課程設計---數(shù)字電壓表設計

1、<p><b>　　數(shù)字電壓表</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　電子技術(shù)課程設計是一門十分重要的實踐基礎(chǔ)課，學生不僅需要有較高的理論素養(yǎng)，同時也要掌握基本的設計知識和技能，為今后各課程的學習打下堅實的基礎(chǔ)。通過此設計使學生加深對數(shù)字電壓表的理解，并能設計簡單的電路。</p>&l

2、t;p><b>　　1.1 設計目的</b></p><p>　　1.鞏固加深對電子技術(shù)基礎(chǔ)知識的理解，培養(yǎng)學生獨立分析問題、解決問題，提高綜合運用所學知識的能力。</p><p>　　2.通過查找資料、選方案、設計電路、安裝調(diào)試、寫報告等環(huán)節(jié)的訓練，熟悉設計的過程、步驟。為以后從事電子電路設計、研制電子產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。</p><p>

3、　　3.了解電子線路設計的工程、工藝技術(shù)規(guī)范，學會書寫設計說明書。 </p><p>　　4.了解與掌握常用電子儀器的使用方法，及簡單的制版、焊接、組裝、調(diào)試工藝過程。</p><p>　　5.培養(yǎng)學生嚴肅、認真的科學態(tài)度和工作作風。</p><p><b>　　1.2 設計要求</b></p><p>　　設計數(shù)字電

4、壓表：A/D轉(zhuǎn)換器、基準電源、譯碼器、驅(qū)動器、顯示器。</p><p><b>　　1.3 設計指標</b></p><p>　　1. 設計數(shù)字電壓表電路</p><p>　　2. 測量范圍：直流電壓0V～1.999V</p><p>　　2 數(shù)字電壓表總體方案設計</p><p>　　5G1

5、4433的典型應用是加少量外圍芯片構(gòu)成三位半數(shù)字電壓表。按照所采用的顯示方式可以分共陰極LED顯示、共陽極LED顯示、熒光數(shù)碼管和液晶顯示等幾種。現(xiàn)通過共陰極LED顯示的三位半數(shù)字電壓表的電路組成和工作原理簡要介紹5G14433的使用。</p><p>　　圖2-1為三位半LED數(shù)字電壓表的電路原理電路。</p><p>　　圖中系統(tǒng)電源為=+5V， =-5V。5G14433的基準電壓由+

6、2.5V基準電源5G1403提供，利用電位器調(diào)節(jié)可以得到＋200mV和+2V的基準電壓。5G14433的工作時鐘為如果選用0.1uF的積分電容，則當=+2V時，積分電阻值為470K；當=+200mV時，積分電阻值為27K。</p><p>　　圖2-1 5G14433構(gòu)成的數(shù)字電壓表</p><p>　　3 單元電路的設計</p><p>　　3.1 A/D轉(zhuǎn)

7、換器</p><p>　　3.1.1　關(guān)于5G14433</p><p>　　圖3-1 5G14433的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　模擬電路部分有基準電壓、模擬電壓輸入部分。量程為199.9mv或1.999v兩種，與之相對應的基準電壓相應為＋200mv或＋2v兩種。</p><p>　　數(shù)字電路部分有邏輯控制、BCD碼及輸出鎖存器、多

8、路開關(guān)、時鐘以及極性判別、溢出檢測等電路組成。5G14433采用字位動態(tài)掃描BCD碼輸出方式,既千、百、十、個位BCD碼輪流地在端輸出，同時端出現(xiàn)同步字位選通信號。 </p><p>　　主要外接器件是時鐘振蕩器外接電阻、外接失調(diào)補償電容和外接積分阻容元件、。</p><p>　　5G14433芯片的引腳分布如圖3-2所示，選通脈沖圖如圖3-3所示。</p><p>

9、;　　圖3-2 5G1443芯片引腳分布</p><p>　　圖3-3 5G1433選通脈沖圖</p><p>　　表3-1 DS1選通時，Q3～Q0表示的輸出結(jié)果</p><p>　　3.1.2　5Gl4433的外部電路連接與元件參數(shù)設計</p><p>　　盡管5G14433需外接的元件很少，但為使其工作于最佳狀態(tài)，也必須注意外部電

10、路的連接和元器件的選擇。5G14433的轉(zhuǎn)換誤差為±1LSB，輸入阻抗大于100MΩ，模擬輸入電壓范圍為0～±1.999V或0～±199.9mV；片內(nèi)提供時鐘發(fā)生器，使用時只需外接一個電阻；也可采用外部輸入時鐘或外接晶體振蕩電路，片內(nèi)的輸出鎖存器用來存放A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，經(jīng)多路開關(guān)輸出多路選通脈沖信號及BCD碼數(shù)據(jù)。典型的5G14433外部電路連接方法如圖3-4所示。</p><p>

11、　　圖3-4 5G14433外部電路連接圖</p><p>　　3.1.3　電源接法 </p><p>　　芯片工作電源為±5V正電源接VDD，模擬部分負電源VEE，模擬地VAG與數(shù)字地VSS相連為公共接地端。為了提高電源的抗干擾能力，正、負電源分別通過去耦電容0.047μF、0.02μF與VSS（VAG）端相連。</p><p>　　3.1.4　基

12、準電壓輸入的連接</p><p>　　基準電壓須外接，可由5G14433通過分壓提供+2V或+20OmV的基準電壓，接法如下圖3-5（a）所示。在一些精度要求不高的小型智能化儀表中，于+5V電源是經(jīng)過三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓的，工作環(huán)境又比較好，這樣就可以通過電位器對+5V直接分壓得到。如圖3-5（b）所示。</p><p><b>　?。╞）</b></p>&

13、lt;p>　　圖3-5 5G14433基準電源的外部連接</p><p>　　高精度能隙基準電源5G1403，對它輸入5V電壓，它可以輸出精密+2.5V電壓。輸出的+2.5V電壓作為5G14433的基準電壓。引腳圖如圖3-6所示。</p><p><b>　　引腳功能說明：</b></p><p>　?。ㄒ_ 1）：是5V電壓輸入端<

14、;/p><p>　?。ㄒ_ 2）：是+2.5V電壓輸出端</p><p><b>　　（引腳 3）：接地</b></p><p>　　圖3-6 5G1403的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.1.5　外接元件參數(shù)的選定。</p><p>　　積分電阻和積分電容的選取公式如下：</p>&

15、lt;p><b>　　式中： </b></p><p><b>　　——輸入電壓量程；</b></p><p>　　——積分器電容上的充電電壓幅值，其值為</p><p>　　T ——常數(shù)，T= 4000/</p><p>　　例如，當＝0.1μF， =5V， =66kHz時，若=+2V,R

16、1=480k（取470k）；若=+200mV, R1=28k（取27k）。</p><p>　　外接補償失調(diào)電容固定為0.1μF,外接鐘頻電阻，當=470KΩ時，≈66kHz；當=200KΩ時，≈140KHz，一般取=470KΩ。</p><p>　　3.1.6　DU端和ECO端短接。</p><p>　　因為EOC每一次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，該端都輸出一個1/2時鐘周

17、期寬度的脈沖；而當給DU端輸入一個正脈沖時，當前A/D轉(zhuǎn)換周期的轉(zhuǎn)換結(jié)果將被送入輸出鎖存器，經(jīng)多路開關(guān)輸出，否則將輸出鎖存器中原來的轉(zhuǎn)換結(jié)果。所以，EOC與DU短接，是將每一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果都輸出。</p><p>　　3.2　BCD-鎖存/譯碼/驅(qū)動器5G4511</p><p>　　根據(jù)邏輯電路的功能特點，邏輯電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類。</p><

18、;p>　　在數(shù)字集成產(chǎn)品中有許多具有特定組合邏輯功能的數(shù)字集成器件，稱為組合邏輯器件（或組合邏輯部件）。組合邏輯電路是一種用邏輯門電路組成的，并且輸出與輸入之間不存在反饋電路和不含有記憶延遲單元的邏輯電路，可用圖3-7框圖來描述組合邏輯電路。</p><p>　　圖3-7 組合邏輯電路一般框圖</p><p>　　一個組合邏輯電路可以有多個輸入，如m個輸入；也可以有多個輸出，如n個

19、輸出。因為組合邏輯電路中不存在反饋電路和記憶延遲單元，所以，某一時刻的輸入決定這一時刻的輸出，與這一時刻前的輸入（過程）無關(guān)。換句話說，即當時的輸入決定當時的輸出。組合邏輯電路的輸出和輸入關(guān)系可用邏輯函數(shù)來表示。即</p><p>　　Yj（t）= fj（X0（t），X1（t），…，Xi（t），…，Xm-1（t））。</p><p><b>　　或?qū)憺?lt;/b><

20、/p><p>　　Yj = Fj（X0，X1，…，Xi，…，Xm-1）。 </p><p>　　在數(shù)字集成產(chǎn)品中有許多具有特定組合邏輯功能的數(shù)字集成器件，稱為組合邏輯器件（或組合邏輯部件）。</p><p>　　3.2.1 編碼器</p><p>　　組合邏輯部件中的編碼器是對輸入賦予一定的二進制代碼，給定輸入就有相應的二進制

21、碼輸出。常用的編碼器有二進制編碼器和二—十進制編碼器等。所謂二進制編碼器是指輸入變量數(shù)（m）和輸出變量數(shù)（n）成2n倍關(guān)系的編碼器，如有4線/2線，8線/3線，16線/4線的集成二進制編碼器；二—十進制編碼器是輸入十進制數(shù)（十個輸入分別代表0～9十個數(shù)）輸出相應BCD碼的10線/4線編碼器。</p><p><b>　　3.2.2　譯碼器</b></p><p>　　

22、譯碼是編碼的逆過程，所以，譯碼器的邏輯功能就是還原輸入邏輯信號的邏輯原意。按功能，譯碼器有兩大類：通用譯碼器和顯示譯碼器。</p><p><b>　　通用譯碼器</b></p><p>　　這里通用譯碼器是指將輸入n位二進制碼還原成2n個輸出信號，或?qū)⒁晃籅CD碼還原為10個輸出信號的譯碼器，稱為二線—四線譯碼器，三線—八線譯碼器，四線—十線譯碼器等。</p&

23、gt;<p><b>　　顯示譯碼器</b></p><p>　　顯示譯碼器是將輸入二進制碼轉(zhuǎn)換成顯示器件所需要的驅(qū)動信號，數(shù)字電路中，較多地采用七段字符顯示器。</p><p>　　5G4511為CMOS 7段顯示譯碼器，具有鎖存/譯碼/驅(qū)動功能。其管腳名稱和功能如圖3-8（a）所示，為燈測試端，為燈熄滅端，LE為鎖存使能端。</p>&

24、lt;p>　　表3-2列出了4511的邏輯功能。 </p><p>　　圖3-8（b）所示符號圖中，總限定符號是BCD/7SEG，也就是說只能對BCD碼進行譯碼顯示。關(guān)聯(lián)信號V11為1，即外部輸入為0時，受影響輸出Ya～Yg置1，實現(xiàn)燈測試功能。關(guān)聯(lián)信號G10為0，即外部輸入為0時，受影響輸出Ya～Yg置0，實現(xiàn)滅燈功能?？刂菩盘朇9為1，即LE為0時，受影響單元9D（寄存器）寄存輸入數(shù)據(jù)；C9為0時，寄存

25、器數(shù)據(jù)不變。符號圖描述的功能與表3-2一致。</p><p>　　(a) 方框圖 (b) 符號圖 </p><p>　　圖3-8 CMOS 7段譯碼器4511</p><p><b>　　3.3　驅(qū)動器</b></p><p>

26、;　　3.3.1　達林頓驅(qū)動器</p><p>　　七路達林頓驅(qū)動器陣列5G1413，它是反相器件，當輸入1，輸出為0，當輸入0，輸出為1。我在本次設計中將它用作驅(qū)動顯示。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9 5G1413的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.3.2　D觸發(fā)器</p><p>　　維持-阻塞D觸發(fā)器是在時鐘脈沖

27、CP上升沿觸發(fā)的一種，圖3-10（a）是其邏輯電路，圖3-10（b）是邏輯符號，邏輯符號中D的小矩形代表“與”門，為 了擴展觸發(fā)器的功能，往往制作多個D輸入端，D=D1D2…。</p><p>　　表3-3給出了D觸發(fā)器的真值表，表3-4是其次態(tài)表，圖3-11是D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。</p><p>　　根據(jù)表3-3得D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換方程為Qn+1=D。</p><p

28、>　?。╝）邏輯電路 （b）邏輯符號</p><p>　　圖3-10 維持-阻塞D觸發(fā)器</p><p>　　表3-3 D觸發(fā)器的真值表 表3-4 D觸發(fā)器的次態(tài)表</p><p>　　圖3-11 D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖</p><p><b>　　3.4　顯示器&l

29、t;/b></p><p>　　在數(shù)字系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到字符顯示器。目前，常用字符顯示器有發(fā)光二極管LED字符顯示器和液態(tài)晶體LCD字符顯示器。</p><p>　　發(fā)光二極管是用砷化鎵，磷化鎵等材料制造的特殊二極管。在發(fā)光二極管正向?qū)〞r，電子和空穴大量復合，把多余能量以光子形式釋放出來，根據(jù)材料不同發(fā)出不同波長的光。發(fā)光二極管既可以用高電平點亮，也可以用低電平驅(qū)動，分別如圖3-1

30、2（a）和（b）所示。</p><p>　?。╝）高電平驅(qū)動 （b）低電平驅(qū)動</p><p>　　圖3-12 發(fā)光二極管驅(qū)動電路</p><p>　　其中限流電阻一般幾百到幾千歐姆，由發(fā)光亮度（電流）決定。</p><p>　　將七個發(fā)光二極管封裝在一起，每個發(fā)光二極管做成字符的一個段，就是所謂的7段LED字符顯示器。根

31、據(jù)內(nèi)部連接的不同，LED顯示器有共陰和共陽之分，如圖3-13所示。</p><p>　?。╝）字段排列 （b）共陰極LED （c）共陽極LED</p><p>　　圖3-13 7段字符顯示器</p><p>　　由圖可知，共陰LED顯示器適用于高電平驅(qū)動，共陽LED顯示器適用于低電平驅(qū)動。由于集成電路的高電平輸出電流小，而低電平輸出電流相

32、對比較大，采用集成門電路直接驅(qū)動LED時，較多地采用低電平驅(qū)動方式。</p><p><b>　　4　總結(jié)</b></p><p>　　電子技術(shù)課程設計它能培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。經(jīng)過查資料、選方案、設計電路、撰寫設計報告、使學生得到一次較全面的工程實踐訓練。理論聯(lián)系實

33、際，提高和培養(yǎng)創(chuàng)新能力。</p><p>　　當今世界，隨著科學技術(shù)發(fā)展的日新月異，科技進步、技術(shù)更新可謂是眾人目睹，社會發(fā)展人民生活水平也相對提高。創(chuàng)新也成為了新世紀人才必備的一種技能。而這次課程設計的目的之一就是培養(yǎng)我們運用所學知識進行創(chuàng)新設計的能力。</p><p>　　回顧起此次電子技術(shù)課程的設計，至今我仍感慨頗多。當我剛拿到題目時，我覺得無從下手。從查閱資料到定下電路形式，從理論

34、到實踐，在整整一個星期的日子里，可以說得是苦多于甜。雖然這次實習只是大學生活的小小一部分，但是它對我的啟示卻是巨大的。通過這次實習我首先了解到很多知識，開闊了眼界，對自己的專業(yè)有了更深刻的了解，其次我發(fā)現(xiàn)了自身知識面的狹隘與薄弱。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。</

35、p><p>　　最后讓我更加關(guān)注對自身實踐的重要性。同時在這次課程設計中我經(jīng)過了失敗的洗禮這讓我感到自身知識的不足以后要多學習學習一些知識！人身就是這樣、不斷地前行、不斷的發(fā)現(xiàn)問題、不斷的學習，不斷的進步。</p><p>　　對這次課程設計的內(nèi)容我沒多大意見，畢竟它所涉及到的內(nèi)容，需要用到的知識大都是我們學過的，沒學的部分也很容易在網(wǎng)上或圖書館內(nèi)查到。這樣的設計也有助于我們對所學知識的應用，

36、加深對知識的理解。通過設計過程中查閱各種資料，還能讓我們開闊視野，不僅僅局限于課本知識，學到更多的專業(yè)知識，對我們今后都很有幫助</p><p>　　但我覺得這種教學方式應該改進一下，因為在設計的過程中，我們根本不知道這樣用軟件畫電路圖，而且應為是和期末考試沖突也沒多少時間和精力去學。所以我覺得至少在實習以前應該對我們進行一些簡單的培訓，我相信這樣對設計的質(zhì)量肯定會有很大的幫助。</p><p

37、><b>　　5　參考文獻</b></p><p>　　1.電子技術(shù)課程設計指導，彭介華主編，北京：高等教育出版社，1997</p><p>　　2.電子電路實驗及應用課題設計，盧結(jié)成、高世忻等編，合肥：中國科學技術(shù)大學出版社，2002</p><p>　　3.《中國集成電路大全》編寫委員會編寫，北京：國防工業(yè)出版社，1985</p