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1、信息工程学院课程设计论文信 息 工 程 学 院课 程 设 计 报 告 书题目:发光二极管显示的 3 位数字电压表的设计1 信息工程学院课程设计论文摘要电压表是测量仪器中不行缺少的设备，目前广泛应用的是承受专用集成电路实现的数字 电压表。本系统以 51 单片机为核心，以双积分式 A/D 转换器 MC14433 、LED 显示器为主体， 设计了一款简易的数字电压表，能够测量0200V 的直流电压，最小区分率为 0.1mv。该设计大体分为以下几个局部，同时，各局部选择使用的主要元器件确定如下：1、单片机局部。使用常见的AT89S51 单片机，同时依据需要设计单片机电路。2、测量局部。该局部是试验的重
2、点，要求将外部采集的模拟信号转换成数字信号，通过单片机的处理显示在显示器上，该局部打算了数字电压表的精度等主要技术指标。依据需 要本设计承受双积分式 A/D 转换器 MC14433 进展模数转换。3、键盘显示局部。利用 46 矩阵键盘的全部按键掌握量程的转换，3 或 4 位 LED 显示。其中一位为整数局部，其余位小数局部。索引关键词：AT89S51 单片机 模数转换 LED 显示10目 录1 任务提出与方案论证41.1 课程背景41.2 争论的目的及意义41.3 设计任务41.4 设计方案论证42 总体设计62.1 数字电压表组成原理方框图63 具体设计73.1 输入电路73.2 A/D 转
3、换模块的设计73.3 显示电路模块的设计114 总结15参考文献161 任务提出与方案论证1.1 课程背景在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的参中以电压的测量较为常见，以传统的模拟式电压表构造简洁，价格低廉，模拟沟通电压表的 频率范围比较宽，因而在电压测量尤其高频电压测量中得到广泛应用。但由于表头误差和读 数误差的限制，加之模拟式电压表的灵敏度和精度不高，从50 年月逐步进展起了数字式测量电压方法，它是利用模拟数字转换器，将连续的模拟量转换成离散的数字量，然后利用 十进制数来显示被测量的数值的一种电压测量仪表。1.2 争论的目的及意义电压是工业掌握中主要的
4、被测参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油化工等工业中，具有举足轻重的作用。对于不同场合，不同工艺，所需电压凹凸范围不同； 精度不同，承受的被测元件，测压方法，以及对电压的掌握方法也不同；时效不同则对数据 采集的精度和承受的掌握算法也不同，因此对电压的测控方法也多种多样。随着电子技术和 微机的快速进展，数字式仪表的绝大局部电路都以集成化，又由于摆脱了笨重的指针式表头， 数字式仪表显得格外精巧、轻松。更主要的，它具有准确度高、数字显示、输入阻抗高、测量速度快、自动化程度高、功能多样。当前，数字式电压表的缺点是沟通测量时的频率范围不够宽，一般上限频率 1MHz 以下。1.3 设计任务
5、设计一台三位半直流数字电压表，主要技术指标如下：（1） 测量范围：直流分五档，200mv，2v，20v，200v，1000v,其中根本量程为 200mv；（2） 测量速度 2-5 秒；（3） 区分率 0.1mv（4） 测量误差（5） 输入电阻（6） 主要功能：具有正负极性显示，超量程显示，量程自动转换、小数点显示等功能。1.4 设计方案论证数字电压表主要由模拟电路和数字电路两局部组成，模拟局部包括输入放大器、A/D 转换器、基准电源等，数字局部包括计数器、译码器、规律掌握器、振荡器和显示器。其中， A/D 转换器将输入的模拟量转换成数字量，规律掌握电路产生掌握信号，按规定的时序将A/D 转换中
6、各组模拟开关接通或断开，保证 A/D 转换正常进展。A/D 转换结果通过计数译码电路变换成笔端码，最终驱动显示器显示相应的数值。A/D 转换器是数字电压表的核心部件，对它的选择有以下两种方案。方案一：承受双积分A/D 转换器CC7107/CC7106,它是大规模集成芯片，将模拟电路和数字电路集成在一个有 40 个功能端的电路内，包含了A/D 转换、规律掌握、译码驱动等电路，只需外接少量元件就能组成三位半数字电压表。方案二：承受双积分A/D 转换器MC14433，它是CMOS 大规模集成电路芯片，它将模拟局部和数字局部的电路集成在同一芯片内。使用时仅需外界两只电阻和两只电容，就可组 成一个具有自
7、动调零和自动极性转换功能的A/D 转换系统。MC14433 用作数字电压表时 CC14433 有两个根本电压量程。即满刻度为 1.999V 和199.9V。与 CC7017/CC7106 相比。CC14433 的引脚数要少，它只有27 个引脚，需外接的元件也相应削减，因此选用MC14433 来设计数字电压表。输入电路A/D变换计数器显示规律掌握电路时钟发生器2 总体设计2.1 数字电压表组成原理方框图直流数字电压表的组成原理框图如图2.1 所示。2.1 数字电压表组成原理方框图依据数字电压表的组成原理如图 2.1 所示，可知它应是有输入电路，A/D 转换器，计数器，显示电路，规律掌握电路，时钟
8、电路等几局部组成。现分模块进展电路设计。3 具体设计3.1 输入电路输入电路的作用一是要适应各种被测电压的测量即扩大量程，为适应MC14433A/D 转换器对输入信号电压的要求V VxR时，OR 输出低电平，寻常OR 为高电平。1619 端：DS4、DS3、DS2、DS1，多路调制选通脉冲信号输出的个位、十位、百位、千位。2023 端：Q 、Q 、Q 、Q0123，A/D 转换结果输出信号BCD 码，Q0为 MSB 位。24 端：V，正电源端。DD3.2.3 MC14433 A/D 转换器外围电路的设计1.电路组成MC14433 的外围电路如图 3.3 所示。由图中可知，它由核心芯片MC144
9、33 及基准电源MC1403 芯片组成。可将输入被测电压变换成BCD 码输出，供显示电路显示。图 3.3外围电路2.MC1403 简介MC1403 的输出电压 Vo 的温度系数是零，即输出电压与温度无关。该电路的特点是： 温度系数小;噪声小；输入电压范围大，稳定性能好，当输入电压从+4.5V 变化到+15V 时， 输出电压变化量 Vo0，Q2 的电平为 0，表示极性为负，即 UXX 为负电压时，Q2 端输出置“0”， Q2 负号掌握位使得驱动器不工作，通过限流电阻RM 使显示器的“-”(即 g 段)点亮；当输入信号UX 为正电压时，Q2 端输出置“1”，负号掌握位使达林顿驱动器导通，电阻 RM
10、 接地，使“-”旁路而熄灭。小数点显示是由正电源通过限流电阻RDP 供电燃亮小数点。假设量程不同则选通对应的小数点。过量程是当输入电压UX 超过量程范围时，输出过量程标志信号OR 。当 Q3=0 且 Q0=1 时，表示Ux 处于过量程状态。当 Q3=1 且 Q0=1 时，表示Ux 处于欠量程状态。图 3.5显示电路当 OR = 0 时，|Ux|1999，则溢出。|Ux|Ur 则 OR 输出低电平。当 OR = 1 时，表示|Ux|Ur 。寻常OR 输出为高电平，表示被测量在量程内。MC14433 的OR 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
11、R = 0 BI = 0 ，MC4511 译码器输出全 0，使发光数码管显示数字熄灭，而负号和小数点照旧发亮。3.3 显示电路模块的设计3.3.1 显示电路的组成数字显示电路由七段锁存-译码-驱动器 CD4511 和七路达林顿驱动器阵列 MC1412 组成，如图 3.5 所示。3.3.2 数字显示电路的工作原理1. CD4511 简介CD4511 是一个用于驱动共阴极LED 显示器的码七段码译码器，特点如下： 具有转换、消隐和锁存掌握、七段译码及驱动功能的CMOS 电路，能供给较大的拉电流，可直接驱动LED 显示器。1） CD4511 的引脚，如图 3.6 所示。CD4511 具有锁存、译码、
12、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。各引脚的名称：其中 7、1、2、6 分别表示A、B、C、D；5、4、3 分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14 分别表示 a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表示输入， 右边表示输出，还有 8 两个引脚 8、16 表示的是VDD、VSS。图 3.6CD4511 的引脚图2） CD4511 的功能表。输入输出CD4511 的功能表如表 3.1 所示。LEXBIXLI0DXCXBXAXa1b1c1d1e1f1g1显示8X01XXXX0000000消隐01100001111110001100010110000101100
13、101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐01110110000000消隐01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消隐01111110000000消隐111XXXX锁存锁存3） 工作原理（1） 锁存功能译码器的锁存电路由传输门和反相器组成，传输门的导通或截止由掌握端 LE 的电平状态掌握。在图 3.9 中，当LE 为 0 时，
14、TG1 导通，TG2 截止；当LE 为 1 时，TG1 截止，TG2 导通，此时有锁存作用。（2） 译码CD4511 译码用两级或非门担当，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数据B、C 进展组合，得出BC 、 BC 、 BC 、 BC 四项，然后将输入的数据A、D 一起用或非门译码。（3） 消隐BI 为消隐功能段，该端施加某一电平后，迫使B 端输出为低电平，字形消隐。消隐输出J 的电平为J=C+BD+BI。如不考虑消隐BI 项，使得 J=(B+C)D，据上式，当输入BCD 代码从 10101111 时，J端都为“1”电平，从而使显示器中的字形消隐。2. MC1413 简介MC1413 承受
15、 NPN 达林顿复合晶体管的构造，因此具有较高的电流增益和很高的输入阻抗，可直接承受 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也称OC 门。MC1413 的引脚及内部构造如图 3.7 所示，它承受 16 引脚的双列直插式封装。每一个驱动器输出端均接有一释放电感负载能量的抑制二极管。IN1116OUT1IN2215OUT2IN3314OUT3IN4413OUT4IN5512OUT5IN6611OUT6IN7710OUT7GND89Vcc图 3.7MC1413 引脚图和内部构造三位半数字电压表整机电路原理图4 总结
16、我设计的数字电压表除了功能还不够完善，还存在一些缺点，测量精度也不够高。要想得到较高的测量精度除了选用一些高精度器件外，还应留意器件的选择和搭配。其次，在设计中也应当考虑其造价及产品的便携性等等。假设能进展动态检测就更好了。数字电压表在实际中有很高的应用价值，通过它的使用可以提高很多试验的成功率。其进展前景很好。通过这次实践，我了解了数字电压表的用途及工作原理，生疏了数字电压表的设计步骤， 熬炼了工程设计实践力量，培育了自己独立设计力量。此次设计是对我专业学问的一次检验 和稳固 。参考文献1 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程.北京：电子工业出版社，2023,1.2 张永瑞.电子测量技术根底.西安：西安电子科技大学出版社，2023.3 张久威.电子设备修理测试指南.北京：中国计量出版社，1998.4 李光圣.数字电压表原理与维护.北京：科技出版社，2023.5 康华光主编.电子技术根底数字局部.北京：高等教育出版社，2023.6 吕思忠.数字电路试验与课程设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2023.7 谢自美.电子线路设计、试验、测试.武汉：华中理工大学出版社，2023.