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1、#建筑工程学院课程设计报告书课程名称： 电子技术综合课程设计 学院：电气工程学院专 业：建筑电气与智能化 班 级：电智 121学 号：2012318113学生_沈 指导 杜 职 称： 讲师 20#7 月 3 日目录一、题目与设计目的3二、设计要求3三、方案设计与论证3四、设计原理、电路图与各部分功能简介4.1、原理图 4 4.2、功能简介 44.3、单元电路设计 44.3.1、MC14433 54.3.2、MC1403 64.3.3、MC1413 64.3.4、MC4013 64.3.5、CD4511 74.3.6、显示与小数点控制电路84.3.7、读数保持电路 84.3.8、量程转换开关的设
2、计 84.3.9、电压跟随器和AC-DC转换电路8五、电路的安装与调试 8六、设计心得与体会 9 附图1数字电压表电路设计报告一、题目与设计目的1、题目：三位半数字电压表2、设计目的：通过电子技术的综合设计,熟悉一般电子电路综合设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体的设计方法,同时复习、巩固以往的模电、数电内容,达到灵活应用的目的.二、设计要求1、利用所学过知识,通过上网或到图书馆查阅资料,设计出2-3个实现数字电压表的方案；只要求写出实现工作原理,画出电原理功能图,描述其功能.2、对将要实验方案,须采用中、小规模集成电路、MC14433A/D转换器等电路进行设计,写出已确定方案详细工作原
3、理,计算出参数.3、技术指标：测量直流电压 1999-1V；199.9-0.1V；19.99-0.01V；1.999-0.001V；三、方案设计与论证方案一：采用双积分A/D转换器MC14433,七段译码驱动器CD4511,基准电源MC1403,反向驱动器,4只LED数码管.方案二：选用专用电压转化芯片INC7107实现电压的测量和控制.它包含3 1/2位数字A/D转换器,可直接驱动LED数码管.用四位数码管显示出最后的转换电压结果.缺点是精度比较低,且内部电压转换和控制部分不可控制.优点是价格低廉.方案三:根据系统功能实现要求,决定控制系统采用AVR单片机,A/D转换采用其内置的10位AD、
4、四个共阴极LED数码管.系统除能确保实现要求的功能外,还可以方便地进行数据通讯上传,存储等扩展功能.根据课程设计要求,我们选择方案一.四、设计原理、电路图与各部分功能简介基准电压量程转换AC-DC转换输入MC14433A/D转换CD4511译码器字位驱动电路七段数码管显示方案一原理图直 流 稳 压电压转化芯片INC7107显 示 电 路方案二原理图输入AVR单片机最小系统基准电压量程转换AC-DC转换七段数码管显示方案三原理图鉴于选用方案一,数字显示电压表将被测模拟量转换为数字量,并进行实时数字显示.该系统如图1 所示可采用MC14433三位半A/D 转换器、MC1413七路达林顿驱动器阵列、
5、CD4511 BCD到七段锁存-译码-驱动器、能隙基准电源MC1403和共阴极LED发光数码管组成.2各部分的功能如下： 三位半A/D转换器：将输入的模拟信号转换成数字信号.基准电源：提供精密电压,供A/D 转换器作参考电压.译码器：将二十进制码转换成七段信号.驱动器：驱动显示器的a,b,c,d,e,f,g七个发光段,驱动发光数码管进行显示.显示器：将译码器输出的七段信号进行数字显示,读出A/D转换结果.3各部分简介：1MC144331.MC14433是美国Motorola公司推出的单片3 1/2位A/D转换器,其中集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路.具有外接元件少,输
6、入阻抗高,功耗低,电源电压范围宽,精度高等特点,并且具有自动校零和自动极性转换功能,只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器,其主要功能特性如下： 1.精度：读数的0.05%1字 2.模拟电压输入量程：1.999V和199.9mV两档 3.转换速率：2-25次/s 4.输入阻抗：大于1000M5.输入阻抗：大于1000M6.功耗：8mW5V电源电压时,典型值 7.功耗：8mW5V电源电压时,典型值MC14433最主要的用途是数字电压表,数字温度计等各类数字化仪表与计算机数据采集系统的A/D转换接口.2. 引脚功能简介： VAG1脚：被测电压VX和基准电压VR的参考地.VREF2脚：外
7、接基准电压2V或200mV输入端VX3脚：被测电压输入端R14脚、R1 C15脚、C16脚：外接积分阻容元件端C10.1f,R1470K；CO17脚、CO28脚：外接失调补偿电容端,典型值0.1f.DU9脚：实时显示控制输入端.若与EOC14脚端连接,则每次A / D转换均显示.CP1 10脚、CP0 11脚：时钟振荡外接电阻端,典型值为470K.CP1CP0端外接电阻R9330 k,采样速率约为4次s.VEE 12脚：电路的电源负端,接5V.VSS 13脚：除CP外所有输入端的低电平基准通常与1脚连接.EOC14脚：转换周期结束标记输出端,每一次A/D转换周期结束,EOC 输出一个正脉冲,宽
8、度为时钟周期的二分之一.OR15脚：过量程标志输出端,当VXVR 时,OR输出为低电平.DS4DS1 1619脚：多路选通脉冲输入端,DS1对应于千位,DS2 对应于百位,DS3 对应于十位,DS4对应于个位.Q0Q3 2023脚：BCD码数据输出端,DS2、DS3、DS4选通脉冲期间,输出三位完整的十进制数,在DS1选通脉冲期间,输出千位0或1与过量程、欠量程和被测电压极性标志信号.3.工作原理：三位半数字电压表通过位选信号DS1DS4进行动态扫描显示,由MC14433电路的A/D转换结果采用BCD码多路调制方法输出,通过译码器译码,将转换结果以数字方式实现四位数字的LED发光数码管动态扫描
9、显示.DS1DS4输出多路调制脉冲信号.DS选通脉冲高电平,则表示对应的数位被选通,此时该数据在Q0Q3端输出.每个DS选通脉冲高电平宽度为18个时钟脉冲周期.两个相邻选通脉冲之间间隔2个时钟脉冲周期.DS和EOC的时序关系是在EOC脉冲结束后,紧接着是DS1输出正脉冲.以下依次为DS2、DS3和DS4.其中DS1对应最高位,DS4则对应最低位.在对应DS2、DS3和DS4选通期间,Q0Q3输出BCD码全位数据,即以8421码方式输出对应的数字09.在DS1选通期间,Q0Q3输出千位的半位数.或1与过量程、欠量程和极性标志信号.过量程是当输入电压Vx超过量程范围时,输出过量程标志信号/OR.当
10、Q3=0,Q0=1时,表示Vx处于过量程状态.当Q3=1,Q0=1时,表示Vx属于欠量程状态.当OR=0时,|Vx|1999,则溢出；|Vx|Vr,则OR输出低电平.当OR=1时,表示|Vx|Vr.正常时OR输出高电平,表示被测量在量程内.2MC1403A/D转换需要外接标准电压源作参考电压.标准电压源的精度应当高于A/D转换器的精度.本实验采用MC1403集成精密稳压源作参考电压,MC1403的输出电压为 2.5V,当输入电压在4.515V 范围内变化时,输出电压的变化不超过3mV,一般只有0.6mV左右,输出最大电流为10mA.3MC1413 MC1413采用NPN达林顿复合晶体管的结构,
11、因此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种负载.该电路内含有7个集电极开路反相器.MC1413采用16引脚的双列直插式封装.每一驱动器输出端均接有一释放电感负载能量的抑制二极管.4MC4013现利用双D触发器MC4013的一半作二分频器. 作触发器复位信号EOC作时钟脉冲.常态下,OR1 Q1 BI1,能正常显示；一旦发生超量程, OR0,EOC信号经二分频后加至CD45511的 端,令显示器低频闪烁.MC4013有两个作用：第一,将EOC窄脉冲变成方波；第二,对EOC进行二分频,当超出量程时,数码管将以原动态
12、扫描的一半频率进行闪烁,从而进行超量程报警.5七段锁存-译码-驱动器CD4511CD4511 是专用于将二-十进制代码转换成七段显示信号的专用标准译码器,它由4位锁存器,7段译码电路和驱动器三布分组成. 四位锁存器：它的功能是将输入的A,B,C 和D代码寄存起来,该电路具有锁存功能,在锁存允许端LE 端,即LATCHENABLE控制下起锁存数据的作用.当LE=1时,锁存器处于锁存状态,四位锁存器封锁输入,此时它的输出为前一次LE=0时输入的BCD码；当LE=0时,锁存器处于选通状态,输出即为输入的代码.由此可见,利用LE 端的控制作用可以将某一时刻的输入BCD代码寄存下来,使输出不再随输入变化
13、. 七段译码电路：将来自四位锁存器输出的BCD 代码译成七段显示码输出,MC4511中的七段译码器有两个控制端：LT灯测试端.当LT = 0时,七段译码器输出全1,发光数码管各段全亮显示；当LT = 1时,译码器输出状态由BI端控制. BI 消隐端.当BI = 0时,控制译码器为全0输出,发光数码管各段熄灭.BI = 1时,译码器正常输出,发光数码管正常显示.上述两个控制端配合使用,可使译码器完成显示上的一些特殊功能. 驱动器：利用内部设置的NPN 管构成的射极输出器,加强驱动能力,使译码器输出驱动电流可达20mA.CD4511电源电压VDD的范围为5V-15V,它可与NMOS电路或TTL电路兼容工作.CD4511采用16引线双列直插式封装,引脚分配和真值表参见图2.使用CD451l时应注意输出端不允许短路,应用时电路输出端需外接限流电阻.6显示与小数点控制电
