《三位半数字电压表设计方案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三位半数字电压表设计方案（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要:当今社会是信息科技的时代,科技技术发展日新月异,科学发展的程度是各国竞争的核心力量,尤其是电子信息技术显得更加重要。在信息处理技术，模数混合系统中,对模拟信号的采样一般是使用专计电路比较复杂，用到集成芯片比较多，给设计带来不便。为克服这些缺点，这次设计中采用了高级集成芯片IL707作为对模拟信号的采样,使设计更简单，可靠性得到提高。本题目介绍的是三位半数字电压表的设计,本次设计主要包括了对电压表的基本构成，双积分型/D转换器的工作原理以及通用数字电压表的设计方法与调试技术的学习研究,采用集成芯片TL71作为数字电压表的A/D转化及锁存和译码模块，使得电路具有设计简单、集成度及可靠性高的特
2、点。L7107采用大电流反向输出，静态驱动共阴极LED数码管，由5V双电源供电,显示亮度高但耗电较大,适合制作小型的三位半数字电压表。该系统设计能够实现099V、1.9V、01999V、01999V、199.9V，共五个量程电压值的测量。做成电路板，进行测试，可得到测试结果.一、绪论 在数字和显示技术中，为了实现数字显示,需要把连续变化的模拟量变化成数字量,这宗变化就是A/D转化。为了使模拟量变化成数字量，必须经过取样、量化过程。量化单位越小,整量化的误差就越小,数字量就越接近连续量本真的值。数字式仪表是能把连续的被测量自动地变成断续的、用数字编码方式的、并以十进制数字自动显示测量结果的一种测
3、量仪表。它把电子技术、计算技术、自动化技术的成果与精密电测量技术密切的结合在一起。成为仪器、仪表领域中独立而完整的一个分支。数字电压表简称DV，它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。数字电压表则采用先进的数显技术,使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳读现象,测量结果就是唯一的。数字电压表具备了很多传统模拟仪表所不能相比拟的优势特点。二、 三位半数字电压表的设计方案 2.1题目及设计目的1、题目:3/2位数字电压表 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
4、习、巩固以往的模电、数电内容。 2.2设计要求 ()测量范围:直流电压一1.99V，0V一199m。（2)组装调试3位半数字电压表。 (3)画出数字电压表结构图,写出心得体会。23方案设计 设计：主要器件由芯片MC1443和共阴极半导体组成。MC143是美国摩托罗拉公司生产的单片3位半A/D转换器，它适合构成带B码输出的3位半LD显示数字电压表,是目前应用较为普遍的一种低速A/D转换器。 MC3的性能特点： ()MC443属于OS大规模集成电路,其转换准确度为0.0。内含时钟振荡器，仅需外接一只振荡电阻。能获得超量程(O)、欠量程(）信号,便于实现自动转换量程能增加读数保持(HLD）功能。电压
5、量程分两挡:0、2,最大显示值分别为19.9V、1.999V。量程与基准电压呈1的关系,即UMREF。(2)需配外部的段、位驱动器，采用动态扫描显示方式,通常选用共阴极LD数管。 ()有多路调制的CD码输出，可直接配P构成智能仪表。(4）工作电压范围是4.5V8V,典型值为5V，功耗约8m。仿真：主要器件由芯片C702共阴L组成。 由于TC710是把模拟电路与逻辑电路集成在一块芯片上，属于大规模COS集成电路,因此本方案主要有以下特点： (1）采用单电源供电，可使用9V迭层电池，有助于实现仪表的小型化。(）芯片内部有异或门输出电路,能直接驱动LED。(3)功耗低。芯片本身消耗电流仅1.8A,功
6、耗约6V。（4)输入阻抗极高,对输入信号无衰减作用。 (5）能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动显示极性的功能。（)噪声低，失调温标和增益温标均很小。具有良好的可靠性,使用寿命长。 (7)整机组装方便，无须外加有源器件，可以很方便地进行功能检查。.4方案选择 在设计思路上我们选择了MC14433,但由于在各个仿真软件中,我们无法找到MC14433元器件,故我们采用在思路上选择C1433设计,仿真环节采用T7102，这样既能有效地了解实验原理,更能仿真出实验结果。 三、 三位半数字电压表的硬件电路设计. MC14433引脚功能说明MC14433采用4引线双列直插式封装,外引线排列，参考图所示的
7、引脚标注.各主要引脚功能说明如下:(1)端：VAG，模拟地，是高阻输入端,作为输入被测电压UX和基准电压VRF的参考点地。 (2）端:RREF，外接基准电压输入端。（3）端：U,是被测电压输入端。(4)端：R,外接积分电阻端。 （5）端：/CI,外接积分元件电阻和电容的公共接点。(6)端,C1，外接积分电容端，积分波形由该端输出。 (7)和(8)端：C01和C0,外接失调补偿电容端。推荐外接失调补偿电容C取0.1F (）端:DU,实时输出控制端，主要控制转换结果的输出,若在双积分放电周期即阶段5开始前,在端输入一正脉冲,则该周期转换结果将被送入输出锁存器并经多路开关输出，否则输出端继续输出锁存
8、器中原来的转换结果。若该端通过一电阻和O短接,则每次转换的结果都将被输出。（10）端：CPI(LKI）,时钟信号输入端。（1)端：CPO(LO),时钟信号输出端。 （12)端:EE，负电源端，是整个电路的电源最负端,主要作为模拟电路部分的负电源,该端典型电流约为.8m,所有输出驱动电路的电流不流过该端,而是流向VSS端。 (13）端：SS负电源端. (14）端：EOC，转换周期结束标志输出端,每一A/D转换周期结束，OC端输出一正脉冲，其脉冲宽度为时钟信号周期的1/2。 （15)端：R，过量程标志输出端，当U|RF时,O输出低电平，正常量程OR为高电平。(16)(19）端：对应为S4DS1,分
9、别是多路调制选通脉冲信号个位、十位、百位和千位输出端，当D端输出高电平时，表示此刻QQ的BCD代码是该对应位上的数据。(20)Q3D转换结果数据输出D代码的最低位(LSB)、次低位、次高位和最高位输出端。(24）端：VDD,整个电路的正电源端。 IM14433管脚图3.2工作过程分析 三位半数字电压表通过位选信号1DS4进行动态扫描显示,由于443电路的A/转换结果是采用D码多路调制方法输出,只要配上一块译码器，就可以将转换结果以数字方式实现四位数字的LD发光数码管动态扫描显示。S1DS4输出多路调制选通脉冲信号。DS选通脉冲为高电平时表示对应的数位被选通,此时该位数据在Q0Q3端输出。每个D
10、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个时钟脉冲周期。DS和EOC的时序关系是在OC脉冲结束后，紧接着是DS1输出正脉冲。以下依次为DS3和DS1对应最高位(SD）,4则对应最低位(SD)。在对应DS2,DS3和DS4选通期间，Q0Q3输出B全位数据,即以421码方式输出对应的数字09.在S1选通期间,Q0Q3输出千位的半位数0或l及过量程、欠量程和极性标志信号。在位选信号DS1选通期间Q0Q3的输出内容如下: Q3表示千位数，Q3=0代表千位数的数宇显示为1，Q3=1代表千位数的数字显示为0。Q2表示被测电压的极性，Q的电平为1，表示极性为正，即0,Q2的电平为0，
11、表示极性为负,即UX1999，则溢出。|UXUR则OR-输出低电平。当OR- 1时,表示X|R。平时OR输出为高电平,表示被测量在量程内。MC43的O-端与MC4511的消隐端BI-直接相连，当UX超出量程范围时,OR-输出低电平,即O-0I-=0，411译码器输出全0,使发光数码管显示数字熄灭，而负号和小数点依然发亮。 3.3.1三位半/D转换器14433 在数字仪表中,C14电路是一个低功耗三位半双积分式A/D转换器和其它典型的双积分A/D转换器类似，MC1433AD转换器由积分器、比较器、计数器和控制电路组成。如果必要设计应用者可参考相关参考书。使用MC143时只要外接两个电阻(分别是片
12、内R振荡器外接电阻和积分电阻I)和两个电容(分别是积分电容CI和自动调零补偿电容C0)就能执行三位半的A/转换。MC143内部模拟电路实现了如下功能:(1）提高A/D转换器的输入阻抗,使输入阻抗可达0M以上；（2）和外接的RI、CI构成一个积分放大器，完成/T转换即电压时间的转换;（）构造了电压比较器,完成“0”电平检出，将输入电压与零电压进行比较，根据两者的差值决定极性输出是“1”还是“0”。比较器的输出用作内部数字控制电路的一个判别信号;(4）与外接电容器C构成自动调零电路。MC1433内部含有四位十进制计数器,对反积分时间进行3位半D码计数(199),并锁存于三位半十进制代码数据寄存器，
13、在控制逻辑和实时取数信号(DU)作用下,实现A/D转换结果的锁定和存储。借助于多路选择开关，从高位到低位逐位输出BCD码0Q3，并输出相应位的多路选通脉冲标志信号S1DS4实现三位半数码的扫描方式（多路调制方式）输出。MC1443内部的控制逻辑是A/转换的指挥中心，它统一控制各部分电路的工作。根据比较器的输出极性接通电子模拟开关,完成/D转换各个阶段的开关转换，产生定时转换信号以及过量程等功能标志信号。在对基准电压VREF进行积分时,控制逻辑令位计数器开始计数，完成A/D转换。 MC14433内部具有时钟发生器,它通过外接电阻构成的反馈，井利用内部电容形成振荡,产生节拍时钟脉冲,使电路统一动作
14、，这是一种施密特触发式正反馈RC多谐振荡器,一般外接电阻为36k时,振荡频率为10kHz;当外接电阻为47k时,振荡频率则为66H,当外接电阻为750k时，振荡频率为50kHz。若采用外时钟频率。则不要外接电阻，时钟频率信号从CI（10脚）端输入,时钟脉冲CP信号可从CPO(原文资料为CO）（11脚)处获得。MC143内部可实现极性检测，用于显示输入电压U的正负极性;而它的过载指示(溢出)输入电压x超出量程范围时，输出过量程标志OR（低有效）。 MC14433是双斜率双积分A/D转换器，采用电压时间间隔（V/T)方式,通过先后对被测模拟量电压U和基准电压VEF的两次积分,将输入的被测电压转成与其平均值成正比的时间间隔,用计数器测出这个时间间隔对应的脉冲数目，即可得到被测电压的数字值。双积分过程可以做如下概要理解：首先对被测电压UX进行固定时间斜率的积分,其中1=00cp。显然，不
