三位半數(shù)字萬用表課程設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　課程名稱： 電子技術(shù)綜合課程設(shè)計 </p><p>　　題目名稱: 3位半數(shù)字萬用表設(shè)計 </p><p>　　學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)：

2、電子信息工程 </p><p>　　班 級： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師

3、： </p><p>　　職 稱： 高級實驗師 </p><p>　　成 績: </p><p>　　2015年7 月 12日</p><p><b>　　前言</b

4、></p><p>　　本次課程設(shè)計主要是通過自己的努力，獨自完成一個三位半數(shù)字萬用表的設(shè)計。這次課程設(shè)計通過電子技術(shù)的綜合設(shè)計，熟悉一般電子電路綜合設(shè)計過程、設(shè)計要求、應(yīng)完成的工作內(nèi)容和具體的設(shè)計方法，對模擬電路和數(shù)字電路的復(fù)習(xí)鞏固和應(yīng)用實踐，以達到靈活應(yīng)用的目的。</p><p>　　學(xué)生需要通過圖書館查閱資料和圖書或上網(wǎng)查詢資料，認識和了解三位半數(shù)字萬用表的工作原理和構(gòu)造，并自

5、己完成三種不同的方案的設(shè)計，來實現(xiàn)三位半數(shù)字萬用表功能。然后將一種設(shè)計的電路進行安裝、調(diào)試，實現(xiàn)并完成自己的設(shè)計方案。</p><p>　　通過方案設(shè)計和實驗過程，使學(xué)生通過查閱文獻資料，提高獨立分析，解決問題的能力。提高學(xué)生電子電路技能及儀器的使用能力、撰寫課程設(shè)計總結(jié)報告的能力。</p><p>　　培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和思維能力，了解電子產(chǎn)品的研制開發(fā)過程，掌握電子電路的安裝和調(diào)試方法

6、和故障排除方法。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章：系統(tǒng)概述 -----------------------------------------------------------------------------1</p><p>　　1.1 主要內(nèi)容---------------------------

7、----------------------------------------------1</p><p>　　1.2方案設(shè)計與論證-----------------------------------------------------------------2</p><p>　　第二章：單元電路設(shè)計于分析--------------------------------------

8、--------------------------4</p><p>　　2.1 器件-------------------------------------------------------------------------------4</p><p>　　2.2單元電路------------------------------------------------------

9、--------------------4</p><p>　　2.2.1 MC14433-------------------------------------------------------------------4</p><p>　　2.2.2 CD4511------------------------------------------------------------

10、---------7</p><p>　　2.2.3 MC1413--------------------------------------------------------------------8</p><p>　　2.2.4 MC1403--------------------------------------------------------------------9&l

11、t;/p><p>　　2.2.5 量程選擇電路------------------------------------------------------------9</p><p>　　2.2.6 單相橋式整流濾波電路----------------------------------------------10</p><p>　　第三章：電路的安裝與調(diào)試介紹 -

12、--------------------------------------------------------11</p><p>　　3.1 數(shù)碼顯示部位的組裝與調(diào)試-------------------------------------------------11</p><p>　　3.2電路連接及測試---------------------------------------

13、--------------------------11</p><p>　　第四章：結(jié)束語---------------------------------------------------------------------------------12</p><p>　　附錄一：元件表- -----------------------------------------------

14、--------------------------------13</p><p>　　附錄二：電路圖--------------------------------------------------------------------------------16</p><p>　　附錄三：參考文獻 ------------------------------------------

15、----------------------------------17</p><p><b>　　三位半數(shù)字萬用表</b></p><p><b>　　第一章 系統(tǒng)概述</b></p><p><b>　　1.1主要內(nèi)容</b></p><p>　　1、利用所學(xué)過知識，通過

16、上網(wǎng)或到圖書館查閱資料，設(shè)計出2-3個實現(xiàn)數(shù)字萬用表的方案；只要求寫出實現(xiàn)工作原理，畫出電原理功能框圖，描述其功能。</p><p>　　說明：采用原理、方案、方法不限，可以自行設(shè)計。</p><p>　　2、其中對將要實驗方案3位半位數(shù)字萬用表方案 ，須采用中、小規(guī)模集成電路、MC 14433A/D轉(zhuǎn)換器等電路進行設(shè)計，寫出已確定方案詳細工作原理，計算出參數(shù)，設(shè)計出電原理圖。</p

17、><p><b>　　3、技術(shù)指標：</b></p><p>　?。?）測量直流電壓200mv；2V；20V；200V;1000V；</p><p>　　測量交流電壓2V；20V；200V;750V</p><p>　　（2）測量直流電流2MA；20MA；200MA；20A；</p><p>　　測量

18、交流電流2MA；20MA；200MA；20A；</p><p>　?。?）電阻：200 、2K、20K、200K、2M、20M</p><p>　?。?）電容；200nF、20nF、2nF 20μF、2μF </p><p>　?。?）三位半數(shù)字顯示。</p><p>　　1.2 方案設(shè)計與論證</p><p>　　方

19、案一：采用雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433，七段譯碼驅(qū)動器CD4511，基準電源MC1403，反向驅(qū)動器,4只LED數(shù)碼管。</p><p>　　方案二：根據(jù)系統(tǒng)功能實現(xiàn)要求，決定控制系統(tǒng)采用AVR單片機，A/D轉(zhuǎn)換采用其內(nèi)置的10位AD、四個共陰極LED數(shù)碼管。系統(tǒng)除能確保實現(xiàn)要求的功能外，還可以方便地進行數(shù)據(jù)通訊上傳，存儲等擴展功能。原理框圖如下：</p><p>　　方案三：采用逐次

20、逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p><b>　　方案論證：</b></p><p>　　1、MC14433具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器，</p><p>　　2、AVR;它的內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換的精確度較低，同時在編程及調(diào)試方

21、面比較復(fù)雜考慮到客觀條件因素，放棄使用此方案。</p><p>　　3、逐次漸進型A/D轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換速度快，功耗低準確度高等特點。在低分辨率時價格便宜。但高于12位時價格很高，逐次漸進型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間取決于位數(shù)，與輸入信號無關(guān)，但抗干擾能力差。</p><p>　　綜上采用 mc14433方案</p><p>　　第二章 單元電路設(shè)計與分析</p&

22、gt;<p><b>　　2.1、器件</b></p><p>　　三位半A/D轉(zhuǎn)換器(MC14433)：將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。</p><p>　　基準電壓（MC1403）：提供精密電壓，供A/D轉(zhuǎn)換器做參考電壓。</p><p>　　譯碼器（MC4511）：將二—十進制（BCD）碼轉(zhuǎn)換成七段信號。</p>

23、<p>　　驅(qū)動器（MC1413）：驅(qū)動顯示器的a，b，c，d，e，f，g七個發(fā)光段，驅(qū)動發(fā)光數(shù)碼管（LED）進行顯示。</p><p>　　七段顯示器：將譯碼輸出的七段信號進行數(shù)字顯示，讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　七段鎖存-譯碼-驅(qū)動器CD4511。</p><p>　　電阻、三極管、電容、導(dǎo)線等。</p><p&g

24、t;<b>　　2.2 單元電路</b></p><p>　　2.2.1.MC14433</p><p>　　MC14433是美國Motorola公司推出的單片3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，其中集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容

25、件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下： </p><p>　　1.精度：讀數(shù)的±0.05%±1字 </p><p>　　2.模擬電壓輸入量程：1.999V和199.9mV兩檔 </p><p>　　3.轉(zhuǎn)換速率：2-25次/s </p><p>　　4.輸入阻抗：大于1000MΩ </p>&

26、lt;p>　　5.輸入阻抗：大于1000MΩ </p><p>　　6.功耗：8mW（±5V電源電壓時，典型值） </p><p>　　7.功耗：8mW（±5V電源電壓時，典型值）</p><p>　　MC14433最主要的用途是數(shù)字電壓表，數(shù)字溫度計等各類數(shù)字化儀表及計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換接口。</p><p&

27、gt;　?。?）引腳功能說明：</p><p>　　VAG（1腳）：被測電壓VX和基準電壓VR的參考地。</p><p>　　VREF（2腳）：外接基準電壓（2V或200mV）輸入端</p><p>　　VX（3腳）：被測電壓輸入端</p><p>　　R1（4腳）、R1 ／C1（5腳）、C1（6腳）：外接積分阻容元件端</p>

28、<p>　　C1＝0.1μf，R1＝470KΩ；</p><p>　　CO1（7腳）、CO2（8腳）：外接失調(diào)補償電容端，典型值0.1μf。</p><p>　　DU（9腳）：實時顯示控制輸入端。若與EOC（14腳）端連接，則每次A / D轉(zhuǎn)換均顯示。</p><p>　　CP1 （10腳）、CP0 （11腳）：時鐘振蕩外接電阻端，典型值為470KΩ。C

29、P1~CP0端外接電阻R9＝330 kΩ，采樣速率約為4次／s。</p><p>　　VEE（12腳）：電路的電源負端，接－5V。</p><p>　　VSS（13腳）：除CP外所有輸入端的低電平基準（通常與1腳連接）。</p><p>　　EOC（14腳）：轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標記輸出端，每一次A/D轉(zhuǎn)換周期結(jié)束，EOC 輸出一個正脈沖，寬度為時鐘周期的二分之一。<

30、/p><p>　　OR（15腳）：過量程標志輸出端，當｜VX｜＞VR 時，OR輸出為低電平。</p><p>　　DS4～DS1 （16～19腳）：多路選通脈沖輸入端，DS1對應(yīng)于千位，DS2 對應(yīng)于百位，DS3 對應(yīng)于十位，DS4對應(yīng)于個位。</p><p>　　Q0～Q3 （20～23腳）：BCD碼數(shù)據(jù)輸出端，DS2、DS3、DS4選通脈沖期間，輸出三位完整的十進制

31、數(shù)，在DS1選通脈沖期間，輸出千位0或1及過量程、欠量程和被測電壓極性標志信號。</p><p><b>　　（2）工作原理：</b></p><p>　　三位半數(shù)字電壓表通過位選信號DS1~DS4進行動態(tài)掃描顯示，由MC14433電路的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果采用BCD碼多路調(diào)制方法輸出，通過譯碼器譯碼，將轉(zhuǎn)換結(jié)果以數(shù)字方式實現(xiàn)四位數(shù)字的LED發(fā)光數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示。DS1~

32、DS4輸出多路調(diào)制脈沖信號。DS選通脈沖高電平，則表示對應(yīng)的數(shù)位被選通，此時該數(shù)據(jù)在Q0~Q3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脈沖結(jié)束后，緊接著是DS1輸出正脈沖。以下依次為DS2、DS3和DS4。其中DS1對應(yīng)最高位，DS4則對應(yīng)最低位。在對應(yīng)DS2、DS3和DS4選通期間，Q0~Q3輸出BCD碼全位數(shù)據(jù)，即以8421碼方式輸出對應(yīng)的數(shù)字

33、0~9。在DS1選通期間，Q0~Q3輸出千位的半位數(shù)。或1及過量程、欠量程和極性標志信號。</p><p>　　過量程是當輸入電壓Vx超過量程范圍時，輸出過量程標志信號/OR。</p><p>　　當Q3=0，Q0=1時，表示Vx處于過量程狀態(tài)。</p><p>　　當Q3=1，Q0=1時，表示Vx屬于欠量程狀態(tài)。</p><p>　　當OR

34、=0時，|Vx|>1999，則溢出；|Vx|>Vr，則OR輸出低電平。</p><p>　　當OR=1時，表示|Vx|<Vr。正常時OR輸出高電平，表示被測量在量程內(nèi)。</p><p>　　2.2.2七段鎖存-譯碼-驅(qū)動器CD4511</p><p>　　CD4511 是專用于將二-十進制代碼(BCD)轉(zhuǎn)換成七段顯示信號的專用標準譯碼器，它由4位鎖

35、存器，7段譯碼電路和驅(qū)動器三布分組成。</p><p>　　(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。</p><p>　　當LE=1時，鎖存器處于鎖存狀態(tài)，四位鎖存器封鎖輸入，此時它的輸出為前一次LE=0時輸入的BCD碼；</p><p

36、>　　當LE=0時，鎖存器處于選通狀態(tài)，輸出即為輸入的代碼。</p><p>　　由此可見，利用LE 端的控制作用可以將某一時刻的輸入BCD代碼寄存下來，使輸出不再隨輸入變化。</p><p>　　(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控制端：</p><p>　?、?LT (LAMP TE

37、ST)燈測試端。當LT = 0時，七段譯碼器輸出全1，發(fā)光數(shù)碼管各段全亮顯示；當LT = 1時，譯碼器輸出狀態(tài)由BI端控制。</p><p>　?、?BI (BLANKING)消隱端。當BI = 0時，控制譯碼器為全0輸出，發(fā)光數(shù)碼管各段熄滅。BI = 1時，譯碼器正常輸出，發(fā)光數(shù)碼管正常顯示。</p><p>　　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。</p&

38、gt;<p>　　(3) 驅(qū)動器：利用內(nèi)部設(shè)置的NPN 管構(gòu)成的射極輸出器，加強驅(qū)動能力，使譯碼器輸出驅(qū)動電流可達20mA。</p><p>　　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。CD4511采用16引線雙列直插式封裝，引腳分配見右圖，真值表參見下圖。</p><p>　　使用CD451l時應(yīng)注意輸出端不允許短路，應(yīng)用時電

39、路輸出端需外接限流電阻。</p><p>　　2.2.3．七路達林頓驅(qū)動器陣列MC1413</p><p>　　MC1413采用NPN達林頓復(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，并把電壓信號轉(zhuǎn)換成足夠大的電流信號驅(qū)動各種負載．該電路內(nèi)含有7個集電極開路反相器(也稱OC0門)。MC1413電路結(jié)構(gòu)和引腳如圖3所示，它采用1

40、6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載能量的續(xù)流二極管。</p><p>　　本電路采用三極管代替七路達林頓驅(qū)動器陣列MC1413。</p><p>　　2.2.4．高精度低漂移能隙基準電源MC1403</p><p>　　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)．該電路的特點是：</p><p>&l

41、t;b>　?、?溫度系數(shù)小；</b></p><p><b>　　② 噪聲??；</b></p><p>　?、?輸入電壓范圍大，穩(wěn)定性能好,當輸入電壓從 +4．5V變化到+15V時，輸出電壓值變化量小于3mV；</p><p>　　④輸出電壓值準確度較高，y。值在2.475V～2.525V 以內(nèi)；</p>

42、<p>　?、?壓差小，適用于低壓電源；</p><p>　?、?負載能力小，該電源最大輸出電流為10mA。</p><p>　　MC1403用8條引線雙列直插標準封裝，如右圖所示。</p><p>　　2.2.5．量程選擇電路</p><p>　　如左圖中四個電阻串聯(lián)分壓設(shè)計，總電阻值為10MΩ，當開關(guān)S1閉合時，為最小量程2V

43、；當開關(guān)S2閉合時，衰減10倍，其量程為20V；當開關(guān)S3閉合時，衰減100倍，其量程為200V；當開關(guān)S3閉合時，衰減100倍，其量程為200V。 </p><p>　　通過電阻對不通電壓進行不同的分壓，從而得到固定范圍內(nèi)的相對較小的電壓輸入至MC14433進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出至數(shù)字顯示器上。</p><p>　　2.2.6.單相橋式整流濾波電路</p><p>　

44、　電路為單向橋式整流電路，適用于大電壓的整流。電路TR為電流變壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓V1變成整流電路要求的電壓V2=Sinwt，四支整流二極管D1~D4接成電橋的形式。</p><p>　　第三章 電路的安裝與調(diào)試介紹</p><p>　　3.1、 數(shù)碼顯示部分的組裝與調(diào)試；</p><p>　　(1) 實際實驗中采用4個8段數(shù)碼管，將千位數(shù)碼管bc并聯(lián)作為

45、千位1，g作為符號顯示。Mc1413用NPN三極管與電阻搭接的反相器替代。</p><p>　　(2) 先將4個數(shù)碼管插入試驗箱IC座，插好芯片MC4511與三極管反相器，將輸入端與邏輯電平試驗箱相連。</p><p>　　(3) 調(diào)節(jié)實驗箱邏輯電平高低檢查譯碼顯示是否正常。如果所有4位數(shù)碼管顯示正常，則說明顯示部分工作正常。 </p><p>　　3.2電路連接及

46、測試</p><p>　　(1) 插好芯片MC14433，接電路全圖接好全部線路。</p><p>　　(2) 將輸入端接地，接通電源，此時顯示器將顯示000，如果不是，應(yīng)檢測電源正負電壓。用示波器測量DS1～DS4 ，Q0～Q3的波形，判別MC14433是否工作。</p><p>　　(3) 用電阻、電位器構(gòu)成一個簡單的輸入電壓調(diào)節(jié)電路，調(diào)節(jié)電位器，4位數(shù)碼將相應(yīng)

47、變化，然后進入下一步精調(diào)。</p><p>　　(4) 用實驗臺數(shù)字電壓表測量輸入電壓，調(diào)節(jié)電位器，使輸入電壓為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)整基準電壓源，使指示值與標準電壓表誤差個位數(shù)在5之內(nèi)。</p><p>　　(5) 改變輸入電壓，使其為－1.000V，檢查“－”是否顯示。</p><p>　　(6) 在+1.999V～

48、0～－1.999V量程內(nèi)再一次仔細調(diào)整（調(diào)基準電源電壓）使全部量程內(nèi)的誤差均不超過個位數(shù)在5之內(nèi)。</p><p><b>　　第四章 結(jié)束語</b></p><p>　　通過為期兩個星期的課程設(shè)計，我受益匪淺。</p><p>　　當老師布置好任務(wù)并讓我們獨立完成時，我認為這是一個不可能完成的任務(wù)。我對這個實驗毫無頭緒，甚至對一些元器件都不了

49、解，不知道要去做什么。但通過查詢資料和老師的幫助，我對這些元器件有了一定的認識。了解了三位半數(shù)字萬用表的工作原理和電路，并通過查詢資料完成了三個方案的設(shè)計。最終通過實驗，實現(xiàn)并完成了設(shè)計。</p><p>　　這次課程設(shè)計讓我認識到了自己的很多不足，我們不僅要通過課本學(xué)習(xí)知識，還要學(xué)習(xí)課本之外的知識，學(xué)習(xí)掌握各種技能和知識。</p><p>　　學(xué)會了如何分析問題、解決問題。比如上網(wǎng)查詢資

50、料和對word的使用和熟悉。學(xué)無止境，我們要無止境的學(xué)習(xí)，對學(xué)過的知識加強認識，才能更熟練的運用。加強理論與實踐的結(jié)合，才能更好的運用知識，增加自己的動手能力。多對自己學(xué)習(xí)的知識進行總結(jié)和積累，不斷提高自己的知識水平和能力。</p><p>　　這次課程設(shè)計讓我深深地體會到了我的不足之處和應(yīng)該努力的方向。知道了我應(yīng)該做什么和應(yīng)該怎么做。</p><p><b>　　附錄一<

51、/b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　?。?）閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ), 第三版. 北京: 高等教育出版社, 1998, 347-351 </p><p>　?。?）電子電路設(shè)計與實踐 山東：山東科學(xué)技術(shù)出版社， 2001 &l

52、t;/p><p>　?。?） 康華光主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分, 第四版. 北京. 高等教育出版社,1998. 371-377 </p><p>　?。?）施金鴻.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與實驗教程.北京航空航天大學(xué)出版社，2007. 132-197

53、 </p><p>　　（5）吳政江.電子測量儀器及其應(yīng)用.武漢理工大學(xué)出版社，2003. 66-95 </p><p>　?。?） 謝自美. 電子線路設(shè)計、實驗、測試, 第二版. 武漢. 華中科技大學(xué)出版社,2000. 51-56</p>