MC14433+CD4511實(shí)現(xiàn)的數(shù)字電壓表課程設(shè)計(jì)

1. 學(xué)習(xí)基本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用的初步經(jīng)驗(yàn)，掌握數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法、設(shè)計(jì)步驟，進(jìn)一步熟悉和掌握常用數(shù)字電路元器件的應(yīng)用。

2. 學(xué)習(xí)和練習(xí)在面包板上接線的方法、技術(shù)和注意事項(xiàng)。

3. 學(xué)習(xí)數(shù)字電路實(shí)物制作、調(diào)試、測(cè)試、故障查找和排除的方法、技巧。

4. 培養(yǎng)細(xì)致、認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)的習(xí)慣。

5. 培養(yǎng)實(shí)踐技能，提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

1. 說(shuō)明電路的工作原理；

2. 主要單元電路和元器件參數(shù)計(jì)算、選擇、使用方法及功能；

3. 畫出總體電路圖；

4.上交完整的實(shí)習(xí)報(bào)告；

1. 基準(zhǔn)電源：提供A/D轉(zhuǎn)換參考電壓，基準(zhǔn)電壓的精度和穩(wěn)定性是影響轉(zhuǎn)換精度的主要因素。

2. A/D電路：A/D轉(zhuǎn)換器是數(shù)字電壓表的核心部件，由它完成模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的任務(wù)。

3. 譯碼驅(qū)動(dòng)電路：將二--十進(jìn)制（BCD）碼轉(zhuǎn)換成七段供LED發(fā)光管顯示信號(hào)。

4. 顯示電路：將譯碼器輸出的七段信號(hào)進(jìn)行數(shù)字顯示，即A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。

5. 積分RC元件：通過(guò)對(duì)RC元件的選取，控制測(cè)量量程。

6. 字位驅(qū)動(dòng)電路：根據(jù)A/D器上DS4～DS1端的位選信號(hào)，控制顯示部分個(gè)、十、百、千位哪一位上進(jìn)行顯示。

通過(guò)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)，然后進(jìn)行處理。為了達(dá)到這一目的，本設(shè)計(jì)選用了具有自動(dòng)調(diào)零，自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換等功能，可測(cè)量正或負(fù)的電壓值，使用調(diào)試簡(jiǎn)單，能與微處理機(jī)或其他數(shù)字系統(tǒng)兼容的三位半A/D轉(zhuǎn)換器MC14433芯片。

圖4-1-1(a) 14433引腳排列

               圖4-1-1（b）MC14433原理框圖

    EOC（14腳）：轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標(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。

本課程設(shè)計(jì)中采用的是MC14433芯片（如圖4-1-1（a）），它是將構(gòu)成數(shù)字和模擬電路的約7700多個(gè)MOS晶體管集成在一個(gè)硅芯片上，芯片有24只引腳，采用雙列直插式。被測(cè)直流電壓V1經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后以動(dòng)態(tài)掃描形式輸出，數(shù)字量輸出端Q0、Q1、Q2、Q3上的數(shù)字信號(hào)（8421）碼按照時(shí)間先后順序輸出。位選信號(hào)DS1、DS2、DS3、DS4通過(guò)位選開關(guān)分別控制著千位、百位、十位和個(gè)位上的四只LED數(shù)碼管的公共陰極。

MC14433 A/D 電路的三位半被測(cè)數(shù)字信號(hào)都從Q0～Q3輸出，數(shù)據(jù)為BCD碼，而輸出的數(shù)據(jù)究竟是屬于哪一位則由DS1～DS4輸出，因而適合于動(dòng)態(tài)掃描顯示，即以Q0～Q3作字形代碼，以DS1～DS4作字位代碼。

MC14433在每次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，在芯片的EOC端輸出一個(gè)正脈沖，并在DS1～DS4端輸出字位信號(hào)。首先在DS1端輸出字位正脈沖，而此時(shí)數(shù)據(jù)端Q0～Q3輸出最高位（半位）數(shù)據(jù)，使最高位的0或1在數(shù)字表的最高位顯示。同時(shí)輸出過(guò)量程、欠量程和極性標(biāo)志信號(hào)。即Q3為0時(shí)最高位顯示1，Q3為1時(shí)最高位顯示0；Q2為1時(shí)表示被測(cè)電壓為正，反之為負(fù)。過(guò)量程標(biāo)志由端輸出，為低電平表示被測(cè)電壓超出目前的量程范圍，即|VX|>VREF,而為1時(shí)，|VX|<VREF.

在DS1輸出字位正脈沖后，一次使DS2、DS3和DS4輸出正脈沖，而Q0～Q3輸出相應(yīng)位的BCD碼數(shù)據(jù)。

MC14433內(nèi)部具有時(shí)鐘震蕩電路，改變外接R2的大小可改變時(shí)鐘頻率，如R2取360KΩ,f=100kHz；R2為470KΩ時(shí)，f=66kHz。每個(gè)A/D轉(zhuǎn)換周期需16×103個(gè)時(shí)鐘脈沖。時(shí)鐘頻率66kHz時(shí)，每秒鐘作4次A/D變換。

電路積分元件的選取依應(yīng)用條件而定，量程為2V時(shí)，R1取470KΩ；量程為200mV時(shí)，R1取27KΩ。當(dāng)時(shí)鐘頻率為66kHz時(shí)，一般取C1為0.1μF。按下面的公式進(jìn)行計(jì)算

R1=TVI(MAX)／△VCC1

其中，△VC=VDD-VI(MAX)-0.5V

      T=4000／f CLK

比如，當(dāng)C1取0.1μF，VDD為5V，f CLK為66kHz，VI(MAX)為2V時(shí)，算得R1為480KΩ，取R1為標(biāo)準(zhǔn)值470KΩ，C0為0.1μF。

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。本設(shè)計(jì)中采用MC1403(如圖4-2)集成精密穩(wěn)壓源作為參考電壓，MC1403的輸出電壓為2.5V，當(dāng)輸入電壓在4.5～15V范圍變化時(shí)，輸出電壓的變化不超過(guò)3mV，一般只有0.6mV左右，輸出最大電流為10mA。

本設(shè)計(jì)采用七路達(dá)林頓晶體管列陣MC1413（如圖4-3）來(lái)進(jìn)行數(shù)碼顯示。MC1413采用NPN達(dá)林頓復(fù)合晶體管的結(jié)構(gòu)，因此有很高的電流增益和很高的輸入阻抗，可直接接受MOS或CMOS集成電路的輸出信號(hào)，并把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成足夠大的電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載。該電路內(nèi)含有7個(gè)集電極開路反相器（也稱OC門）。每一個(gè)驅(qū)動(dòng)器輸出端均接有一釋放電感負(fù)載能量的抑制二極管。數(shù)字信號(hào)經(jīng)七段譯碼器MC4511譯碼后，驅(qū)動(dòng)四只LED數(shù)碼管的各段陽(yáng)極，這樣就把A/D轉(zhuǎn)換器按照是將順序輸出的數(shù)據(jù)以掃描形式在四只數(shù)碼管上一次顯示出來(lái)，由于選通重復(fù)頻率較高，工作時(shí)從高位到低位以每秒約300μS的速率循環(huán)顯示。即一個(gè)4位數(shù)的顯示周期是1.2mS，所以人的肉眼就能清晰地看到四位數(shù)碼管同時(shí)顯示三位半十進(jìn)制數(shù)字量。

在A/D轉(zhuǎn)換器與數(shù)碼顯示部分還應(yīng)有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示和BCD碼所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。本設(shè)計(jì)選用了驅(qū)動(dòng)性較強(qiáng)的BCD-七段譯碼驅(qū)動(dòng)器CC4511芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能。

圖4-4-1 CD4511引腳

—  測(cè)試輸入端，＝“0”時(shí)，譯碼輸出全為“1”。

              —  消隱輸入端，＝“0”時(shí)，譯碼輸出全為“0”。

LE —  鎖定端，LE＝“1”時(shí)譯碼器處于鎖定（保持）狀態(tài)，譯碼輸出保持在LE＝0時(shí)的數(shù)值，LE＝0為正常譯碼。

本設(shè)計(jì)采用CD4511BCD-7段譯碼驅(qū)動(dòng)器（如圖4-4-1），有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，，每筆段最大的輸出電流可達(dá)25mA。DCBA為BCD碼輸入端，輸入不同的BCD碼時(shí)，經(jīng)內(nèi)部譯碼，相位的筆段輸出為高電平，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示與BCD碼所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)數(shù)字。例如DCBA=0011，則筆段a、b、c、d、g輸出為高電平，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示數(shù)字“3”。若果DCBA≥1010，所有筆段輸出為“0”電平，數(shù)碼管不顯示，為熄滅狀態(tài)。

另外3個(gè)輸入端是：,燈測(cè)試，=0時(shí)不論DCBA為何值，顯示為“8”，用于測(cè)試數(shù)碼管好壞；，消隱輸入，=0，數(shù)碼管不顯示，為熄滅狀態(tài)；LE，鎖存輸入，LE=1，鎖存上升沿時(shí)刻的狀態(tài)。

圖4-5即為數(shù)字電壓表完整的設(shè)計(jì)電路圖。

1. 將4只數(shù)碼管插入40P集成電路插座上，將4個(gè)數(shù)碼管同名筆劃段與顯示譯碼的相應(yīng)輸出端連在一起，其中最高位只要將b、c、g三筆劃段接入電路。

2. 插好芯片MC4511和MC1413，并將輸入端A、B、C、D接至撥碼開關(guān)對(duì)應(yīng)的A、B、C、D四個(gè)插口處；將MC1413的1、2、3、4腳接至邏輯開關(guān)輸出插口上。

3. 將MC1413的2腳置1，1、3、4腳置0，接通電源，撥動(dòng)碼盤自0～9變化，檢查數(shù)碼管是否按碼盤的指示值變化。

4. 分別將MC1413的1、3、4腳單獨(dú)置1，重復(fù)（3）的內(nèi)容。

插上MC1403基準(zhǔn)電源，用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表檢查輸出是否為2.5V，然后調(diào)整10K電位器，使其輸出電壓為2.00V。

1. 插好芯片，結(jié)好電路。

2. 將輸入端接地，接通+5V，-5V電源（先結(jié)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。

3. 用電阻、電位器構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的輸入電壓調(diào)節(jié)電路，調(diào)節(jié)電位器，4位數(shù)碼管將相應(yīng)變化，然后進(jìn)入下一步精調(diào)。

4. 用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表測(cè)量輸入電壓，調(diào)節(jié)電位器，使輸入電壓為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8之內(nèi)。

5. 改變輸入電壓極性，時(shí)其為負(fù)值，檢查“-”是否顯示，并按（4）方法校準(zhǔn)顯示值。

6. 在+1.999V～0～-1.999V量程內(nèi)再一次仔細(xì)調(diào)整使全部量程內(nèi)的誤差均不超過(guò)個(gè)位數(shù)在8之內(nèi)。

1.用上述方法將電路調(diào)試好

2.在A/D轉(zhuǎn)換器的VX端輸入被測(cè)電壓，并用標(biāo)準(zhǔn)電壓表監(jiān)視輸入信號(hào)，讀出相應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)。

線性誤差的計(jì)算：

W=|V測(cè)-V實(shí)|／V實(shí)×100%

W1=|1.503-1.500|／1.500×100%=0.2%

W2=|0.500-0.502|／1.500×100%=0.133%

W3=|1.200-1.203|／1.500×100%=0.2%

W=(W1+W2+W3) ／3=0.178%

由于基準(zhǔn)電壓本身也有一定的誤差，但是又因其能提供較準(zhǔn)的2V電壓所以電壓表的誤差較小。還有其它原因，譬如電容的選擇，電阻的選擇都能影響到其性能。

首先感謝學(xué)校能為我們提供這樣一個(gè)鍛煉自己實(shí)踐設(shè)計(jì)與操作能力的機(jī)會(huì)，讓我們從中受益匪淺，受益終生。

電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是一次實(shí)踐性的學(xué)習(xí)，是對(duì)我們電子技術(shù)的綜合性訓(xùn)練，通過(guò)進(jìn)行對(duì)數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，我對(duì)數(shù)字電子又有了更進(jìn)一步的了解，通過(guò)指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，也解決了一些實(shí)踐操作過(guò)程中遇到的困難。通過(guò)查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料，培養(yǎng)了自己獨(dú)立分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

此次我們?cè)O(shè)計(jì)的數(shù)字電壓表是一個(gè)相當(dāng)有實(shí)用價(jià)值的。其中也涉及到了很多芯片和電子器件，數(shù)模（A/D）轉(zhuǎn)換器MC14433，本次設(shè)計(jì)中的一個(gè)中心芯片，也是數(shù)字電壓表的核心部件，被測(cè)電壓正是通過(guò)此芯片然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),然后在加上譯碼驅(qū)動(dòng)才得以在顯示電路顯示。芯片的正確選擇直接影響到設(shè)計(jì)的精確度，譬如此次我們選擇基準(zhǔn)電壓源MC1403，由于A/D芯片的基準(zhǔn)電壓為2.5V，而當(dāng)MC1403的輸入電壓從4.5V到15V變換時(shí)，輸出電壓在2.475V到2.525V之間變換，所以可以為A/D芯片提供精準(zhǔn)電壓，從而大大降低了誤差。

總的來(lái)說(shuō)，此次數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)還是比較成功的，收獲也比較多，通過(guò)這次數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)鍛煉了動(dòng)手能力，面對(duì)各種突發(fā)問(wèn)題的應(yīng)對(duì)能力，自己解決困難的能力，總之自己各方面能力都有所提高，是一筆不小的財(cái)富。

單片機(jī)數(shù)字電壓表課程設(shè)計(jì).doc (428.5 KB, 下載次數(shù): 107)

2018-5-9 08:30 上傳

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