数字电子技术基础 课程设计(论文)
简易数字电压表
院（系）名称 专 学 学 指
生导
姓教业
班
级 号 名 师
电子信息工程学院
通信132班
起 止 时 间： 2016.1.4—2016.1.15
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：电子与信息工程学院 教研室：电子信息工程 学 号 课程设计（论文）题目 学生姓名 专业班级 通信132班 数字电压表 任务要求： 简易数字电压表是采用数字化测量设计的电压仪表。在现代检测技术中，常需用数字电压表进行现场检测。该数字电压表通过完成电压采课程设计（论文）任务集、信号转换、存储、控制等电路，实现电压测量功能，并将测量结果通过显示电路进行显示。 技术要求： 1、采用中、小规模数字集成电路实现。 2、被测电压范围：0~+2V。 3、测量精度：±0.5%（误差＜±100mV）。 4、具有过量程闪烁指示和报警功能。 5、利用Multisim（或EWB）进行电路仿真与调试。 平时成绩： 答辩成绩： 论文成绩： 作品成绩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 注：平时成绩占20%，答辩成绩占20%，论文成绩占40%，作品成绩20%。 指导教师评语及成绩
本科生课程设计（论文）
摘 要
本文介绍了一种简易数字电压表的设计。该设计主要是有五个模块组成：A/D转换模块、译码器模块、数据处理模块、驱动模块和显示模块。A/D转换主要由芯片MC14433来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。数据处理则由芯片CD4511来完成，负责把MC14433传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到数码显示模块进行显示表达，该系统的数字电压表电路简单，核心器件是一个间接型的A/D转换器，它首先将输入的模拟电压信号变换成易于准确测量的时间值，然后再这个时间宽度里计数器计时，计数器结果就是正比于输入模拟电压信号的数字量。所用元件较少，成本低，且测量精度和可靠性较高。此数字电压表可以测量0~1.999V的1路模拟直流输入电压值，并通过四位一体的7段数码管显示出来。
关键词：数字电压表；A/D转换器；显示器
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目 录
第1章 绪论 ............................................................................................................ 1
1.1 数字电压表发展概况 ................................................................................ 1 1.2本文研究内容 ............................................................................................. 1 第2章 数字电压表总体设计方案 ........................................................................ 3
2.1 数字电子钟设计方案论证 ........................................................................ 3 2.2总体设计方案框图及分析 ......................................................................... 3 第3章 数字电压表单元电路设计 ........................................................................ 4
3.1 数字电压表单元电路设计 ........................................................................ 4
3.1.1双积分A/D转换器的电路设计 ....................................................... 4 3.2 元器件型号选择 ........................................................................................ 5 3.3 数字电压表总体电路图 ............................................................................ 6 第4章 数字电压表仿真与调试 ............................................................................ 7
4.1 Multisim仿真与调试 .................................................................................. 7 4.2 仿真结果分析 ............................................................................................ 7 第5章 数字电压表实物制作 ................................................................................ 8
5.1 数字电压表电路焊接 ................................................................................ 8 5.2 数字压表电路焊接 .................................................................................... 8 5.3 数字电压表作品 ........................................................................................ 9 第6章 作品测试与数据分析 .............................................................................. 10 第7章 总结 .......................................................................................................... 11 参考文献 ................................................................................................................ 12 附 录 I ................................................................................................................... 13 附 录 II .................................................................................................................. 14
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第1章 绪论
1.1 数字电压表发展概况
数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量技术设计的电压表。数字电压表自1952年问世以来，已有50多年的发展史，大致经历了五代产品。第一代产品是20世纪50年代问世的电子管数字电压表，第二代产品属于20世纪60年代出现的晶体管数字电压表，第三代产品为20世纪70年代研制的中、小规模集成电路的DVM。近年来，国内外相继推出由大规模集成电路（LSI）或超大规模集成电路（VLSI）构成的数字电压表、智能数字电压表，分别属于第四代、第五代产品。它们不仅开创了电子测量的先河，更以其高准确度、高可靠性、高分辨力、高性价比等优良特性而受到人们的青睐。
其采用新技术、新工艺，由LSI和VLSI构成的新型数字仪表及高档智能仪器 的大量问世，标志着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先河。新型数字仪表的发展主要有四个方向：(1)广泛采用新技术，不断开发新产品 。(2)向模块化发展。新一代数字仪表正朝着标准模块化的方向发展。预计在不久的将来，许多数字仪表将由标准化、通用化、系列化的模块所构成，给电路设计和安装调试、维修带来极大方便。 (3)多重显示仪表： 为彻底解决数字仪表不便于观察连续变化量的技术难题，“数字/模拟条图”双显示仪表已成为国际流行款式，它兼有数字仪表准确度高、模拟式仪表便于观察被测量的变化过程及变化趋势的两大优点。
模拟条图大致分成三类：
液晶（LCD）条图，呈断续的条状，这种显示器的分辨力高、微功耗，体积小，低压驱动，适于电池供电的小型化仪表。等离子体（PDP）光柱显示器，其优点是自身发光，亮度高，显示清晰，观察距离远，分辨力较高，缺点是驱动电压高，耗电较大。LED光柱，它是又多只发光二极管排列而成。这种显示器的亮度高，成本低，但象素尺寸较大，功耗高，驱动电路复杂。制作简单化。
1.2本文研究内容
数字电压表（Digital VoIt Me-ter，DVM），以其功能齐全、精度高、灵敏度高、显示直观等突出优点深受用户欢迎。特别是以A／D转换器为代表的集成电路为支柱，使DVM向着多功能化、小型化、智能化方向发展。
设计参数：
（1）被测电压范围：0到+2V；
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（2）测量精度：±0.5%（误差＜±100mV）； （3）具有过量程闪烁指示；
（4）利用目录体项目进行计算机仿真。
设计要求：
1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。
2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，考虑器件的来源，敲定可行方案。 3 .设计各单元电路。将总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个进行设计。
4 .组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。
2
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第2章 数字电压表总体设计方案
2.1 数字电子钟设计方案论证
第一阶段：查阅相关资料获取信息
搜集资料了解数字电压表的功能，工作原理。 第二阶段：构建电压表模型
根据所获取的信息可知，数字电压的工作原理是将所测的模拟量电压值经过转换之后得到数字量通过驱动连接到LED数码管上显示出对应得所测的电压值。所以我在此基础上决定了用一个具有转换功能的数/摸转换器作为主要芯片，再配以相应的驱动，显示器等实现简易数字电压表的功能。
第三阶段：具体细节确认
元器件及参数的选择，设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计，最后组成系统。
2.2总体设计方案框图及分析
方案的原理框图如图2.1所示。
模拟电压量 A/D 数字电压量 计数译码显示器 数模转换电路 逻辑控制电路
图2.1简易数字电压表的原理框图
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第3章 数字电压表单元电路设计
3.1 数字电压表单元电路设计 3.1.1双积分A/D转换器的电路设计
CC14433是采用 CMOS工艺制作的一种常用的3位半双积分式A/D转换器,被广泛应用于数字电压表及低速 A/D控制系统。CC14433 主要特性是：转换精度较高(读数的±0.05％±1,3~(1/2)位十进制相当于11位二进制)；转换速率为8～10次/s,在实际使用中可以做到25次/s。输入阻抗较高(100MΩ)。片内提供时钟发生电路,使用时只需外接一只电阻即可,亦可以使用外接时钟。时钟频率范围为 40kHz～200 kHz。片内具有自动调零、自动极性转换功能。有过量程和欠量程标志信号输出,配上控制电路可以实现自动量程转换。电压量程有0-200mV和0-2V两档。线路简单，外接元件少；功耗低，价格低，作电压+-4.5V-+-8V。但是在Multisim中并没有这个芯片，所以在设计过程中未了验证方案的可行性我把其原理图画出来代替cc14433实现等效的功能。
电路设计如图3.1所示
1 Vpk 1kHz 0° J2OPAMP_3T_VIRTUALU1R1Key = Space1kΩC1J1µF1V212 V VCC5V107107107107ENTENP2196543219654321965432196543DCBAU2U3AV17400NCOMPARATOR_VIRTUAL100 Hz V35 V Key = A ~CLR~LOAD~CLR~LOAD~CLR~LOADU8QDQCQBQAU5QDQCQBQAU6QDQCQBQA~CLR~LOADENTENPENTENPENTENPDCBADCBACLKCLKCLKDCBACLKU7QDQCQBQA1112131474HC160D_6VRCO151112131474HC160D_6VRCO151112131474HC160D_6VRCO151112131474HC160D_6V15RCO
图3.1cc14433原理图
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3.1.2 译码驱动显示电路设计
VCC5V4511BP_5V4511BP_5V4511BP_5V4511BP_5V
A3A2A1A0A3A2A1A0A3A2A1A0VSS~LT~BI~LEVSS~LT~BI~LEVSS~LT~BI~LEVSSU9VDDU10VDDU11VDD~LT~BI~LEA3A2A1A0U12VDDYGYFYEYDYCYBYAYGYFYEYDYCYBYAYGYFYEYDYCYBYAGFEDCBAGFEDCBAGFEDCBAU14CKCKU15CKU16CKYGYFYEYDYCYBYAGFEDCBAU17图3.2译码驱动显示电路
3.2 元器件型号选择
元器件名称 双积分A/D转换器
译码驱动器 位选开关 电阻 电阻 滑动变阻器 共阴极LED数码管
电容
表3.1器型号选择
型号
CC14433 CC4511 CC1413 1k欧 470欧 1k欧 1uF
数量 1 4 1 28 2 2 4 2
5
VCC5VCLK219VSS~LT~BI~LE15RCOENTENP107~CLR~LOAD
1 Vpk 1kHz 0° GFEDCBAYGYFYEYDYCYBYA4511BP_5VV212 V 3.3 数字电压表总体电路图
CKV1U14VDDA3A2A1A0111213146543DCBAQDQCQBQAKey = SpaceU9CLK219J2U874LS160DU13A74LS04DVSS~CLR~LOADVCCR1GFEDCBA4511BP_5V~LT~BI~LE15RCOENTENP1071kΩ5VYGYFYEYDYCYBYAVDDA3A2A1A0111213146543DCBAQDQCQBQACKU15C1J1µF1Key = A U10OPAMP_3T_VIRTUALU1图3.3总体电路图
6
U4A74LS04DVSS~LT~BI~LEGFEDCBAU574LS160D15RCOCLK~CLR~LOADENTENP219107YGYFYEYDYCYBYA4511BP_5V100 Hz V35 V 7400NCOMPARATOR_VIRTUALCKU2U16VDDA3A2A1A011121314QDQCQBQADCBA6543U11VSS~LT~BI~LEU674LS160D15RCOCLK~CLR~LOAD219U3A74LS160DGFEDCBAYGYFYEYDYCYBYAVDDENTENPA3A2A1A011121314QDQCQBQADCBA10765434511BP_5V本科生课程设计（论文）
CKU17U12U7
U7授权，尤其要注意权限的管理。需要一种方法来决定允许特定用户进行什么样的操作等。
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考虑的就是安全性和稳定性问题了。在开发中的每个阶段，都需要考虑模块间的认证和
在实际情况中，现在的系统配置，网络带宽基本已经能够得到保证，此时我们需要
A0A1A2A3VDDYAYBYCYDYEYFYG~LE~BI~LTVSSCKU13ABCDEFG4511BP_5VU8A0A1A2A3VDDYAYBYCYDYEYFYG~LE~BI~LTVSS第4章 数字电压表仿真与调试
CKU144511BP_5VABCDEFGU9A0A1A2A3~LE~BI~LTVSSVDDYAYBYCYDYEYFYG 仿真结果能满足预期要求，因此可在此基础上进行实物制作
图4.1仿真结果
CK4511BP_5VABCDEFGU17U10A0A1A2A3VDDYAYBYCYDYEYFYG4.1 Multisim仿真与调试
4.2 仿真结果分析
~LE~BI~LTVSS仿真结果如图
4511BP_5VVCC5VCKU15ABCDEFG
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第5章 数字电压表实物制作
5.1 数字电压表电路焊接
在整体焊接电路之前先将相应的底座焊出来如图。
图5.1底座焊接图
5.2 数字压表电路焊接
整体电路焊接如图所示。
图5.2整体焊接图
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5.3 数字电压表作品
最终可焊接得到实物如图所示。
图5.3数字电压表作品图
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第6章 作品测试与数据分析
将焊好的电路板的输入端通过一个+2V电压，根据预期可得数码管显示约为1.999V。但是在焊接时由于所采用的的A/D转换器的芯片并不能满足采用CC14433而使用是ADC08090，所以将导致实验的结果存在误差。并且在A/D转换器的结果输出之后，将其输出作为数据选择器CD4512的输入，但由于数据选择器的地址端只有3个地址端，只能再经过计数器之后出来3位，也不能满足原计划三位半的要求。还有在实物焊接过程中由于虚焊，引脚之间挨的太近导致部分焊点短接等问题导致最终测试结果不能满足设计预期要求，存在在误差。
作品测试结果如图所示。
图6.1数品数据测试结果图
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第7章 总结
时间一点点的逼近了，耗时2周的课程设计即将结束，在老师的指导和自己的努力下我的课程设计也完成了。两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．
通过这次课程设计，本人在多方面都有所提高。通过这次课设，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次数字电压表设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了数字电子课程设计等课程所学的内容，掌握一些设计的方法和步骤，了解了一些芯片的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计作品的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
在此感谢我们的老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次课程设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。
同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。
本人签字：
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参考文献
[1] 电子技术基础实验 鲁宝春，王景利等编著.东北大学出版社出版 [2] 数字电子技术基础 阎石主编.东北大学出版社,2012 [3] 朱定华.《电子技术工艺基础》清华大学出版社,2007年8月 [4] 张立毅.《电子工艺教程》.北京大学出版社,2006年8月
[5] 童诗白,华成英.模拟电子技术基础. [M]北京：高等教育出版社.2006 [6] 毕满青.电子工艺实习教程.国防工业出版社
[7] 胡斌.《图表细说电子元器件》.电子工业出版社.2005年6月
[8] 戴伏生.基础电子电路设计与实践. [M]北京：国防工业出版社.2012. [9] 谭博学主编.集成电路原理与应用. [M]北京：电子工业出版社.2013.
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附 录 I
VCC5VCLK219VSS~LT~BI~LE15RCOENTENP107~CLR~LOAD1 Vpk 1kHz 0° GFEDCBAYGYFYEYDYCYBYA4511BP_5VV212 V CKV1U14VDDA3A2A1A0111213146543DCBAQDQCQBQAKey = SpaceU9CLK219J2U874LS160DU13A74LS04DVSS~CLR~LOADVCCR1GFEDCBA4511BP_5V~LT~BI~LE15RCOENTENP1071kΩ5VYGYFYEYDYCYBYAVDDA3A2A1A0111213146543DCBAQDQCQBQACK总体电路图
OPAMP_3T_VIRTUALU113 U15U10CLK219ENTENPRCO107C1J1µF1Key = A U574LS160DU4A74LS04DVSS~LT~BI~LE15YGYFYEYDYCYBYA~CLR~LOADGFEDCBA4511BP_5V100 Hz V35 V 7400NCOMPARATOR_VIRTUALCKU2U16VDDA3A2A1A011121314QDQCQBQADCBA6543U11VSS~LT~BI~LEU674LS160D15RCOCLK~CLR~LOAD219U3A74LS160DGFEDCBAYGYFYEYDYCYBYAENTENP1074511BP_5V本科生课程设计（论文）
CKU17VDDA3A2A1A011121314QDQCQBQADCBA6543U12U7
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附 录 II
元器件清单
元器件名称 Cc14433 Cc1413 电阻470欧 共阴极LED数码管 参数 1 1 2 4 元器件名称 Cc4511 电阻1k欧 滑动变阻器1k欧 电容1uF 参数 1 28 2 2 14
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