简易数字电压表课程设计报告.docx

简易数字电压表课程设计报告 电子技术课程设计报告 题目简易数字电压表 学院（部）电子与控制工程学院 专业自动化轨道交通 班级五班 学生姓名陈勇 学号 0530 6月 5 日至 6月 9日 共 1 周 指导教师（签字） 摘要 本文介绍了一种简易的数字式显示电压表的设计思路及硬件结构。 该测量仪的基本工作原理是： 1.通过开关选择被测信号是直流还是交流信号。若是交流，将其转换为有效值的直流信号，输入下一级电路。 2.把前一级转换的电压量通过LM224转化成成比例的方波信号（本次设计的转换参数设定为i U f 100 ） 3.对这个脉冲在1s 内进行计数, 4.锁存计数值 5.通过数码显示译码器驱动数码管进行显示。 通过计算与分析把各电路连接起来，最终实现对电压（0V ）的简易测量与数字显示 。 该电路涉及模拟电子技术基础，数字电子技术基础以及相关专业知识，具有良好的测量结果，并且能够测量交流信号。 本方案采用MULTISIM 进行模拟仿真，实际结果以仿真结果为准。（注：受限于软件，仿真结果所需时间较长，请耐心等待） 在本次课程设计过程中由于时间紧，任务重，和水平的限制，如有不足之处，敬请指正！ （注：参加本设计小组的搭档同学: 李栋、吴雄淳） 课题名称：简易数字电压表 关键词： 电压表、555定时器、LM224、电压比较器、交直流转换、数码显示 技术要求： 1、利用压-频转换原理实现对一个正电压的测量，测量值用数码管直接显示。 2、被测电压为正值，测量电压范围为0。 3、对输入的0正电压用三位数码管显示。 4、数码管每4秒刷新一次，读数停顿3秒。 目录 摘要 (2) 第一章：方案论证与选择 (3) 设计目的 (3) 设计内容及要求 (3) 方案论证与可行性分析 (3) 采用555定时器的V/F转换电路 (4) 采用LM224的V/F转换电路 (5) . 可行性分析 (6) 第二章：原理框图 (7) 第三章：单元电路设计 (8) 交、直流转换电路 (8) 压频转换电路 (8) 信号电路 (9) 计数电路 (9) 锁存电路 (10) 译码显示电路 (10) 逻-辑控制电路 (11) 报警电路 (12) 重要原件说明 (13) 第四章：系统综述 (13) 简易数字电压表的总体设计及系统综述 (13) 性能测试 (13) 原件参数指标 (14) 整体电路测试 (14) 第五章：总结 (15) 设计总结及存在的问题 (15) 心得体会 (15) 附录1 总电路图 (17) 附录2元器件明细表 (18) 附录3 重要元器件声明-555构成的多谐振荡器 (19) 1. 555定时器简介： (19) 2. 用555构成多谐振荡器 (19) 参考文献 (20) 第一章：方案论证与选择 设计目的 （1）掌握简易数字电压表的设计、组装与调试方法； （2）熟悉相应的中大规模集成电路的设计方法，并掌握其工作原理； （3）进一步熟悉和掌握常用数字电路元器件的应用； （4）学习数字电路仿真、调试、测试、故障查找和排除的方法、技巧； 设计内容及要求 1 利用压-频转换原理实现对一个正电压的测量，测量值用数码管直接显示； 2 被测电压为正值，测量电压范围为0； 3 对输入的0正电压用三位数码管显示； 4 数码管每4秒刷新一次，读数停顿3s ； 方案论证与可行性分析 在设计之初我们查阅了大量的资料，进行了全面的考察，结合我们所学的知识进以下的方案论证及可行性分析： 主要利用压频转换实现对电压的测量。i u 的电压幅值经过压频转换电路对应于输出信号的频率，线性对应关系i U f 100 ，对输出信号在1秒内的电平进行计数，通过译码锁存再输出，就能显示电压的幅值。 下面将简述核心电路，压频转换的设计思路： 采用555定时器的V/F转换电路 555定时器简介： 555定时器是一款将模拟功能与数字功能巧妙结合在同一硅片的中规模集成电路。在其外围配以少量阻容元件就可以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等电路，在脉冲产生和变换等技术领域有着广泛的应用， V/F转换电路就是555单稳态触发器的进一步应用。电路结构简单，可靠性好，精度高，且成本低。 555定时器的V/F转换电路： 图1-3-1是由555芯片组成的输出脉冲为0-10KHz的V/F转换电路原理。 它是一种高精度电荷平衡式V/F转换电路，线性精度优于%，输入电压为0-10V，输出频率为0-10KHz。前级运放741构成电荷积分器，555芯片构成单稳态电路。 图1-3-1 555定时器的V/F转换电路图 采用LM224的V/F转换电路 LM224简介： LM224是工业级器件，工作温度范围是-25+85。LMX24中文系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。输出电压范围也包含负电源电压,LM224电路图参考图1-3-2 图1-3-2（a ）LM224内部电路组成 LM224的V/F 转换电路： 电路组成如图a 所示：积分器和滞回比较器，S 为电子开关，受输出电压O U 的控制。 分析： 设0>T2，振荡周期TT1。 I 了电压-频率转换，或者说实现了压控振荡。 . 可行性分析 以上2种方案对转换10V内的电压信号都是可以实现的，方案1的555定时器在设计过程中电路连接虽然简单，但是其线性度不高，存在较大的误差； 而LM224作为工业级元件是一个简单的、廉价的电压/频率变换电路，非常适合用作模/数转换，有极高的转换精度，且十分适用于低电压，低功耗的数字电路，十分适合用作光电隔离，有良好的共模抑制能力；并且V/F型A/D转换器多采用电压反馈形式，它除有较好的抗干扰能力外，还引入电位差计的方法，提高了准确度和输入阻抗，因而常被采用。综合考虑，我们采用方案二，用LM224进行压频转换。