4511是專用于將二-十進(jìn)制代碼BCD轉(zhuǎn)換成七段顯示信號的專用標(biāo)準(zhǔn)譯碼器，它由四位閂鎖鎖存器、七段譯碼器電路和驅(qū)動器三局部組成，如圖1-6所示：四位閂鎖LATCH：它的功能是將輸入的A，B，C和D代碼存放起來，該電路具有鎖存功能，在鎖存允許端LE端即LATCH ENABLE控制下起閂鎖電路的功能作用。 當(dāng)LE=1時，閂鎖器處于鎖存狀態(tài)，四位閂鎖封鎖輸入，此時它的輸出為 前一次LE=0時輸入的BCD碼；當(dāng)LE=0時，閂鎖處于選通狀態(tài)，輸出即為輸入的代碼。 由此可見，利用LE端的控制作用可以講*一時刻的輸入BCD代碼存放下來，使輸出

10、不再隨輸入變化。 2七段譯碼電路：將來自四位閂鎖輸出的BCD代碼譯成七段顯示碼輸出，MC4511中的七段譯碼器有兩個控制端。 1LTLAMPTEST燈測試端。當(dāng)LT=0時，七段譯碼器輸出全為1，發(fā)光數(shù)碼管各段全亮顯示；當(dāng)LT=1時譯碼器輸出狀態(tài)由BIuur端控制。 2BIuurBLANKING消隱端。當(dāng)BIuur=0時，控制譯碼器為全0輸出，發(fā)光數(shù)碼管各段全亮顯示；當(dāng)BIuur=1時，譯碼器正常輸出，發(fā)光數(shù)碼管正常顯示。 上述兩個控制端配合使用，可使譯碼器完成顯示上的一些特殊功能。 3驅(qū)動器：利用部設(shè)置的NPN管構(gòu)成的射極輸出器，加強(qiáng)驅(qū)動能力，使譯碼器輸出驅(qū)動電流可達(dá)20mA。 CD4511電

11、源電壓DDV的圍為5V15V。它可與NMOS電路或TTL電路兼容工作。 CD4511采用16引線雙列直插式封裝，如圖1-7所示使用CD4511時應(yīng)注意輸出端不允許短路，應(yīng)用時電路輸出端需要外接限流電阻。 4.4 七路達(dá)林頓驅(qū)動器陣列七路達(dá)林頓驅(qū)動器陣列七路達(dá)林頓驅(qū)動器陣列七路達(dá)林頓驅(qū)動器陣列MC1413的介的介的介的介紹紹紹紹 MC1413采用NPN達(dá)林頓復(fù)合晶體管的構(gòu)造，因此具有很高的電流增益和很高的輸入阻抗，可直接承受MOS或CMOS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)動各種負(fù)載。該電路含有7個集電極開路反相器也稱OC門。MC1413電路構(gòu)造和引腳如圖1-8所示，它采用

12、16引腳的雙列直插式封裝。每一驅(qū)動器輸出端均接有一釋放電感負(fù)載能量的抑制二極管4.5 高高高高精度低漂移能隙基準(zhǔn)電源精度低漂移能隙基準(zhǔn)電源精度低漂移能隙基準(zhǔn)電源精度低漂移能隙基準(zhǔn)電源MC1403的介紹的介紹的介紹的介紹 MC1403的輸出電壓的溫度系數(shù)為零，即輸出電壓與溫度無關(guān)。該電路的特點(diǎn)是：錯誤錯誤錯誤錯誤！未找到引用源未找到引用源未找到引用源未找到引用源。溫度系數(shù)??；錯誤錯誤錯誤錯誤！未找到引用源未找到引用源未找到引用源未找到引用源。躁聲??；錯誤錯誤錯誤錯誤！未找到引用源未找到引用源未找到引用源未找到引用源。輸入電壓圍大，穩(wěn)定性能好，當(dāng)輸入電壓從+4.5V變化到+15V時，輸出電壓值變化

13、量03VmV；錯誤錯誤錯誤錯誤！未找到引用源未找到引用源未找到引用源未找到引用源。輸出電壓值準(zhǔn)確度較高，在2.475V2.525V以；錯誤錯誤錯誤錯誤！未找到引用源未找到引用源未找到引用源未找到引用源。壓差小，適用于低壓電源；錯誤錯誤錯誤錯誤！未找到引用源未找到引用源未找到引用源未找到引用源。負(fù)載能力小，該電源最大輸出電流為10mA。 MC1403采用8引線雙列直插標(biāo)準(zhǔn)封裝，如上圖1-9所示。 5. 課程設(shè)計(jì)調(diào)試的要點(diǎn)課程設(shè)計(jì)調(diào)試的要點(diǎn)課程設(shè)計(jì)調(diào)試的要點(diǎn)課程設(shè)計(jì)調(diào)試的要點(diǎn) 1在電路上加電源電壓。DDV+5V，EEV-5V。 2用示波器觀察MC14433的11 腳CLKf時鐘頻率。調(diào)整電阻2R使

14、其等于66kHz。 3采用穩(wěn)壓電源，調(diào)整其輸出電壓為1.999V或199mV，以此作為模擬量輸入信號*V，此值需用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表監(jiān)視，然后調(diào)整基準(zhǔn)電壓RV的電位器，使LED顯示量為1.999V或199 mV，此時將電位器值固定好。 4觀察MC14433第6腳處的積分波形。調(diào)整電阻1R值使*V為1.999V或199 mV時，積分器輸出既不飽和，又能得到最大不失真的擺幅。 1檢查自動調(diào)零功能。當(dāng)MC14433的端口*V與AGV短路或*V端沒有信號輸入時，LED顯示器應(yīng)顯示0000。 2檢查超量程溢出功能。調(diào)節(jié)*V值，當(dāng)*V為2V或*VRV時，觀察LED發(fā)光數(shù)碼管是否有閃爍顯示告警作用，此時_OR端

15、應(yīng)為低電平。 3檢查自動極性轉(zhuǎn)換功能。將+1.990V和-1.990V先后加到*V端，兩次讀數(shù)之差為翻轉(zhuǎn)誤差，根據(jù)MOTOROLA公司規(guī)定，正負(fù)極性轉(zhuǎn)換時允許個位有1個字的誤差。 4測試線性度誤差。將輸入信號*V從0V增大到1.999V，輸出幾個采樣值，其*V值用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表監(jiān)視。然后與LED顯示數(shù)值相比擬，其最大偏差為線性誤差。 5將信號電壓*V極性變反，重復(fù)步驟4。 6當(dāng)MC14433的9腳與14腳直接相連時，觀察是否有EOC信號。當(dāng)DU端置0時，觀察LED顯示數(shù)字是否鎖存。 7調(diào)試分壓器，檢查各量程是否準(zhǔn)確。 6. 實(shí)驗(yàn)容與步驟實(shí)驗(yàn)容與步驟實(shí)驗(yàn)容與步驟實(shí)驗(yàn)容與步驟 本實(shí)驗(yàn)要求按圖1.3

16、組裝并調(diào)試好一臺三位半直流數(shù)字電壓表，實(shí)驗(yàn)時應(yīng)一步步地進(jìn)展。 1、 數(shù)碼顯示局部的組裝與調(diào)試 (1) 建議將4只數(shù)碼管插入40P集成電路插座上，將4個數(shù)碼管同名筆劃段與顯示譯碼的相應(yīng)輸出端連在一起，其中最高位只要將b、c、g三筆劃段接入電路，按圖1.3接好連線，但暫不插所有的芯片，待用。 (2) 插好芯片CC4511與MC1413，并將CC4511的輸入端A、B、C、D接至撥碼開關(guān)對應(yīng)的A、B、C、D四個插口處；將MC1413的1、2、3、4腳接至邏輯開關(guān)輸出插口上。 (3) 將MC1413的2腳置1，1、3、4腳置0，接通電源，撥動碼盤按或鍵自09變化，檢查數(shù)碼管是否按碼盤的指示值變化。 (

17、4) 按實(shí)驗(yàn)原理說明3(5)項(xiàng)的要求，檢查譯碼顯示是否正常。 (5) 分別將MC1413的3、4、1腳單獨(dú)置1，重復(fù)(3)的容。 如果所有4位數(shù)碼管顯示正常，則去掉數(shù)字譯碼顯示局部的電源，備用。 2、 標(biāo)準(zhǔn)電壓源的連接和調(diào)整 插上MC1403基準(zhǔn)電源，用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表檢查輸出是否為2.5V，然后調(diào)整10K電位器，使其輸出電壓為2.00V，調(diào)整完畢后去掉電源線，供總裝時備用。 3、 總裝總調(diào) (1) 插好芯片MC14433，接圖1.3接好全部線路。 (2) 將輸入端接地，接通+5V，5V電源先接好地線，此時顯示器將顯示000值，如果不是，應(yīng)檢測電源正負(fù)電壓。用示波器測量、觀察DS1DS4 ，Q0

18、Q3 波形，判別故障所在。 (3) 用電阻、電位器構(gòu)成一個簡單的輸入電壓V* 調(diào)節(jié)電路，調(diào)節(jié)電位器，4位數(shù)碼將相應(yīng)變化，然后進(jìn)入下一步精調(diào)。 (4) 用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表或用數(shù)字萬用表代測量輸入電壓，調(diào)節(jié)電位器，使V*1.000V，這時被調(diào)電路的電壓指示值不一定顯示1.000，應(yīng)調(diào)整基準(zhǔn)電壓源，使指示值與標(biāo)準(zhǔn)電壓表誤差個位數(shù)在5之。 (5) 改變輸入電壓V*極性，使Vi1.000V，檢查是否顯示，并按(4)方法校準(zhǔn)顯示值。 (6) 在+1.999V01.999V量程再一次仔細(xì)調(diào)整調(diào)基準(zhǔn)電源電壓使全部量程的誤差均不超過個位數(shù)在5之。 至此一個測量圍在1.999的三位半數(shù)字直流電壓表調(diào)試成功。 4、

19、記錄輸入電壓為1.999，1.500，1.000，0.500，0.000時標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表的讀數(shù)被調(diào)數(shù)字電壓表的顯示值，列表記錄之。 5、 用自制數(shù)字電壓表測量正、負(fù)電源電壓。如何測量，試設(shè)計(jì)擴(kuò)程測量電路。 6、假設(shè)積分電容C1、C02(0.1F)換用普通金屬化紙介電容時，觀察測量精度的變化。課程設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)論課程設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)論課程設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)論課程設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)論 1數(shù)字電壓表的具體應(yīng)用電路是有很多種的，只要掌握了一些最根本的應(yīng)用，就可以舉一反三地、越來越熟練地按照自己的構(gòu)思，得心應(yīng)手地設(shè)計(jì)好數(shù)字電壓表電路。 2盡管數(shù)字電壓表的輸入阻抗可以到達(dá)上1000兆歐姆，但是，這個阻抗僅僅是對輸入信號而言的，與通常電力系統(tǒng)泛稱的絕緣電阻有著天壤之別。因此