《数字万用表课程设计》课程报告(可打印修改).pdf

天津电子信息职业技术学院数字万用表课程设计课程报告论文题目：三位半数字万用表姓名：陈星宇（02）系别：网络技术系专业：物联网应用技术班级：物联 S11-1指导教师：王青目录目录一课程设计的目的.1二设计题目和要求.1三总体方案.2四方案比较.3五基本原理.4六单元电路设计.56.2 AC/DC 转换电路.86.3 电压、电流信号衰减电路.86.4 电阻测量电路.96.5 电容测量.11八所用元器件.13九设计心得和体会.13十一实验测得波形图.15参考文献.170 三位半数字万用表三位半数字万用表一课程设计的目的一课程设计的目的 课程设计的主要目的，是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、完成的工作内容和具体的设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往的学习模电、数电内容，达到灵活应用的目的。在设计完成后，还要将设计的电路进行安装、调试以加强学生的动手能力。在此过程中培养从事设计工作的整体观念。课程设计应强调以能力培养为主，在独立完成设计任务同时注意多方面能力的培养与提高，主要包括以下方面：1、独立工作能力和创造力。2、综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力。3、查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力。4、熟悉常用电子仪器操作使用和测试方法。5、工程绘图能力。6、写技术报告和编制技术资料的能力。二设计题目和要求二设计题目和要求 题目：设计 3 1/2 数字万用表 具体要求：（一）根据题目，利用所学知识，通过上网或到图书馆查阅资料，设计 2-3 个实现数字万用表的方案；只要求写出实现工作原理，画出电原理功能 框图，描述其功能。说明：采用原理、方案、方法不限，可以自行设计。（二）其中对将要实验方案 3 1/2 位数字万用表方案，须采用中小规模 集成电路、MC14433A/D 转换器等电路进行设计，写出已确定方案详细工 作原理，计算出参数。（三）技术指标：1、测量直流电压 1999-0001V；199.9-0.1V；19.99-0.01V；1.999-0.001V；测量交流电压 1999-199V。2、交、直流电流；3、电阻、电容；4、三位半数字显示。1三总体方案三总体方案方案一：由 MC14433A/D 转换器构成的 3 1/2 位数字万用表原理：该系统中将待测直流电压 Vx 加到 MC14433 芯片的 3 脚，经 MC14433完成 A/D 转换后，通过 CD4511 七段锁存/译码/驱动器送到 LED 显示，LED 位选是由 MC14433 的 DS4-DS1 经 MC1413 反向后提供，MC1403 为 MC144433 提供基准电压。测交流时则需经 AC-DC 转换。原理框图：参考电压源量 程转 换AC-DC 转换A/D 转换器CD4511 译码器4 位数码管交流电？是否 方案二：由 ICL7106 构成的 3 1/2 为数字万用表 原理：该系统采用 ICL7106、四个共阴极 LED 数码管，ICL7106 内部包括模拟电路（即双积分 A/D 转换器）、数字电路两大部分。输入电压经量程转换进入 ICL7106 进行 A/D 转换，直接在数码器上显示。ICL7106 只有液晶笔段及背电极驱动，没有小数点驱动端。为显示小数点，需另加外围电路。原理框图：2LED显示器ICL7106振荡电路基准电压分压电路+输入_ 方案三：由 ICL7136 构成的 3 1/2 为数字万用表 其原理、原理框图与 ICL7106 大致相同。有以下改进：1、在模拟电路的输出端增加了过零检测器和极性触发器；2、在缓冲器和积分器之间增加了一个自动调零模拟开关 SAZ。四方案比较四方案比较 由上表可知，项目MC14433ICL7106转换速率310 次/s0.115 次/s输入阻抗1000M10000M2000V（200mV 量程）1000V（100mV 量程）基准电压2000V（2V 量程）1000V（1V 量程）封装形式DIP-24DIP-40电源电压双电源供电，电源电压范围是+4.5V+8V。一般取典型值+5V单电源供电，电源电压范围是 715V，典型值为 9V显示器共阴极 LED 显示器LCD 显示器显示方式动态扫描方式，驱动线少静态显示，驱动线多显示特点亮度高，亮暗对比度大，显示清晰，色彩绚丽，寿命长，功耗高亮度低，亮暗对比度小，寿命短，微功耗输出功能具有 BCD 码输出，可配计算机进行数据处理，自动控制自动打印结果无 BCD 码输出，不能配计算机或打印机外围电路需配基准电 b 源，短译码驱动器和位驱动器，电路较复杂外围电路简单，只需 5 个电阻和 5 个电容3（1）MC14433 与 ICL7106 比较前者具有转换速率高、输入阻抗低、电压范围大等优点，MC14433 转换准确度比较高，相当于二进制 11 位的 A/D 转换器，还具有价格低廉、抗干扰性强之优点。（2）3 位半双积分式 A/D 转换器 MC14433 可以满足设计要求，适合实验室应用，其功能也较全面。ICL7106 采用大规模集成电路芯片，价格昂贵实验室不易提供且不符合设计中用小规模集成芯片的要求。（3）同 ICL7106 相比 ICL7136 有以下特点：微功耗、输入电流为 1pA、低噪声、能消除超量程时的滞后效应、测量速度低。但总体性能仍不如MC14433。故进行实验时用 MC14433 器件来构成 3 1/2 位数字万用表。五基本原理五基本原理该系统可采用 MC14433 3 位半 A/D 转换器，MC1413 七路达林顿驱动阵列，CD4511BCD 到七段锁存-译码-驱动器，基准电压 MC1403 和共阴极 LED 发光数码管组成。（1）各部分功能如下：1、3 1/2A/D 转换器：将输入的模拟信号转换成数字信号2、基准电源：提供精密电压，供 A/D 转换器作参考电压3、译码器：将 BCD 码转换成七段信号4、驱动器：驱动显示器的 a,b,c,d,e,f,g 七个发光段，推动发光数码管进行显示5、显示器：将译码器输出的七段信号进行数字显示，读出 A/D 转换结果（2）工作过程如下：3 1/2 数字万用表通过位选信号DS1DS4 进行动态扫描显示，其中 MC14433 用来实现 A/D 转换、计数和控制逻辑等主要功能。由于MC14433 电路的 A/D 转换结果是采用BCD 码多路调制方法输出，只要配上一块译码器，就可以将转换结果一数字方式实现四位数字的LED 发光数码管动态扫描。DS1DS4 为输出多路调制选通脉冲信号，DS 选通脉冲为高电平则表示对应数位被选通，此时，该位数据在Q0Q3端输出。DS 和 EOC 时序关系是在EOC 脉冲结束之后，紧接着是DS1 输出正脉冲，以下依次是DS2、DS3、DS4，其中 DS1 对应高位（MSD）DS4 对应低位（LSD）。对应位选通期间，Q0Q3输出以 BCD码形式数据，DS1 选通期间 Q0Q3输出千位的半位数0 或 1 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 代表千位数的数字。若其值为 1，则代表千位数的数字显示为 0；反之，若其值为 0，千位数的数字显示为 1。Q2 表示被测电压的极性，Q2 的电平为 1，表示极性为正，即 Vx0，Q2 的电平为 0，表示极性为负，即 Vx1999，则溢出；|Vx|Vr，则/OR 输出低电平。当/OR=1 时，表示|Vx|Vr。正常时/OR 输出高电平，表示被测量在量程内。六单元电路设计六单元电路设计 6.1 器件介绍器件介绍 （一）MC14433 芯片引脚及其功能.(1)MC14433 的内部框图如图所示，主要包括模拟电路（A/D 转换器）、数字电路两大部分。（2）MC14433 采用 24 脚双列直插式封装（DIP40）管脚排列如下图所示:一多路选择开关锁存器个十百千极性判别溢出逻辑控制模拟电路时钟1-40-31014433结构及引脚图模拟地 .VAG 1基准电压 VREF 2输入 V13R1 4R1/C1 5C1 6C01 7C02 8DU 9 CLK1 10CLK2 11VEE 12MC1443324 VDD 正电源23 Q322 Q2 21 Q120 Q019 千位选通18 百为选通17 十位选通16 个位选通15 OR超量程14 EOC A/D 转换结束标志13 VSS 地一多路选择开关锁存器个十百千极性判别溢出逻辑控制模拟电路时钟1-40-31014433结构及引脚图U+积分元件自动调零电容实时输出控制端时钟脉冲输入端时钟脉冲输出端负电源BCD 码输出5MC14433 引脚排列图各引脚功能如下:UDD正电源端，一般接+5V。UAG输入信号的公共端，简称模拟地。USS输入信号 Q0-Q3、DS1-DS4,OR、ECO(不包括 CLO)的公共地；此端接 UAG时输出电压变化范围是 UAG-UDD，接 UEE端时是 UEE-UDD。UEE负电源端，通常接-5V；UEE主要作为内部模拟电路的负电源，其负载电流约为 0.8mA。UI模拟电压输入端，输入电压为 UIN。UREF外接基准电压端。R1、R1/C1、C1外接积分元件端。C01、C02外接自动调零电容。DU实时输出控制端，亦称数据更新端。若在双积分第 5 阶段开始之前从 DU 端输入一个正脉冲，则本次 A/D 转换结果就依次通过锁存器和多路选择开关输出。否则，输出端仍保持锁存中原有数据不变。使用中若将 DU 端与 EOC 端相连，则每次 A/D 的转换结果都被输出；将 DU 端接 USS时即可实现读数保持。CLK1、CLK2分别为时钟脉冲输入、输出端，二者之间接上振荡电阻 RC即可产生时钟信号。EOCA/D 转换结束标志输出端，每个 A/D 转换周期结束时此端输出一个正脉冲。OR量程信号输出端，超量程时 OR=0（负逻辑）。DS1-DS4多路调制位选通信号输出端，其中 DS1为千位，DS4为个位。Q0-Q3BCD 码输出端。（二）CD4511 引脚图及其功能 CD4511 引脚排列图其功能介绍如下：1）VDD,VSS 为正负电源端,电源电压范围为 318V 通常取 5V62）A,B,C,D:BCD 码输入端，A 为最低位。3）a、b、c、d、e、f、g:七段译码输出（高电平有效）可驱动共阴极 LED数码管。4）LT 为灯测试端，只要 LT=0 无论其它输入端状态如何 LED 显示为 8，各笔段都被点亮，由此检测数码管是否故障，正常工作时应为高电平。5）BI 为消隐功能端只要 BI=0 且 LT=1，LED 灭灯达到消隐目的，正常工作应置 BI 端为高电平。另外 CD4511 有拒绝伪码的特点，输入数据超过十进制数9（1001）时显示字形也自行消隐。6）LE 锁存信号：当 LE=1 且 BI=LT=1 时，则锁存输出信号 LED 保持前一时刻.（三）MC1403 的引脚及其功能 IN 1 8 VOUT 2 7 7GND 3 6 N.C.4 5 MC1403 引脚图 MC1403 的输出电压温度系数为 0，即输入电压与温度无关。该电路的特点：（1）温度系数小；（2）噪声小；（3）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，输出电压值变化量 V0 tpL=0.033ms，IC8 仍能集电极开路工作。其波形如图所示V6.67V3V30.033msIC7IC8IC93V 下面来计算 IC8 第 3 脚输出电压 V3的平均值。当1 挡，Cx=2000pF 时，其输出电压最大。V平均=tpo/(tpH+tpL)V3m0.66V3m，其中 V3m 是 IC8 第 3 脚输出电压 V3幅值。设数字表输出最大电压 Vx=2V，其方波幅度 V3m=V平均/0.66=V0/0.66=Vx/0.66=2V/0.663V，其中，V3m=V0=Vx=2V。保持这一档量程不变，下面来验证一下显示的指示值正确与否。例：当1 挡，Cx=200pF 时，V平均 3=0.2V。此时每个字母代表 1pF。1 挡最小可测到 tpo=0.33ms=11000000Cx。由上述计算可知，Vx=2V 时，IC8 的第 3 脚方波幅度应为 3V，当 555 定时器供电为 5V 时，其 3 脚电压幅度近似为 4V，为此必须加衰减器将电压由 4V 降至3V。七组装、调试内容七组装、调试内容 总电路组装与调试：（1)接通正负电源电压，+5V、-5V；调节电位器，使基准电压为 2V。电容测量部分波形图12（2）将 4 只数码管插入板上，插好芯片 CD4511、MC14433，用 5 个三极管搭成 MC1413，按电路全图接好全部线路。（3）接通电源，检查译码显示是否正常。（4）将输入端接地，接通+5V，5V 电源（先接好地线），此时显示器将显示“000”值，如果不是，应检测电源正负电压。用示波器测量、观察DS1DS4，Q0Q3 波形，判别故障所在。（5）用电阻、电位器构成一个简单的输入电压 VX 调节电路，调节电位器，4 位数码将相应变化，然后进入下一步精调。（6）用数字万用表代测量输入电压，调节电位器，使 VX1.000V，这时被调电路的电压指示值不一定显示“1.000”，应调整基准电压源，使指示值与标准电压表误差个位数在 5 之内。（7)改变输入电压 VX 极性，使 Vi1.000V，检查“”是否显示，并校准显示值。（8)在+1.999V01.999V 量程内再一次仔细调整（调基准电源电压）使全部量程内的误差均不超过个位数在 5 之内。至此调试成功。八所用元器件八所用元器件 主要芯片组件名称型号个数A/D 转换器MC144331BCD 七段锁存/译码/驱动器CD45111达林顿反向驱动器MC14131能隙基准电源MC14031七段共阴极 LED 数码管-4二极管IN40014运算放大器LM3242单刀四掷开关-5可变电位器-4电阻阻值（）19901002009001K10M2K3.3K9K个数111101281112阻值（）6.2K10K20K39K90K100K470K900K1M9M10M个数15212212311电容容值0.01uF470uF100nF10F13九设计心得和体会九设计心得和体会 这次实习是到大学来后的第一次真正的动手锻炼，虽说以前做过一些实验，但对其主要思想还是不太懂，主要是根据电路图直接搭接。这次和以前就大不一样。第一节课是老师说做万用表，当时脑子里是一点想法都没有，大概该怎么弄呢？也没有思路，唯一知道的就是下来了查资料吧，下课后先去的图书馆，但不让借书就在里面找书看了看，大概有了些了解，后来去网吧查资料但却查不到，主要是不知道从哪个网站查，怎么查，看来这做设计的第一步查资料也要有经验啊！只有差得多了才能查得快找得多而全。找到资料后来是了解原理图，好多都与以前学的电路、模电、数电有关联，也发现了自己的好多不足，对以前的知识掌握的不是太充足，通过这次实习我知道了自己现在开的课是多么有用，以后一定要好好掌握。当然也在后来搭接电路时也出现了很大问题，以至最后没能完美结束，主要原因是没有按实验步骤来，没有把电路板和接线测试好就开始搭接电路，最后因元件问题没能做好，通过这次搭接我懂得无论做任何事情一定要先把准备工作做好，正是要车马未动粮草先行啊！通过这次实习我受益颇多，以后要抓住每次机会多多锻炼自己。问题：Q1 和 Q2 的关系？个数313214Q4 Q3 Q2 Q10 0 0 10 0 1 00 0 1 1这是一个二进制码，当 Q1 为 2 时进一位给 Q2.十、总电路图十、总电路图 十一实验测得波形图十一实验测得波形图DS 断和 Q 端的波形分别如下图所示：15图一 16 图二17参考文献参考文献1、康华光、电子技术基础模拟部分 第五版 高等教育出版社 2、阎石 电子技术基础数字部分 第五版 高等教育出版社 3、沙占友 新型数字电压表原理与应用 第一版 机械工业出版社4、高吉祥、易凡电子技术基础实验与课程设计第二版 电子工业出版社 5、沙占友 新型数字多用表实用大全 电子工业出版社6、杨刚、周群 电子系统设计与实验 电子工业出版社7、林德杰 电气测试技术 第三版 机械工业出版社