數(shù)字直流電壓表設(shè)計(jì)方案

1、<p>　　數(shù)字直流電壓表課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　數(shù)字直流電壓表課程設(shè)計(jì)報(bào)告1</p><p><b>　　目 錄1</b></p><p><b>　　前言1</b></p>

2、<p>　　1.總體設(shè)計(jì)方案2</p><p>　　1.1數(shù)字直流電壓表方案2</p><p>　　1.1.1運(yùn)用單片機(jī)制作直流電壓表方案2</p><p>　　1.1.2 運(yùn)用數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)字直流電壓表方案2</p><p>　　2. 單元模塊設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1直流電壓表電路模塊設(shè)計(jì)

3、4</p><p>　　2.1.1 基準(zhǔn)電源MC14035</p><p>　　2.1.2 A/D轉(zhuǎn)換器MC144336</p><p>　　2.1.3 顯示電路10</p><p>　　2.1.4讀數(shù)保持電路12</p><p>　　2.2 系統(tǒng)整體硬件電路12</p><p>　　

4、2.2.1 整體硬件電路12</p><p><b>　　3.系統(tǒng)功能14</b></p><p>　　3.1 仿真軟件介紹14</p><p>　　3.1.1 仿真電路圖14</p><p>　　3.2 調(diào)試現(xiàn)象及結(jié)論16</p><p>　　3.3 安裝總調(diào)16</p>

5、<p><b>　　4.設(shè)計(jì)總結(jié)18</b></p><p><b>　　5.參考文獻(xiàn)19</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子行業(yè)經(jīng)常需要測(cè)量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測(cè)量?jī)x器。何況在電量的測(cè)量中，電壓

6、、電流和頻率是最基本的三個(gè)被測(cè)量，其中電壓量的測(cè)量最為經(jīng)常。</p><p>　　數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter）簡(jiǎn)稱DVM，它是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流或交流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便、精度高、誤差小、靈敏度高和分辨率高、測(cè)量速度快等特點(diǎn)而倍受青睞。</p><p>　　本次我們所做的課程設(shè)計(jì)就是

7、基于數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)的一個(gè)電子產(chǎn)品。本人對(duì)自己的設(shè)計(jì)作品從各個(gè)角度分析了由A/D轉(zhuǎn)換器組成的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)過程及各部分電路的組成及其原理，并且分析了數(shù)模轉(zhuǎn)換進(jìn)而使系統(tǒng)運(yùn)行起來的原理及方法。</p><p>　　通過自身實(shí)踐提高了動(dòng)手能力，也只有親歷親為才能收獲掌握到已經(jīng)學(xué)過的知識(shí)。其實(shí)也為建立節(jié)約成本的意識(shí)有些幫助，本人并沒有采用單片機(jī)模塊，而是直接采用A/D轉(zhuǎn)換，在MC1433系列找塊帶顯示譯碼并帶

8、A/D轉(zhuǎn)換的片子并不難，相對(duì)于單片機(jī)有成本上的優(yōu)勢(shì)，但這里同時(shí)也牽涉幾個(gè)問題：精度、位數(shù)、速度、還有功耗等不足之處，這些都要慎重考慮。這些也是在這次實(shí)踐中收獲的吧！</p><p><b>　　1.總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　1.1數(shù)字直流電壓表方案</p><p>　　1.1.1運(yùn)用單片機(jī)制作直流電壓表方案</p>

9、<p>　　用ICL7135與AT89C52單片機(jī)構(gòu)成電壓表系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)方法。優(yōu)點(diǎn)： CL7135的串行方式在實(shí)踐中的應(yīng)用效果很好。與并行方式相比，其突出的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、程序簡(jiǎn)潔、占用單片機(jī)的資源少、可提高抗干擾能力，同時(shí)可提高儀器的檢測(cè)可靠性，并且可在不添加任何擴(kuò)展口線器件的情況下使系統(tǒng)的成本得到降低。</p><p><b>　　基本結(jié)構(gòu)圖：</b></p&g

10、t;<p><b>　　圖1結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　定時(shí)器T0所用的CLK頻率是系統(tǒng)晶振頻率的1/12。因此可利用單片機(jī)（AT89C52）的ALE信號(hào)作為ICL7135的脈沖（CLK）輸入。但要注意，若指令中不出現(xiàn)MOVX指令，ALE端產(chǎn)生的脈沖頻率將是晶振的1/6。至此，便可找到定時(shí)器所使用的頻率與單片機(jī)系統(tǒng)晶振頻率的關(guān)系，以及ICL7135所需的頻率輸入與單片機(jī)

11、系統(tǒng)晶振頻率的關(guān)系。</p><p>　　1.1.2 運(yùn)用數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)字直流電壓表方案</p><p>　　本設(shè)計(jì)實(shí)際上是將被測(cè)模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字顯示，主要由以下幾部分構(gòu)成：量程轉(zhuǎn)換電路、AC-DC轉(zhuǎn)換電路、3位半A/D轉(zhuǎn)換單元電路、基準(zhǔn)電源單元電路、譯碼驅(qū)動(dòng)單元以及數(shù)碼管顯示單元。其中A/D轉(zhuǎn)換器選用三位半MC14433，基準(zhǔn)電源選用MC1403，譯碼驅(qū)動(dòng)器則MC14511

12、，另加四個(gè)共陰極LED發(fā)光數(shù)碼管。并利用Multisim和PROTEUS 軟件對(duì)其編譯和仿真。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖：</b></p><p><b>　　圖2實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　位計(jì)數(shù)器由三級(jí)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)D觸發(fā)器構(gòu)成，計(jì)數(shù)范圍是0～1999。鎖存器用來存放A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。控制邏

13、輯能適時(shí)發(fā)出信號(hào)接通相應(yīng)的模擬開關(guān)，按照順序完成A/D轉(zhuǎn)換。DS1～DS4是多路調(diào)制位選通信號(hào)。當(dāng)某一選通信號(hào)為高電平時(shí)，相應(yīng)的位即被選通，此時(shí)該位數(shù)據(jù)便從Q0～Q3端輸出。EOC為脈寬僅T0/2的窄脈沖，且當(dāng)EOC 正脈沖過后按照DS1（最高位MSD，即千位）→DS2→DS3→DS4（最低位LSD）的順序依次選通。位選通信號(hào)的脈寬為18T0，相鄰位選通信號(hào)之間有2T0的位間消隱時(shí)間。做動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，掃描頻率f1＝f0／80。若取f0＝5

14、0kHz，則f1＝625Hz，測(cè)量速率MR＝f0/16400≈3次／秒。</p><p>　　整個(gè)A/D轉(zhuǎn)換分6個(gè)階段進(jìn)行：①模擬調(diào)零，占4000T0；②數(shù)字調(diào)零，小于800 T0；③重復(fù)模擬調(diào)零占4000 T0；④正向積分，T1＝4000 T0；⑤重復(fù)數(shù)字調(diào)零，小于800 T0；⑥反向積分，T2≤4000 T0。其中，階段①與階段③都是消除緩沖器和積分器的失調(diào)電壓。在階段②用計(jì)數(shù)器將比較器的失調(diào)電壓△UOS記下

15、來，存入鎖存器中；階段⑤則是在反向積分之前先扣除△UOS的影響，使計(jì)數(shù)器復(fù)位。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)選用方案為：MC14433型3 ½位A／D轉(zhuǎn)換器。其具有以下特點(diǎn)：</p><p>　?。?）工作電壓范圍是4.5V~8V。典型值為5V，功耗約8mW。</p><p>　　（2）A／D轉(zhuǎn)換精度：0.05％1個(gè)字（½位十進(jìn)制相當(dāng)于11位二進(jìn)

16、制），轉(zhuǎn)換速率為3~10次／秒。</p><p>　　（3）具有自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)轉(zhuǎn)換極性之功能。</p><p>　?。?）有多路調(diào)制的BCD碼輸出，可以方便的與微機(jī)相連，或打印記錄。</p><p>　?。?）能獲得超量程（OR）和欠量程（UR）信號(hào)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程。</p><p>　?。?）具有讀數(shù)保持功能。</p>

17、<p>　?。?）采用共陰極LED動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，不僅降低了顯示功耗，還使外部接線大為簡(jiǎn)化。</p><p><b>　　2. 單元模塊設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1直流電壓表電路模塊設(shè)計(jì)</p><p><b>　　電路各部分的功能：</b></p><p>　　1. 基準(zhǔn)電

18、源：提供精密電壓，供A/D轉(zhuǎn)換器作參考電壓。</p><p>　　2. 位A/D轉(zhuǎn)換器：采用MC14433-----位A/D轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。</p><p>　　3. 譯碼器：將二-十進(jìn)制（BCD）碼轉(zhuǎn)換成七段信號(hào)。</p><p>　　4. 驅(qū)動(dòng)器：驅(qū)動(dòng)顯示器的a、b、c、d、e、f、g七個(gè)發(fā)光段，驅(qū)動(dòng)發(fā)光數(shù)碼管（LED）進(jìn)行顯示。</

19、p><p>　　5. 顯示器：將譯碼輸出的七段信號(hào)進(jìn)行數(shù)字顯示，讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果</p><p>　　2.1.1 基準(zhǔn)電源MC1403</p><p>　　A / D轉(zhuǎn)換需要外接標(biāo)準(zhǔn)電壓源作參考電壓。標(biāo)準(zhǔn)電壓源的精度應(yīng)當(dāng)高于A / D轉(zhuǎn)換器的精度。本實(shí)驗(yàn)采用MC1403集成精密穩(wěn)壓源作參考電壓，MC1403的輸出電壓為2.5V，當(dāng)輸入電壓在4.5～15V 范圍內(nèi)變化時(shí)

20、，輸出電壓的變化不超過3mV，一般只有0.6mV左右，輸出最大電流為10mA。 </p><p><b>　　圖3基準(zhǔn)電壓源</b></p><p>　　MC1403是低壓基準(zhǔn)芯片。一般用作8～12bit的D/A芯片的基準(zhǔn)電壓等一些需要基本精準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓的場(chǎng)合。MC1403的輸出電壓的溫度系數(shù)為零，即輸出電壓與溫度無關(guān)。該電路的特點(diǎn)是：①溫度系數(shù)??；②躁聲??；③輸入電

21、壓范圍大，穩(wěn)定性能好，當(dāng)輸入電壓從+4.5V變化到+15V時(shí)，輸出電壓值變化量小于3mV；④輸出電壓值準(zhǔn)確度較高，在2.475V～2.525V以內(nèi)；⑤壓差小，適用于低壓電源；⑥負(fù)載能力小，該電源最大輸出電流為10mA。</p><p>　　MC1403采用8引線雙列直插標(biāo)準(zhǔn)封裝：</p><p>　　圖4 MC1403引腳圖：</p><p>　　因?yàn)檩敵鍪枪潭ǖ模?/p>

22、所以電路很簡(jiǎn)單。</p><p>　　1、Vin接電源輸入。 </p><p><b>　　2、GND接底。</b></p><p>　　3、Vout加一個(gè)0.1uf~1uf的電容就可以了。 </p><p>　　4、 Vout一般用作8～12bit的D/A芯片的基準(zhǔn)電壓

23、。</p><p>　　2.1.2 A/D轉(zhuǎn)換器MC14433</p><p>　　MC14433是美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的A/D（模擬／數(shù)字）轉(zhuǎn)換集成電路，廣泛應(yīng)用于其有自動(dòng)量程LED顯示，合數(shù)字萬用表中。 1．功能特點(diǎn) MC 14433集成電路內(nèi)含BCD碼產(chǎn)生電路，DS 1--DS4的個(gè)、十、百、千位選通電路，A/D變換器電路，自動(dòng)調(diào)零控制電路，基準(zhǔn)電源電壓電路，以及其他一些輔助功能電路

24、。 2.引腳功能及數(shù)據(jù) MC 14433集成電路采用24腳雙列封裝，其集成電路的引腳排列及功能如圖所示，其集成電路的實(shí)測(cè)電阻值見表所列。</p><p>　　MC14433具有自動(dòng)調(diào)零，自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換等功能?？蓽y(cè)量正或負(fù)的電壓值。當(dāng)CP1 、CP0 端接入470KΩ 電阻時(shí)，時(shí)鐘頻率≈66KHz，每秒鐘可進(jìn)行4次A / D轉(zhuǎn)換。它的使用調(diào)試簡(jiǎn)便，能與微處理機(jī)或其它數(shù)字系統(tǒng)兼容，廣泛用于數(shù)字面板表，數(shù)字萬用表，數(shù)字溫

25、度計(jì)，數(shù)字量具及遙測(cè)、遙控系統(tǒng)。</p><p>　　圖5 A/D轉(zhuǎn)換器MC14433</p><p>　　MC14433引腳表：</p><p><b>　　引腳功能說明：</b></p><p>　　VAG（1腳）：被測(cè)電壓VX和基準(zhǔn)電壓VR的參考地。</p><p>　　VR（2腳）：外接基

26、準(zhǔn)電壓（2V或200mV）輸入端；當(dāng)參考電壓VR＝2V 時(shí)，滿量程顯示1.999V；VR＝200mV時(shí)，滿量程為199.9mV?？梢酝ㄟ^選擇開關(guān)來控制千位和十位數(shù)碼管的h筆經(jīng)限流電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)的小數(shù)點(diǎn)顯示的控制。</p><p>　　VX（3腳）：被測(cè)電壓輸入端。</p><p>　　R1（4腳）、R1 ／C1（5腳）、C1（6腳）：外接積分阻容元件端；C1＝0.1μf（聚酯薄膜電容器），

27、R1＝470KΩ（2V量程）；R1＝27KΩ（200mV量程）。</p><p>　　CO1（7腳）、CO2（8腳）：外接失調(diào)補(bǔ)償電容端，典型值0.1μf。</p><p>　　DU（9腳）：實(shí)時(shí)顯示控制輸入端。若與EOC（14腳）端連接，則每次A / D轉(zhuǎn)換均顯示。</p><p>　　CP1 （10腳）、CPo （11腳）：時(shí)鐘振蕩外接電阻端，典型值為470KΩ

28、。CP1~CP0端外接電阻R9＝330 kΩ時(shí)，fo60Hz，采樣速率約為4次／s。外接電阻變成165kΩ，此時(shí)fo120kHz，采樣速率提高到8次／s。</p><p>　　VEE （12腳）：電路的電源最負(fù)端，接－5V。</p><p>　　VSS （13腳）：除CP外所有輸入端的低電平基準(zhǔn)（通常與1腳連接）。</p><p>　　EOC（14腳）：轉(zhuǎn)換周期結(jié)束

29、標(biāo)記輸出端，每一次A / D轉(zhuǎn)換周期結(jié)束，EOC 輸出一個(gè)正脈沖，寬度為時(shí)鐘周期的二分之一。</p><p>　?。?5腳）：過量程標(biāo)志輸出端，當(dāng)｜VX｜＞VR 時(shí)，輸出為低電平。</p><p>　　DS4～DS1 （16～19腳）：多路選通脈沖輸入端，DS1對(duì)應(yīng)于千位，DS2 對(duì)應(yīng)于百位，DS3 對(duì)應(yīng)于十位，DS4對(duì)應(yīng)于個(gè)位。</p><p>　　Q0～Q3 （

30、20～23腳）：BCD碼數(shù)據(jù)輸出端，DS2、DS3、DS4選通脈沖期間，輸出三位完整的十進(jìn)制數(shù)，在DS1選通脈沖期間，輸出千位0或1及過量程、欠量程和被測(cè)電壓極性標(biāo)志信號(hào)。</p><p>　　三位半數(shù)字電壓表通過位選信號(hào)DS1~DS4進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示，由于MC14433電路的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是采用BCD碼多路調(diào)制方法輸出，只要配上一塊譯碼器，就可以將轉(zhuǎn)換結(jié)果以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)四位數(shù)字的LED發(fā)光數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示。D

31、S1~DS4輸出多路調(diào)制脈沖信號(hào)。DS選通脈沖高電平，則表示對(duì)應(yīng)的數(shù)位被選通，此時(shí)該數(shù)據(jù)在Q0~Q3端輸出。每個(gè)DS選通脈沖高電平寬度為18個(gè)時(shí)鐘脈沖周期。兩個(gè)相鄰選通脈沖之間間隔2個(gè)時(shí)鐘脈沖周期。DS和EOC的時(shí)序關(guān)系是在EOC脈沖結(jié)束后，緊接著是DS1輸出正脈沖。以下依次為DS2、DS3和DS4。其中DS1對(duì)應(yīng)最高位（MSB），DS4則對(duì)應(yīng)最低位（LSB）。在對(duì)應(yīng)DS2、DS3和DS4選通期間，Q0~Q3輸出BCD碼全位數(shù)據(jù)，即以8

32、421碼方式輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字0~9。在DS1選通期間，Q0~Q3輸出千位的半位數(shù)?；?及過量程、欠量程和極性標(biāo)志信號(hào)。</p><p>　　在位選信號(hào)DS1選通期間Q0~Q3的輸出內(nèi)容如下：</p><p>　　Q3表示千位數(shù)，Q3代表千位數(shù)的數(shù)字。若其值為1，則代表千位數(shù)的數(shù)字顯示為0；反之，若其值為0，千位數(shù)的數(shù)字顯示為1。</p><p>　　Q2表示被測(cè)電壓的

33、極性，Q2的電平為1，表示極性為正，即Vx>0，Q2的電平為0，表示極性為負(fù)，即Vx<0。顯示數(shù)的負(fù)號(hào)（負(fù)電壓）由MC1413中的一只晶體管控制，符號(hào)位“一”段的陰極與千位數(shù)的陰極接在一起，當(dāng)輸入信號(hào)Vx為負(fù)電壓時(shí)，Q2端輸出置“0”。Q2負(fù)號(hào)控制位使得驅(qū)動(dòng)器不工作，通過限流電阻Rm使顯示器的“一”段（即g段）點(diǎn)亮；當(dāng)輸入信號(hào)Vx為正電壓時(shí)，Q2端輸出置“1”，負(fù)號(hào)控制位使達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器導(dǎo)通，電阻Rm接地，使“一”旁路而熄滅。

34、</p><p>　　小數(shù)點(diǎn)顯示是由正電源通過限流電阻Rdp供電燃亮小數(shù)點(diǎn)。若量程不通則選通對(duì)應(yīng)的小數(shù)點(diǎn)。</p><p>　　過量程是當(dāng)輸入電壓Vx超過量程范圍時(shí)，輸出過量程標(biāo)志信號(hào)/OR。</p><p>　　當(dāng)Q3=0，Q0=1時(shí)，表示Vx處于過量程狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)Q3=1，Q0=1時(shí)，表示Vx屬于欠量程狀態(tài)。</p

35、><p>　　當(dāng)/OR=0時(shí)，|Vx|>1999，則溢出；|Vx|>Vr，則/OR輸出低電平。</p><p>　　當(dāng)/OR=1時(shí)，表示|Vx|<Vr。正常時(shí)/OR輸出高電平，表示被測(cè)量在量程內(nèi)。</p><p>　　MC14433的/OR端與MC4511的消隱端直接相連，當(dāng)Vx超出量程范圍時(shí)，/OR=0，輸出低電平。那么，/BI=0，也處于低電平，M

36、C4511譯碼器輸出全0，是發(fā)光數(shù)碼管顯示數(shù)字熄滅，而負(fù)號(hào)和小數(shù)點(diǎn)依然發(fā)亮。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)：</p><p><b>　?。?）分辨率</b></p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率是指引起A/D轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)字量變動(dòng)一個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼的最低有效位（LSB）（例如從00H變到01H）時(shí)輸入模擬量的最小變化量。例如，A/

37、D轉(zhuǎn)換器輸入模擬電壓變化范圍為0～10V，輸出為10位碼，則分辨率R為</p><p>　　比9.77mV小的模擬量變化不再引起輸出數(shù)字量的變化。所以，A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率反映了它對(duì)輸入模擬量微小變化的分辨能力。在滿量程一定的條件下位數(shù)愈多，分辨率越高，當(dāng)然價(jià)格也愈貴。常用的A/D轉(zhuǎn)換器有8、10、12位幾種。</p><p><b>　　（2）精度</b></

38、p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器的精度決定于量化誤差及系統(tǒng)內(nèi)其他誤差之和。一般的精度指標(biāo)為滿量程的±0.02%，高精度指標(biāo)為滿量程的±0.001%。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換時(shí)間或轉(zhuǎn)換速度率</p><p>　　從輸入模擬量到轉(zhuǎn)換完畢輸出數(shù)字量所需要的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間，轉(zhuǎn)換時(shí)間越短，速率越高，價(jià)格也越貴。A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間的典型值50μs，高速A

39、/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為50ns。</p><p>　　2.1.3 顯示電路</p><p>　　從MC14433輸出的BCD碼經(jīng)過MC14511譯碼后，連接到四個(gè)七段數(shù)碼管，其中千位只連接b,c和g端，使其只顯示1和負(fù)號(hào)。</p><p><b>　　圖6仿真顯示電路</b></p><p>　　當(dāng)UIN＞2V時(shí)，OR端

40、呈低電平、使段譯碼驅(qū)動(dòng)器CD4511的消隱控制端 ＝0，強(qiáng)迫共陰極顯示器全部消隱。位選通信號(hào)經(jīng)過MC1413分別接4只數(shù)碼管的公共陰極，在DS1～DS4位選通信號(hào)的控制下進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示。MC1413屬于7路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器（現(xiàn)僅用其中5路），它有兩個(gè)作用：第一，將DS1～DS4反相成低電平有效，以便接LED數(shù)碼管的公共陰極；第二，增加驅(qū)動(dòng)能力，其β＝l500，ICM≥200mA，7路同時(shí)工作時(shí)每路仍可輸出40mA電流。利用MC1403向M

41、C14433提供2V的基準(zhǔn)電壓，RP為精密多圈電位器。實(shí)選R2＝470kΩ時(shí)f0≈50kHz。R3～R9為筆段限流電阻。RDP、RM分別為小數(shù)點(diǎn)、負(fù)極性筆段的限流電阻。負(fù)極性顯示的原理是，當(dāng)DS＝1（正好掃到千位）且UIN＜0時(shí)，從Q2端輸出負(fù)極性信號(hào)（低電平），加至MC1413的第5腳。因MC1413屬于集電極開路輸出（OC門），故第12腳無輸出，相當(dāng)于開路。＋5V電壓就經(jīng)過RM接千位LED的g段，由于此時(shí)千位已被選中并且該位公共陰極

42、接低電平，故g段發(fā)光，顯示負(fù)極性符號(hào)。</p><p>　　2.1.4讀數(shù)保持電路</p><p>　　在EOC端與DU端串入100kΩ電阻。當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)能正常進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，顯示值被不斷地刷新；閉合S時(shí)DU＝0，A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果就長(zhǎng)期保持下來，此時(shí)A/D 處于鎖存狀態(tài)。保持時(shí)間即開關(guān)閉合時(shí)間。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)整體硬件電路</p>

43、<p>　　2.2.1 整體硬件電路</p><p>　　PROTEL是PORTEL公司推出的EDA軟件，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當(dāng)之無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設(shè)計(jì)者的首選軟件，它較早就在國(guó)內(nèi)開始使用，在國(guó)內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課程來學(xué)習(xí)它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計(jì)人才時(shí)在其條件欄上常會(huì)寫著要求會(huì)使用PROTEL。它包含了電原理圖繪

44、制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號(hào)仿真、多層印制電路板設(shè)計(jì)（包含印制電路板自動(dòng)布線）、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客戶/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多層印制線路板的自動(dòng)布線可實(shí)現(xiàn)高密度PCB的100％布通率。</p><p>　　1、運(yùn)用PROTELL工具畫出以下電路：<

45、/p><p><b>　　圖7整體電路圖</b></p><p><b>　　2、PCB圖</b></p><p>　　圖8 PCB電路圖</p><p><b>　　3、三維PCB圖</b></p><p><b>　　圖9三維PCB圖<

46、/b></p><p><b>　　3.系統(tǒng)功能</b></p><p>　　3.1 仿真軟件介紹</p><p>　　Proteus軟件是一種低投資的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，提供可仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件和多達(dá)30多個(gè)元件庫(kù)。Proteus軟件提供多種現(xiàn)實(shí)存在的虛擬儀器儀表。此外，Proteus還提供圖形顯示功能，可以將線路

47、上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗，盡可能減少儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，Proteus軟件提供豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。提供Schematic Drawing、SPICE仿真與PCB設(shè)計(jì)功能，同時(shí)可以仿真單片機(jī)和周邊設(shè)備，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周邊設(shè)備的仿真，例如373、led、示波器等。Pr

48、oteus提供了大量的元件庫(kù)，有RAM、ROM、鍵盤、馬達(dá)、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，編譯方面支持Keil和MPLAB等編譯器。</p><p>　　3.1.1 仿真電路圖</p><p>　　仿真電路基本操作步驟：</p><p>　?。?）、打開PROTEUS 操作界面添加所需電路元件到元件列表中：</p><

49、;p>　　單擊“P”按鈕，出現(xiàn)挑選元件對(duì)話框，</p><p>　　在出現(xiàn)的對(duì)話框Keywords中輸入所用元件名稱，在對(duì)話框中單擊OK按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。</p><p>　?。?）放置元件。在元件列表中左健選取元件，在編輯窗口中單擊左健，這樣元件就被放到原理圖編輯窗口中了。</p><p>　?。?）在編輯區(qū)布線，修改元件參數(shù)。</p><

50、;p>　　點(diǎn)擊想要連接的兩個(gè)引腳，就能就能簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)布線。在特殊的位置需要布線，用戶只需在中間的角落點(diǎn)擊。自動(dòng)布線也能在元件移動(dòng)的時(shí)候操作，自動(dòng)地解決相應(yīng)的連線。節(jié)點(diǎn)自動(dòng)布置和移除。節(jié)約時(shí)間的同時(shí)，避免其他方面可能引起的錯(cuò)誤。也可以手工布點(diǎn)，但是布點(diǎn)以后需要連線。雙擊元件修改相關(guān)參數(shù)。</p><p>　?。?）進(jìn)行電路仿真，完成原理圖如圖10所示。</p><p>　　運(yùn)用PROT

51、EUS軟件仿真電路圖：</p><p><b>　　圖10仿真電路圖</b></p><p>　　注：MC1413或ULN2003都是集成了7個(gè)非門的器件，作用是輸入‘1’的時(shí)候輸出‘0’，使得共陰極的數(shù)碼管被選中。在做仿真時(shí)，可能是仿真軟件版本的問題，仿真效果均不理想，所以用74ls04（4非門）來替代。</p><p>　　整個(gè)電路顯示是采

52、用動(dòng)態(tài)掃描的方式實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　3.2 調(diào)試現(xiàn)象及結(jié)論</p><p>　　由于電路中使用共陰極數(shù)碼管,調(diào)節(jié)DIP SW-10,使其輸出相應(yīng)的值,經(jīng)過非門在數(shù)碼管上就可以看到管子動(dòng)態(tài)顯示相應(yīng)的字符。</p><p>　　經(jīng)過以上的系統(tǒng)調(diào)試,證明該電路圖正確,就是我們?cè)O(shè)計(jì)所要的電路圖。</p><p><b>　　3.3

53、 安裝總調(diào)</b></p><p>　　1、直流電壓表調(diào)試步驟。</p><p>　　(1) 插好芯片MC14433，接圖13接好全部線路。</p><p>　　(2) 將輸入端接地，接通+5V，－5V電源（先接好地線），此時(shí)顯示器將顯示“000”值，如果不是，應(yīng)檢測(cè)電源正負(fù)電壓。用示波器測(cè)量、觀察DS1～DS4 ，Q0～Q3 波形，判別故障所在。<

54、;/p><p>　　(3) 用電阻、電位器構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的輸入電壓VX 調(diào)節(jié)電路，調(diào)節(jié)電位器，4位數(shù)碼將相應(yīng)變化，然后進(jìn)入下一步精調(diào)。</p><p>　　(4) 用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表（或用數(shù)字萬用表代）測(cè)量輸入電壓，調(diào)節(jié)電位器，使VX＝1.000V，這時(shí)被調(diào)電路的電壓指示值不一定顯示“1.000”，應(yīng)調(diào)整基準(zhǔn)電壓源，使指示值與標(biāo)準(zhǔn)電壓表誤差個(gè)位數(shù)在5之內(nèi)。</p><p>

55、　　(5) 改變輸入電壓VX極性，使Vi＝－1.000V，檢查“－”是否顯示，并按(4)方法校準(zhǔn)顯示值。</p><p>　　(6) 在+1.999V～0～－1.999V量程內(nèi)再一次仔細(xì)調(diào)整（調(diào)基準(zhǔn)電源電壓）使全部量程內(nèi)的誤差均不超過個(gè)位數(shù)在5之內(nèi)。</p><p>　　至此一個(gè)測(cè)量范圍在±1.999的三位半數(shù)字直流電壓表調(diào)試成功。</p><p>　　2

56、、記錄輸入電壓為±1.999，±1.500，±1.000，±0.500，0.000時(shí)（標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表的讀數(shù)）被調(diào)數(shù)字電壓表的顯示值，列表記錄之。</p><p>　　3、如圖連接好量程選擇電路，用電壓表測(cè)試經(jīng)過衰減后的電壓的比例關(guān)系是否為100：10：1，經(jīng)過電壓跟隨器后，連接到MC14433的輸入端。撥動(dòng)量程開關(guān)到20V，輸入電壓為2~20V時(shí)，觀察輸出電壓的數(shù)值。<

57、;/p><p>　　4、按圖連接好AC-DC轉(zhuǎn)換電路，設(shè)置一個(gè)交流/直流選擇檔，如果輸入的是交流，則必須通過AC-DC轉(zhuǎn)換電路，將交流電壓的有效值轉(zhuǎn)換為直流電壓，這樣才能通過MC14433進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 </p><p>　　5、若積分電容C1、C02(0.1μF)換用普通金屬化紙介電容時(shí)，觀察測(cè)量精度的變化。</p><p>　　6、準(zhǔn)確度是測(cè)量結(jié)果中系

58、統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的綜合。它表示測(cè)量結(jié)果與真值的一致程度，也反映了測(cè)量誤差的大小，準(zhǔn)確度愈高，測(cè)量誤差愈小。測(cè)量的絕對(duì)誤差有兩種表達(dá)式：</p><p>　　△U＝±（a%Ux＋b%UM） （1）</p><p>　　△U＝±（a%Ux＋n） （2）</p><p>　　式（1）中

59、，Ux為讀數(shù)值（即顯示值），UM表示滿度值。括號(hào)中前一項(xiàng)代表A/D轉(zhuǎn)換器和功能轉(zhuǎn)換器（例如分壓器）的綜合誤差，后一項(xiàng)是數(shù)字化處理所帶來的誤差。</p><p>　　式（2）中，n是量化誤差反映在末位數(shù)字上的變化量。若把n個(gè)字的誤差折合成滿量程的百分?jǐn)?shù)，則變成式（1）?？梢娚鲜龆绞峭耆葍r(jià)的。數(shù)字電壓表的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)優(yōu)于模擬式電壓表。例如，3½位、4½位DVM的準(zhǔn)確度分別可達(dá)±0.1％、

60、±0.02％。</p><p><b>　　4.設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過5個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，實(shí)踐中碰到很多的困難，也給我們提了個(gè)醒必須要有扎實(shí)的基礎(chǔ)才能更快的找到實(shí)驗(yàn)中碰到的運(yùn)用模塊，也意識(shí)到軟件在實(shí)驗(yàn)中起到了很大的作用 ，所以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是我們顯示工作中有著舉足輕重的位置這必須引起我們足夠的重視。</p><p>

61、;　　我就碰到過有些芯片很難在網(wǎng)上找到，必須要?jiǎng)邮之嫵鰜?，其中就必須熟悉運(yùn)用軟件，要不然搞了半天還在磨蹭著，浪費(fèi)時(shí)間這是不可取的。本次的課程設(shè)計(jì)并不要求自己有太多的收獲，但至少要求自己要親歷親為的去做，不要怕丟臉不懂就要問，學(xué)習(xí)就要臉皮要厚就要有多厚才行，這是自己的一些心得吧！</p><p>　　隨著實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的深入自己也潛移默化的受到一些影響，就是怎么把整體的看待開發(fā)產(chǎn)品中要從全局出發(fā)，不能只知其一卻不知其二這

62、是失敗的。自己的設(shè)計(jì)并不奢望一定能成功，但一定要對(duì)已學(xué)的各種電子知識(shí)能有一定的運(yùn)用能力，我做設(shè)計(jì)的目的是希望能檢查下對(duì)所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用能力的好壞，有所收獲就是這次的實(shí)驗(yàn)?zāi)康陌伞?lt;/p><p>　　課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力。是對(duì)我實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察.檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)已經(jīng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位和作用。因此作為大學(xué)生來說掌握檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)的知識(shí)是十

63、分重要的。</p><p>　　在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固……通過這次課程設(shè)計(jì)之后，把以前所學(xué)過的知識(shí)也重新溫故。</p><p>　　在收獲知識(shí)的同時(shí)，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，我通過查找大量資料以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能

64、力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，我學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。</p><p><b>　　5.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 沙占友編著.新編實(shí)用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，國(guó)防工業(yè)出版社，1998.9 </p><p>　　[2] 沙占友編

65、著.數(shù)字萬用表的原理使用與維修，電子工業(yè)出版社，1988.11</p><p>　　[3] 沙占友、李學(xué)芝編著.數(shù)字萬用表電路圖集,人民郵電出版社,1996.11</p><p>　　[4] 王福瑞，單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全。北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1998。</p><p>　　[5]. 張毅坤，陳善久等，單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用。西安電子科技大學(xué)出版社，1

66、998。</p><p>　　[6] 楊威,張金棟.《電力電子技術(shù)》.重慶大學(xué)出版社,2000年 </p><p>　　[7] 傅豐林.《模擬電子線路基礎(chǔ)》.西安科技大學(xué)出版社,1999年 </p><p>　　[8] 馮民昌.《模擬集成電路系統(tǒng)》.中國(guó)鐵道出版社, 2003年 </p><p>　　[9]王增福,李昶,魏永明.《新