数字直流电压表设计(共18页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上电子技术课程设计报告 题目名称:直流数字电压表的设计姓 名:学 号:班 级:指导教师:目录一摘要二课程设计与任务要求(一)设计目的(二)设计要求三总体设计思路与方案选择四所用器件介绍(一)双积分MC14433功能介绍(二)MC14511B功能介绍(三)MC1413功能介绍(四)基准电源MC1403功能介绍五设计框图与工作原理,测量电压的转换与显示原理六数字电压表的安装调试七元器件清单八心得体会九参考文献直流数字电压表一摘要: 传统的模拟指针式电压表功能单一,精度低,读数的时候也非常不方便,很容易出错。而采用单片机的数字电压表由于测量精度高,速度快,读数时也非常的方便,
2、抗干扰能力强等优点而被广泛应用。 数字电压表(Digital Voltmeter)简称DVM,由电阻网络(量程调整)、直流放大(运放组成)、电压极性判断、A/D转换、数码(液晶)显示等部分组成。PZ158A系列直流数字电压表具有6½位显示,可测量0.1µV1000V直流电压。该表由于采用了微处理器和脉冲调宽模数转换技术,自动校零,数字模拟滤波等技术,从而赋予本表极其稳定的零位和良好的线性和抗干扰能力,本表还带有RS232C接口,可方便地与计算机系统相连接,组成数据采集系统。采用八位VFD或LED显示,其中PZ158A/1为单量程(0.2V)VFD显示,读数清晰,光色柔
3、和,适宜在科研、工业、国防等各种领域内使用。本设计给出基于MC14433双积分模数转换器的一种电压测量电路。数字电压表是采用数字化测量技术,把连续的模拟量(直流输入电压)转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。该系统由MC位半AD转换器、MC1413七路达林顿驱动器阵列、MC4543BCD七段锁存-译码-驱动器、基准电源MC1403和共阳极LED发光数码管组成。本次设计的简单直流数字电压表的具体功能是:最高量程为1999V,分四个档位量程,即01.999V,019.99V0199.9V,01999V,可以通过调档开关来实现各个档位。 直流数字电压表具有如下特点:1显示清晰直观,读数准确;
4、2准确度高;3分辨率高;4测量范围宽;5扩展能力强;6集成度高,功耗低;7抗干扰能力强。二课程设计任务与要求2.1设计目的:1了解直流数字电压表的基本构成,熟悉3位半双积分型A / D转换器MC14433(TC14433)的性能及其引脚功能;2.掌握通用直流数字电压表的设计方法、测试与调试技术。3掌握双积分A/D转换的工作原理和集成双积分A/D转换器件的设计方法;4加强计算机运用查阅资料和独立完成电路设计的能力;2.2设计要求:1)设计直流数字电压表;2直流电压测量范围:0V1.999V,0V19.99V,0V199.9V,0V1999V。3)直流输入电阻大于100k。4)画出完整的设计电路图
5、,写出总结报告。5)选做内容:自动量程转换。三总体设计思路与方案选择 方案选择:根据设计要求和功能的实现,我们考虑了如下三个方案: 由于MC14433具有功耗低,外接元件少,输入阻抗高,电源电压范围宽,可测量正负电压值,精度高,调试简单等特点,且具有自动调零和自动极性转换功能。所以选择方案三。其原理框图为:四所用器件介绍,课程设计框图与工作原理:(一)双积分MC14433功能介绍图2是双积分ADC的电路原理图。电路主要由积分器、比较器、计数器、JK触发器和控制开关组成。由JK触发器的输出QS控制单刀双置开关选择积分器的输入电压。当QS=0时,积分器对取样电压做定时积分;当QS=1时,积分器对基
6、准电压-VREF做定压积分。与-VREF电压极性相反,这里设取样电压为正,则-VREF为负。图2 双积分ADC电路原理图J QC1K R Q0 Q1 Qn-1 C CP n位二进制R 计数器+AC&CPS-VREFLSBMSBD0D1Dn-10RCS1S2OtQSOtSOtQST1T2OtS1选S1选-VREF计数进位回0时刻图3双积分ADC工作波形1定时积分在确定的时间内对取样电压进行积分即是定时积分。启动信号S输入负窄脉冲(S=0),使计数器、JK触发器QS清零,开关S1选择取样电压作积分器输入。同时开关S2闭合,使积分电容放电,=0。负脉冲消失后(S=1),开关S2断开,积分器对取样电压
7、做积分,积分器输出电压下降,比较器输出逻辑1。允许n位二进制计数器对周期脉冲CP计数。当进位C=1时,下一个CP脉冲使计数器复零、JK触发器QS=1,定时积分结束,定压积分开始。取启动信号S的负脉冲刚消失的时刻为时间零点,并设时钟脉冲CP的周期为TCP。则对取样电压的积分时间T1为T1=2nTCP是确定不变的。积分器输出电压为积分器输出电压与时间成线性关系,其斜率是负的,与取样电压和积分器的时间常数RC有关。越大,负斜率也越大。定时积分的工作波形如图3所示,图中绘出了2个取样电压的情况。定时积分结束时的积分器输出电压为与取样电压成正比。2定压积分在定时积分期间,当计数器的进位C=1时,下一个C
8、P脉冲使计数器复零和JK触发器QS=1,开关S1选择基准电压-VREF,积分器开始对基准电压-VREF做定压积分。由于比较器输出逻辑1,计数器从0继续计数。与此同时,积分器输出电压上升积分器输出电压同样与时间成线性关系,其斜率是正常数,与基准电压VREF和积分器的时间常数RC有关。定压积分的工作波形如图11.3.9所示。当时,比较器输出逻辑0,计数器停止计数,并保持计数结果B Z(通常为自然二进制数)。从定压积分开始到计数器刚停止计数()的时间T2为并且,在计数器停止计数时刻,积分器输出电压为0,即所以定压积分时间T2与取样电压成正比。在此期间,计数器从0开始对周期脉冲CP计数,直到停止并保持
9、计数值BZ。所以计数器的二进制数与取样电压成正比,是取样电压对应的数字量。实际上CP脉冲可能与比较器的边沿不同步,导致计数器可能漏计或多计一个脉冲。故上式应修正为的单位模拟电压LSB为本设计运用MC14433实现双积分ADC模数转换功能。 MC14433引脚功能说明:MC14433采用24引线双列直插式封装,外引线排列如图1-5所示,各引脚功能如下: 图1-5MC14433引脚图VDD VEE正负电源输入端VAG VSS模拟地和接地端Vref基准电压端VX被测电压输入端R1外接积分电阻端R1/C1外接积分元件电阻和电容的接点C1外接积分电容端C01 C02失调补偿电容端DU实时输出控制端时钟信
10、号输入输出端转换周期结束标志输出端过量程标志输出端个位、十位、百位和千位输出标志端BCD码输出端其输出选通脉冲时序图如下 MC14433输出选通脉冲时序图(二)MC14511B功能介绍:本设计采用的MC14511B引脚图如下:端为输入端,ABCD为四位BCD码输入为输出端。当输出为高电平时显示器对应段亮VDDVSS端:正负电源端。LE端:锁存允许端,当LE=“1”时,处于锁存状态,锁封输入,此时它的输出为前一次LE=“0”时输入的BCD码;当LE=“0”时,处于选通状态,输出即为输入的代码。由此可见,利用LE端的控制作用可以讲某一时刻的输入BCD代码寄存下来使输出不再随输入变化。 灯测试端。当
11、=“0”时,七段译码器输出全为“1”,发光数码管各段全亮显示;当=“1”时译码器输出状态由端控制。消隐端。当=“0”时,控制译码器为全“0”输出,发光数码管各段全亮显示;当=“1”时,译码器正常输出,发光数码管正常显示。由以上可知。消隐端灯测试端锁存允许端共同实现锁存译码功能。当LE=“1”时,处于锁存状态,锁封输入,此时它的输出为前一次LE=“0”时输入的BCD码;当LE=“0”时,处于选通状态。(三)MC1413功能介绍MC1413采用NPN达林顿复合晶体管的结构,因此具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
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