課程設(shè)計(jì)---數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)是一門十分重要的實(shí)踐基礎(chǔ)課，學(xué)生不僅需要有較高的理論素養(yǎng)，同時(shí)也要掌握基本的設(shè)計(jì)知識(shí)和技能，為今后各課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)此設(shè)計(jì)使學(xué)生加深對(duì)數(shù)字電壓表的理解，并能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的電路。</p>&l

2、t;p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　1.鞏固加深對(duì)電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力。</p><p>　　2.通過(guò)查找資料、選方案、設(shè)計(jì)電路、安裝調(diào)試、寫報(bào)告等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，熟悉設(shè)計(jì)的過(guò)程、步驟。為以后從事電子電路設(shè)計(jì)、研制電子產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。</p><p>

3、　　3.了解電子線路設(shè)計(jì)的工程、工藝技術(shù)規(guī)范，學(xué)會(huì)書寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。 </p><p>　　4.了解與掌握常用電子儀器的使用方法，及簡(jiǎn)單的制版、焊接、組裝、調(diào)試工藝過(guò)程。</p><p>　　5.培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅、認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和工作作風(fēng)。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　設(shè)計(jì)數(shù)字電

4、壓表：A/D轉(zhuǎn)換器、基準(zhǔn)電源、譯碼器、驅(qū)動(dòng)器、顯示器。</p><p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)指標(biāo)</b></p><p>　　1. 設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表電路</p><p>　　2. 測(cè)量范圍：直流電壓0V～1.999V</p><p>　　2 數(shù)字電壓表總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　5G1

5、4433的典型應(yīng)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(yáng)極LED顯示、熒光數(shù)碼管和液晶顯示等幾種?，F(xiàn)通過(guò)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(jiǎn)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(zhǔn)電壓由+

6、2.5V基準(zhǔn)電源5G1403提供，利用電位器調(diào)節(jié)可以得到＋200mV和+2V的基準(zhǔn)電壓。5G14433的工作時(shí)鐘為如果選用0.1uF的積分電容，則當(dāng)=+2V時(shí)，積分電阻值為470K；當(dāng)=+200mV時(shí)，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(shè)計(jì)</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(zhǔn)電壓、模擬電壓輸入部分。量程為199.9mv或1.999v兩種，與之相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電壓相應(yīng)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(kāi)關(guān)、時(shí)鐘以及極性判別、溢出檢測(cè)等電路組成。5G14433采用字位動(dòng)態(tài)掃描BCD碼輸出方式,既千、百、十、個(gè)位BCD碼輪流地在端輸出，同時(shí)端出現(xiàn)同步字位選通信號(hào)。 </p><p>　　主要外接器件是時(shí)鐘振蕩器外接電阻、外接失調(diào)補(bǔ)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(shí)，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(shè)計(jì)</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(shí)鐘發(fā)生器，使用時(shí)只需外接一個(gè)電阻；也可采用外部輸入時(shí)鐘或外接晶體振蕩電路，片內(nèi)的輸出鎖存器用來(lái)存放A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，經(jīng)多路開(kāi)關(guān)輸出多路選通脈沖信號(hào)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(fù)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(fù)電源分別通過(guò)去耦電容0.047μF、0.02μF與VSS（VAG）端相連。</p><p>　　3.1.4　基

12、準(zhǔn)電壓輸入的連接</p><p>　　基準(zhǔn)電壓須外接，可由5G14433通過(guò)分壓提供+2V或+20OmV的基準(zhǔn)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(guò)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(guò)電位器對(duì)+5V直接分壓得到。如圖3-5（b）所示。</p><p><b>　　（b）</b></p>&

13、lt;p>　　圖3-5 5G14433基準(zhǔn)電源的外部連接</p><p>　　高精度能隙基準(zhǔn)電源5G1403，對(duì)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(zhǔn)電壓。引腳圖如圖3-6所示。</p><p><b>　　引腳功能說(shuō)明：</b></p><p>　?。ㄒ_ 1）：是5V電壓輸入端<

14、;/p><p>　　（引腳 2）：是+2.5V電壓輸出端</p><p><b>　?。ㄒ_ 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(dāng)＝0.1μF， =5V， =66kHz時(shí)，若=+2V,R

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

17、期寬度的脈沖；而當(dāng)給DU端輸入一個(gè)正脈沖時(shí)，當(dāng)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(kāi)關(guān)輸出，否則將輸出鎖存器中原來(lái)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(dòng)器5G4511</p><p>　　根據(jù)邏輯電路的功能特點(diǎn)，邏輯電路可分為組合邏輯電路和時(shí)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(lái)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(gè)組合邏輯電路可以有多個(gè)輸入，如m個(gè)輸入；也可以有多個(gè)輸出，如n個(gè)

19、輸出。因?yàn)榻M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(shí)刻的輸入決定這一時(shí)刻的輸出，與這一時(shí)刻前的輸入（過(guò)程）無(wú)關(guān)。換句話說(shuō)，即當(dāng)時(shí)的輸入決定當(dāng)時(shí)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(lái)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(duì)輸入賦予一定的二進(jìn)制代碼，給定輸入就有相應(yīng)的二進(jìn)制

21、碼輸出。常用的編碼器有二進(jìn)制編碼器和二—十進(jìn)制編碼器等。所謂二進(jìn)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(jìn)制編碼器；二—十進(jìn)制編碼器是輸入十進(jìn)制數(shù)（十個(gè)輸入分別代表0～9十個(gè)數(shù)）輸出相應(yīng)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(guò)程，所以，譯碼器的邏輯功能就是還原輸入邏輯信號(hào)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(jìn)制碼還原成2n個(gè)輸出信號(hào)，或?qū)⒁晃籅CD碼還原為10個(gè)輸出信號(hào)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(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成顯示器件所需要的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，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(dòng)功能。其管腳名稱和功能如圖3-8（a）所示，為燈測(cè)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(hào)圖中，總限定符號(hào)是BCD/7SEG，也就是說(shuō)只能對(duì)BCD碼進(jìn)行譯碼顯示。關(guān)聯(lián)信號(hào)V11為1，即外部輸入為0時(shí)，受影響輸出Ya～Yg置1，實(shí)現(xiàn)燈測(cè)試功能。關(guān)聯(lián)信號(hào)G10為0，即外部輸入為0時(shí)，受影響輸出Ya～Yg置0，實(shí)現(xiàn)滅燈功能。控制信號(hào)C9為1，即LE為0時(shí)，受影響單元9D（寄存器）寄存輸入數(shù)據(jù)；C9為0時(shí)，寄存

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

26、;　　3.3.1　達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器</p><p>　　七路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器陣列5G1413，它是反相器件，當(dāng)輸入1，輸出為0，當(dāng)輸入0，輸出為1。我在本次設(shè)計(jì)中將它用作驅(qū)動(dòng)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(shí)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(hào)，邏輯符號(hào)中D的小矩形代表“與”門，為 了擴(kuò)展觸發(fā)器的功能，往往制作多個(gè)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(hào)</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(shí)，電子和空穴大量復(fù)合，把多余能量以光子形式釋放出來(lái)，根據(jù)材料不同發(fā)出不同波長(zhǎng)的光。發(fā)光二極管既可以用高電平點(diǎn)亮，也可以用低電平驅(qū)動(dòng)，分別如圖3-1

30、2（a）和（b）所示。</p><p>　?。╝）高電平驅(qū)動(dòng) （b）低電平驅(qū)動(dòng)</p><p>　　圖3-12 發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)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(gè)發(fā)光二極管封裝在一起，每個(gè)發(fā)光二極管做成字符的一個(gè)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(yáng)之分，如圖3-13所示。</p><p>　?。╝）字段排列 （b）共陰極LED （c）共陽(yáng)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(dòng)，共陽(yáng)LED顯示器適用于低電平驅(qū)動(dòng)。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(duì)比較大，采用集成門電路直接驅(qū)動(dòng)LED時(shí)，較多地采用低電平驅(qū)動(dòng)方式。</p><p><b>　　4　總結(jié)</b></p><p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)它能培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。經(jīng)過(guò)查資料、選方案、設(shè)計(jì)電路、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告、使學(xué)生得到一次較全面的工程實(shí)踐訓(xùn)練。理論聯(lián)系實(shí)

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

34、到實(shí)踐，在整整一個(gè)星期的日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜。雖然這次實(shí)習(xí)只是大學(xué)生活的小小一部分，但是它對(duì)我的啟示卻是巨大的。通過(guò)這次實(shí)習(xí)我首先了解到很多知識(shí)，開(kāi)闊了眼界，對(duì)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(shí)面的狹隘與薄弱。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。</

35、p><p>　　最后讓我更加關(guān)注對(duì)自身實(shí)踐的重要性。同時(shí)在這次課程設(shè)計(jì)中我經(jīng)過(guò)了失敗的洗禮這讓我感到自身知識(shí)的不足以后要多學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)一些知識(shí)！人身就是這樣、不斷地前行、不斷的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、不斷的學(xué)習(xí)，不斷的進(jìn)步。</p><p>　　對(duì)這次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容我沒(méi)多大意見(jiàn)，畢竟它所涉及到的內(nèi)容，需要用到的知識(shí)大都是我們學(xué)過(guò)的，沒(méi)學(xué)的部分也很容易在網(wǎng)上或圖書館內(nèi)查到。這樣的設(shè)計(jì)也有助于我們對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用，

36、加深對(duì)知識(shí)的理解。通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程中查閱各種資料，還能讓我們開(kāi)闊視野，不僅僅局限于課本知識(shí)，學(xué)到更多的專業(yè)知識(shí)，對(duì)我們今后都很有幫助</p><p>　　但我覺(jué)得這種教學(xué)方式應(yīng)該改進(jìn)一下，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們根本不知道這樣用軟件畫電路圖，而且應(yīng)為是和期末考試沖突也沒(méi)多少時(shí)間和精力去學(xué)。所以我覺(jué)得至少在實(shí)習(xí)以前應(yīng)該對(duì)我們進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的培訓(xùn)，我相信這樣對(duì)設(shè)計(jì)的質(zhì)量肯定會(huì)有很大的幫助。</p><p

37、><b>　　5　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)，彭介華主編，北京：高等教育出版社，1997</p><p>　　2.電子電路實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用課題設(shè)計(jì)，盧結(jié)成、高世忻等編，合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2002</p><p>　　3.《中國(guó)集成電路大全》編寫委員會(huì)編寫，北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1985</p