電子電路設(shè)計(jì)報(bào)告-數(shù)字萬用表電路設(shè)計(jì)與制作

電子電路設(shè)計(jì)報(bào)告課題項(xiàng)目：數(shù)字萬用表電路設(shè)計(jì)與制作目錄設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)方案電路原理圖——附錄1元器件介紹測(cè)試報(bào)告——附錄2問題探討心得與體會(huì)實(shí)物拍照——附錄3設(shè)計(jì)目的利用給定元器件設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)字式電壓、電阻測(cè)量?jī)x，通過原理設(shè)計(jì)和實(shí)物電路的制作掌握數(shù)字電路設(shè)計(jì)的基本方法及電路的焊接技術(shù)，同時(shí)復(fù)習(xí)、鞏固以往的學(xué)習(xí)內(nèi)容，達(dá)到靈活應(yīng)用的目的。設(shè)計(jì)完成后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自行安裝、調(diào)試，在該過程中培養(yǎng)從事設(shè)計(jì)工作的整體概念。設(shè)計(jì)要求利用給定元器件設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)字式萬用表能夠?qū)崿F(xiàn)不同檔位的電阻和交、直流電壓的測(cè)量完成電路原理圖的設(shè)計(jì)及實(shí)際電路的焊接調(diào)試技術(shù)指標(biāo)：量程范圍直流電壓檔：200V、20V、2V交流電壓檔：200V、20V、2V電阻檔：2M、200K、20K、2K顯示三位半數(shù)碼管顯示過量程正負(fù)值設(shè)計(jì)方案整體思路利用MC14433的數(shù)模轉(zhuǎn)換功能實(shí)現(xiàn)對(duì)0~2V電壓的測(cè)量，并通過譯碼器及數(shù)碼管進(jìn)行顯示。利用運(yùn)算放大電路及分壓電阻將不同檔位的待測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換為基本0~2V之間的電壓值，從而利用MC14433進(jìn)行測(cè)量。原理框圖：電路分塊分析輸入緩沖：構(gòu)成：由集成運(yùn)放、電阻和二極管組成電壓跟隨器作用：輸入電阻很大，輸出電阻很小，隔絕內(nèi)外電路局部圖：利用MC14433將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓值所對(duì)應(yīng)的BCD碼，再通過CD4511將BCD碼轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)數(shù)字的電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基本電壓值的測(cè)量。通過MC1403基準(zhǔn)電壓芯片及電位器為MC14433提供2V基準(zhǔn)電壓，同時(shí)利用MC1413將MC14433輸出的選通高電平轉(zhuǎn)換為控制數(shù)碼管顯示的低電平。電壓分壓器構(gòu)成：特定阻值的電阻和跳線作用：利用電阻串聯(lián)分壓將處于不同檔位的待測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為0~2V內(nèi)的基本電壓，進(jìn)而利用基本電壓測(cè)量電路進(jìn)行測(cè)量。局部圖：AC/DC轉(zhuǎn)換器構(gòu)成：通過集成運(yùn)放、電容、二極管和電阻等元器件組成隔直、整流和濾波電路作用原理：利用TL062運(yùn)算放大器和二極管構(gòu)成精密半波整流電路，將待測(cè)交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，然后利用運(yùn)算放大電路對(duì)整流后的電壓值進(jìn)行放大，使之與交流信號(hào)的有效值想對(duì)應(yīng)，之后將轉(zhuǎn)換過的信號(hào)輸入基本測(cè)量電路進(jìn)行測(cè)量。局部圖：A/D轉(zhuǎn)換構(gòu)成：MC14433芯片、CD4511芯片作用原理：利用MC14433將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓值所對(duì)應(yīng)的BCD碼，再通過CD4511將BCD碼轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)數(shù)字的電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基本電壓值的測(cè)量。局部圖：比例法電阻電路構(gòu)成：阻值成比例的電阻和集成運(yùn)放構(gòu)成的比例運(yùn)算電路作用原理：利用比例運(yùn)算電路將電阻的比值轉(zhuǎn)化成電壓的比值，從而將得到的電壓信號(hào)輸出到后級(jí)電壓測(cè)量電路中，測(cè)出了電壓即測(cè)出了電阻。原理公式：R/Rx=Vref/VRx從而將測(cè)電阻轉(zhuǎn)化成測(cè)電壓局部圖：電路原理圖見附錄1元器件介紹1、TL062中文描述：低功耗JFET輸入運(yùn)算放大器（低功耗場(chǎng)效應(yīng)輸入的運(yùn)算放大器）原理圖：引腳圖：2、MC1403\o"MC1403"MC1403是美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的高準(zhǔn)確度、低溫漂、采用激光修正的帶隙基準(zhǔn)電壓源，采用DIP-8或SOT23封裝，其DIP-8的引腳排列如圖1所示。引腳說明：Pin1：（VCC）供電電源端，范圍1.5~15V；Pin2：（Vr）基準(zhǔn)源輸出端，輸出電壓：2.5V±25mV，輸出電流10mA；圖1MC1403圖1MC1403引腳排列圖Pin4~Pin8：控制端。最基本的應(yīng)用電路：在MC1403的2腳輸出2.5V的電壓，該端對(duì)地接上精密多圈電位器10kΩ，則電位器的中心端可以輸出0～2.5V的電壓。圖圖2Mc403的典型應(yīng)用電路3、MC14433概述（1）MC14433A／D轉(zhuǎn)換器由積分器、比較器、計(jì)數(shù)器和控制電路組成。（2）MC14433

采用24引線雙列直插式封裝，外引線排列。（3）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RC

多諧振蕩器。（4）MC14433是雙斜率雙積分A／D

轉(zhuǎn)換器，采用電壓—時(shí)間間隔(V／T)方式，通過先后對(duì)被測(cè)模擬量電壓UX和基準(zhǔn)電壓VREF

的兩次積分，將輸入的被測(cè)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(cè)出這個(gè)時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)目，即可得到被測(cè)電壓的數(shù)字值。主要引腳功能說明(1)

端：VAG，模擬地，是高阻輸入端，作為輸入被測(cè)電壓UX和基準(zhǔn)電壓VREF的參考點(diǎn)地(2)

端：VREF，外接基準(zhǔn)電壓輸入端

(3)

端：UX，是被測(cè)電壓輸入端

(4)

端：RI，外接積分電阻端(5)

端：RI／CI，外接積分元件電阻和電容的公共接點(diǎn)(6)

端：C1，外接積分電容端，積分波形由該端輸出(7)

和

(8)

端：C01和C02，外接失調(diào)補(bǔ)償電容端。推薦外接失調(diào)補(bǔ)償電容C0取0.1μF(9)

端：DU，實(shí)時(shí)輸出控制端，主要控制轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出，若在雙積分放電周期即階段5開始前，在DU端輸入一正脈沖，則該周期轉(zhuǎn)換結(jié)果將被送入輸出鎖存器并經(jīng)多路開關(guān)輸出，否則輸出端繼續(xù)輸出鎖存器中原來的轉(zhuǎn)換結(jié)果。若該端通過一電阻和EOC

短接，則每次轉(zhuǎn)換的結(jié)果都將被輸出。(10)

端：CPI

(CLKI)，時(shí)鐘信號(hào)輸入端(11)

端：CPO

(CLKO)，時(shí)鐘信號(hào)輸出端(12)

端：VEE，負(fù)電源端，是整個(gè)電路的電源最負(fù)端，主要作為模擬電路部分的負(fù)電源，該端的典型電流約為0.8mA，所有輸出驅(qū)動(dòng)電路的電流不流過該端，而是流向VSS端(13)

端：VSS

負(fù)電源端．

(14)

端：EOC，轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標(biāo)志輸出端，每一A／D轉(zhuǎn)換周期結(jié)束，EOC端輸出一正脈沖，其脈沖寬度為時(shí)鐘信號(hào)周期的1／2(15)

端：OR

，過量程標(biāo)志輸出端，當(dāng)|UX|>VREF

時(shí)，OR輸出低電平，正常量程OR為高電平(16)～(19)

端：對(duì)應(yīng)為DS4～DS1，分別是多路調(diào)制選通脈沖信號(hào)個(gè)位、十位、百位和千位輸出端，當(dāng)DS端輸出高電平時(shí)，表示此刻Q?！玅3

輸出的BCD

代碼是該對(duì)應(yīng)位上的數(shù)據(jù)(20)～（23）端：對(duì)應(yīng)為Q0-Q3，分別是A／D

轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)輸出BCD代碼的最低位(LSB)、次低位、次高位和最高位輸出端。(24)

端：VDD，整個(gè)電路的正電源端4、CD4511

概述（1）CD4511電源電壓VDD的范圍為5V-15V，它可與NMOS電路或TTL電路兼容工作。

（2）CD4511采用16引線雙列直插式封裝。（3）使用CD451l時(shí)應(yīng)注意輸出端不允許短路，應(yīng)用時(shí)電路輸出端需外接限流電阻。2.內(nèi)部組成CD4511

是專用于將二-十進(jìn)制代碼(BCD)轉(zhuǎn)換成七段顯示信號(hào)的專用標(biāo)準(zhǔn)譯碼器，它由4位鎖存器，7段譯碼電路和驅(qū)動(dòng)器三部分組成。

（1）

四位鎖存器(LATCH)：它的功能是將輸入的A，B，C

和D代碼寄存起來，該電路具有鎖存功能，在鎖存允許端（LE

端，即LATCHENABLE）控制下起鎖存數(shù)據(jù)的作用。

當(dāng)LE=1時(shí)，鎖存器處于鎖存狀態(tài)，四位鎖存器封鎖輸入，此時(shí)它的輸出為前一次LE=0時(shí)輸入的BCD碼；

當(dāng)LE=0時(shí)，鎖存器處于選通狀態(tài)，輸出即為輸入的代碼。

由此可見，利用LE

端的控制作用可以將某一時(shí)刻的輸入BCD代碼寄存下來，使輸出不再隨輸入變化。

（2）

七段譯碼電路：將來自四位鎖存器輸出的BCD

代碼譯成七段顯示碼輸出，MC4511中的七段譯碼器有兩個(gè)控制端：

①

LT

(LAMP

TEST)燈測(cè)試端。當(dāng)LT

=

0時(shí)，七段譯碼器輸出全1，發(fā)光數(shù)碼管各段全亮顯示；當(dāng)LT

=

1時(shí)，譯碼器輸出狀態(tài)由BI端控制。

②

BI

(BLANKING)消隱端。當(dāng)BI

=

0時(shí)，控制譯碼器為全0輸出，發(fā)光數(shù)碼管各段熄滅。BI

=

1時(shí)，譯碼器正常輸出，發(fā)光數(shù)碼管正常顯示。

上述兩個(gè)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(dòng)器：利用內(nèi)部設(shè)置的NPN

管構(gòu)成的射極輸出器，加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，使譯碼器輸出驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)20mA。

3.管腳圖（如右側(cè)）5.MC1413MC1413采用NPN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MOS

或CMOS

集成電路的輸出信號(hào)，并把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成足夠大的電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載。該電路內(nèi)含有7個(gè)集電極開路反相器(也稱OC0門)。它采用16引腳的雙列直插式封裝。每一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的輸出端均接有一釋放電感負(fù)載能量的續(xù)流二極管。管腳圖測(cè)試結(jié)果見附錄2問題探討AC/DC轉(zhuǎn)換電路中為什么要用兩個(gè)電容較大的有極電容？答：這兩個(gè)有極電容電容量很大，交流范圍很廣，可以很好地實(shí)現(xiàn)隔直通交的功能；兩個(gè)有極電容相當(dāng)于無極電容，可以使正負(fù)兩個(gè)方向的交流電通過電源引腳上電容的作用？答：濾除雜波過量程如何表示？答：將MC14433的OR引腳與CD4511的BI引腳連接起來，當(dāng)電壓過量程的時(shí)候，OR輸出高電平，從而BI是高電平，將數(shù)碼管清零。測(cè)電壓與測(cè)電阻的區(qū)別答：由于電阻都是正值，測(cè)電阻時(shí)需將與最高位數(shù)碼管g管腳相連的跳線斷開心得感想從一開始拿到課程設(shè)計(jì)題目到最終做出成品共經(jīng)歷了兩周時(shí)間，兩周以來，從最開始拿到課題進(jìn)行原理設(shè)計(jì)到后來的電路設(shè)計(jì)，再到將設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)化為實(shí)物，整個(gè)過程經(jīng)歷了一個(gè)完整的項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程。在這個(gè)過程中不僅對(duì)于已經(jīng)學(xué)習(xí)過的電子電路知識(shí)有了更深入的了解和認(rèn)識(shí)，同時(shí)也通過實(shí)際操作掌握了一系列的電子電路設(shè)計(jì)方法和技巧。其中包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)方法、基于運(yùn)算放大器的電子整流電路的設(shè)計(jì)方法以及數(shù)字顯示電路的設(shè)計(jì)方法，另外通過后期的實(shí)際操作，體驗(yàn)了將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的過程，對(duì)電子電路設(shè)計(jì)有了更深入的認(rèn)識(shí)，同時(shí)掌握了一些電路焊接技巧。由于課程設(shè)計(jì)的題目要求已經(jīng)是比較成熟的電路，所以基本原理的設(shè)計(jì)階段并未遇到太大困難，課后根據(jù)老師講解很快就確定了基本思路。但在將電路具體化的過程中卻由于元件限制和精度要求在整流部分遇到了困難。由于課程中接觸到的整流電路均由二極管構(gòu)成，而此次電路所提供的元件和參考電路則要求在二極管的基礎(chǔ)上，采用運(yùn)算放大器進(jìn)行整流，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)此方面的知識(shí)進(jìn)行補(bǔ)充。通過查找相關(guān)資料基本掌握了利用運(yùn)算放大器進(jìn)行整流的基本原理，之后才得以設(shè)計(jì)出相應(yīng)電路。通過對(duì)這一細(xì)節(jié)問題的解決，不僅彌補(bǔ)了自己知識(shí)體系的空缺，同時(shí)認(rèn)識(shí)到電路設(shè)計(jì)具有較高的靈活性，同樣的目的可通過不同的思路進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，或者同樣的元器件在不同場(chǎng)合可以發(fā)揮截然不同的作用。 課程設(shè)計(jì)的一大難點(diǎn)便是將原理圖轉(zhuǎn)化為實(shí)物。由于原理圖中的電路符號(hào)與實(shí)際芯片的引腳和外形間存在較大差異，因此在設(shè)計(jì)好原理圖后還需根據(jù)實(shí)物的特征和功能對(duì)元器件布局進(jìn)行規(guī)劃。在進(jìn)行規(guī)劃的過程中不僅能夠?qū)﹄娮釉骷懈庇^的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)電子電路設(shè)計(jì)的整體性和系統(tǒng)性思維有了更深入的體會(huì)。在進(jìn)行一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)，不能僅僅考慮其原理或局部的細(xì)節(jié)，還有結(jié)合實(shí)際情況考慮其可行性以及根據(jù)各部分的特點(diǎn)對(duì)產(chǎn)品的整體有較好的把握。 此次設(shè)計(jì)的最大難度莫過于最后的調(diào)試。我是在第二天的中午就把電路板焊接完成，在上電調(diào)試之前，為了以防萬一，將所有的線路又檢查了一遍，果然，由于焊接得比較倉促，發(fā)現(xiàn)了幾處線路漏接，及時(shí)修正過來。懷著忐忑的心情接通了電源，電路竟然沒有任何錯(cuò)誤地運(yùn)行成功了?。?！高興的心情溢于言表，測(cè)試了幾組電阻的數(shù)據(jù)，