電子線路數(shù)字電壓表設(shè)計

1、電子線路CAD論文 數(shù)字電壓表目 錄摘 要1第一章 緒論21.1 芯片的介紹3第二章 應(yīng)用電路原理圖設(shè)計52.1芯片原理圖元件52.2電路設(shè)計52.3 本章小結(jié)8第三章 數(shù)字電壓表應(yīng)用電路PCB板設(shè)計83.1 芯片原件封裝93.2 整體電路PCB板設(shè)計103.3 本章小結(jié)11第四章 設(shè)計總結(jié)11參考文獻12 摘 要隨著電子科學(xué)技術(shù)、傳感技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，電子測量成為廣大電子工作者必須掌握的手段，對測量的精度和功能的要求也越來越高，單片機技術(shù)作為計算機技術(shù)的一個分支廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器，甚至電子玩具等各個領(lǐng)域。本文介紹一種以MC14433芯片為核心的數(shù)

2、字電壓測量電路,該電路采用高精度、雙積分A/D轉(zhuǎn)換電路，測量范圍直流1.999V和199.9mV伏，使用液晶模塊顯示。該電路設(shè)計新穎、功能強大、可擴展性強。關(guān)鍵詞：電壓測量數(shù)字電壓數(shù)碼管 第一章 緒論 數(shù)字電壓表（DigitalVoltmeter）簡稱DVM，作為智能儀表的一種，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加 以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求，采用單片機的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與PC進行實時通信。目前，由各種單片A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子

3、及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，示出強大的生命力。1.1 芯片的介紹MC14433是美國Motorola公司推出的單片3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，其中集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下：1.精度：讀數(shù)的0.05%1字2.模擬電壓輸入量程：1.999V和199.9mV兩檔3.轉(zhuǎn)換速率：2-25次/s4.輸入阻抗：大于1000M5.輸入阻抗：大于1000M6.功耗：8mW（5V電

4、源電壓時，典型值）7.功耗：8mW（5V電源電壓時，典型值）MC14433的引腳說明： 1. Pin1(VAG)模擬地，為高科技阻輸入端，被測電壓和基準電壓的接入地。2. Pin2(VR)基準電壓，此引腳為外接基準電壓的輸入端。MC14433只要一個正基準電壓即可測量正、負極性的電壓。此外，VR端只要加上一個大于5個時鐘周期的負脈沖(VR)，就能夠復(fù)為至轉(zhuǎn)換周期的起始點。3. Pin3(Vx)被測電壓的輸入端，MC14433屬于雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，因而被測電壓與基準電壓有以下關(guān)系：因此，滿量程的Vx=VR。當(dāng)滿量程選為1.999V，VR可取2.000V，而當(dāng)滿量程為199.9mV時，VR取2

5、00.0mV，在實際的應(yīng)用電路中，根據(jù)需要，VR值可在200mV2.000V之間選取。4. Pin4-Pin6(R1/C1，C1)外接積分元件端。次三個引腳外接積分電阻和電容，積分電容一般選0.1uF聚脂薄膜電容，如果需每秒轉(zhuǎn)換4次，時鐘頻率選為66kHz，在2.000V滿量程時，電阻R1約為470k，而滿量程為200mV時，R1取27k。5. Pin7、Pin8(C01、C02)外接失調(diào)補償電容端，電容一般也選0.1uF聚脂薄膜電容即可。6. Pin9(DU)更新顯示控制端，此引腳用來控制轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出。如果在積分器反向積分周期之前，DU端輸入一個正跳變脈沖，該轉(zhuǎn)換周期所得到的結(jié)果將被送入輸

6、出鎖存器，經(jīng)多路開關(guān)選擇后輸出。否則繼續(xù)輸出上一個轉(zhuǎn)換周期所測量的數(shù)據(jù)。這個作用可用于保存測量數(shù)據(jù)，若不需要保存數(shù)據(jù)而是直接輸出測量數(shù)據(jù)，將DU端與EOC引腳直接短接即可。7. Pin10、Pin11(CLK1、CLK0)時鐘外接元件端，MC14433內(nèi)置了時鐘振蕩電路，對時鐘頻率要求不高的場合，可選擇一個電阻即可設(shè)定時鐘頻率，時鐘頻率為66kHz時，外接電阻取300k即可。若需要較高的時鐘頻率穩(wěn)定度，則需采用外接石英晶體或LC電路，參考附圖。8. Pin12(VEE負電源端。VEE是整個電路的電壓最低點，此引腳的電流約為0.8mA，驅(qū)動電流并不流經(jīng)此引腳，故對提供此負電壓的電源供給電流要求不

7、高。9. Pin13(Vss)數(shù)字電路的負電源引腳。Vss工作電壓范圍為VDD-5VVssVEE。除CLK0外，所有輸出端均以Vss為低電平基準。10. Pin14(EOC)轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標(biāo)志位。每個轉(zhuǎn)換周期結(jié)束時，EOC將輸出一個正脈沖信號。11. Pin15（OR非）過量程標(biāo)志位 ，當(dāng)|Vx|VREF時， 輸出為低電平。12. Pin16、17、18、19(DS4、DS3、DS2、DS1)多路選通脈沖輸出端。DS1、DS2、DS3和DS4分別對應(yīng)千位、百位、十位、個位選通信號。當(dāng)某一位DS信號有效（高電平）時，所對應(yīng)的數(shù)據(jù)從Q0、Q1、Q2和Q3輸出，兩個選通脈沖之間的間隔為2個時鐘周期，以

8、保證數(shù)據(jù)有充分的穩(wěn)定時間。13. Pin20、21、22、23(Q0、Q1、Q2、Q3)BCD碼數(shù)據(jù)輸出端。該A/D轉(zhuǎn)換器以BCD碼的方式輸出，通過多路開關(guān)分時選通輸出個位、十位、百位和千位的BCD數(shù)據(jù)。同時在DS1期間輸出的千位BCD碼還包含過量程、欠量程和極性標(biāo)志信息，這些信息所代表的意義見下表。13. Pin24(VDD)正電源電壓端。MC14433最主要的用途是數(shù)字電壓表，數(shù)字溫度計等各類數(shù)字化儀表及計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換接口。 第二章 應(yīng)用電路原理圖設(shè)計2.1芯片原理圖元件 原理圖元件包括MC14433芯片、MC1413晶體管驅(qū)動器、MC4511譯碼器、電阻、電容等。2.2電

9、路設(shè)計 2.2.1功能模塊設(shè)計 功能模塊分為3個，分別是芯片控制模塊、穩(wěn)壓模塊以及數(shù)碼管顯示模塊。 MC1403穩(wěn)壓模塊如圖2-1所示。穩(wěn)壓器有以下幾部分組成：1、調(diào)整電路； 圖2-1 穩(wěn)壓模塊2、取樣電路；3、取樣放大；4、基準電路；穩(wěn)壓過程：設(shè)輸出電壓已達到預(yù)設(shè)電壓。當(dāng)輸出電壓變化時，取樣電路取得樣本經(jīng)取樣放大與基準電路比較判斷輸出電壓是向高了變化還是向低了變化，并判斷變化量，由此控制調(diào)整電路工作，促使調(diào)整電路調(diào)整輸出電壓向低或高變化，直到輸出達到預(yù)設(shè)電壓如下圖2-2為芯片控制模塊。在數(shù)字儀表中，MC14433電路是一個低功耗三位半雙積分式AD轉(zhuǎn)換器。和其它典型的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器類似，M

10、C14433AD轉(zhuǎn)換器由積分器、比較器、計數(shù)器和控制電路組成。如果必要設(shè)計應(yīng)用者可參考相關(guān)參考書。使用MC14433時只要外接兩個電阻(分別是片內(nèi)RC振蕩器外接電阻和積分電阻RI)和兩個電容(分別是積分電容CI和自動調(diào)零補償電容C0)就能執(zhí)行三位半的AD轉(zhuǎn)換。MC14433內(nèi)部模擬電路實現(xiàn)了如下功能：提高A/D轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗，使輸入阻抗可達l00M以上，（2）和外接的RI、CI構(gòu)成一個積分放大器，完成VT轉(zhuǎn)換即電壓時間的轉(zhuǎn)換；（3）構(gòu)造了電壓比較器，完成“0”電平檢出，將輸入電壓與零電壓進行比較，根據(jù)兩者的差值決定極性輸出是“1”還是“0”。 圖 2-2 芯片控制模塊在圖2-3的數(shù)碼管顯示模

11、塊中，譯碼驅(qū)動部分采用了MC4511、數(shù)位驅(qū)動部分采用了MC1413、數(shù)字顯示部分采用了顯示器。數(shù)字顯示電壓表將被測模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并進行實時數(shù)字顯示。該系統(tǒng)（如圖2-3所示）可采用MC14433三又二分之一A/D轉(zhuǎn)換器、MC1413七路達林頓驅(qū)動器陣列、CD4511 BCD到七段鎖存-譯碼-驅(qū)動器、能隙基準電源MC1403和共陰極LED發(fā)光數(shù)碼管組成。本系統(tǒng)是三又二分之一數(shù)字電壓表,三又二分之一位是指十進制數(shù)00001999。所謂3位是指個位、十位、百位，其數(shù)字范圍均為09而所謂半位是指千位數(shù)，它不能從0變化到9，而只能由0變到l，即二值狀態(tài)，所以稱為半位。各部分的功能如下：三又

12、二分之一位AD轉(zhuǎn)換器(MC14433)：將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。基準電源(MC1403)：提供精密電壓，供AD轉(zhuǎn)換器作參考電壓。譯碼器(MC4511)：將二十進制(BCD)碼轉(zhuǎn)換成七段信號。驅(qū)動器(MC1413)：驅(qū)動顯示器的a，b，c，d，e，f，g七個發(fā)光段，驅(qū)動發(fā)光數(shù)碼管(LED)進行顯示。顯示器：將譯碼器輸出的七段信號進行數(shù)字顯示，讀出AD轉(zhuǎn)換結(jié)果。 圖 2-3 數(shù)碼管顯示模塊 2.2.2功能電路設(shè)計 實現(xiàn)數(shù)字電壓表功能電路如圖2-4。首先繪制出本電路的個芯片原理圖元件，并保存于原理圖庫中。最后根據(jù)電路繪制原理圖。插入電阻、電容以及數(shù)碼管和繪制好的芯片。譯碼驅(qū)動部分采用了MC4

13、511、數(shù)位驅(qū)動部分采用了MC1413、數(shù)字顯示部分采用了顯示器。接上上拉電阻并保證數(shù)碼管各引腳對應(yīng)并導(dǎo)通。最后進行電路個線路的檢查，也可以進行電路的仿真，測試電路是否連接正確，以及電壓參數(shù)等。設(shè)計好的功能電路如下： 圖2-4 功能電路總圖2.3 本章小結(jié)本章總線在于原理圖的繪制，首先要創(chuàng)建芯片的原理圖庫，并將芯片添加進來。本章中遇到的最大問題是線路連接的繁雜，必須保證各引腳對應(yīng)連接。首先必須要了解個芯片的引腳以及芯片的功能，進而分析各模塊電路的功能，最后設(shè)計出總的功能電路。在最后的細心檢查中，我發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的引腳連線出現(xiàn)錯誤，并未對應(yīng)連接，最后分析并把它修正。獲得一個完整的電路。為后期的封裝設(shè)

14、計以及布線做好了準備。第三章 數(shù)字電壓表應(yīng)用電路PCB板設(shè)計3.1 芯片原件封裝 圖3-1 MC1413芯片封裝 MC1413芯片采用雙列直插式。引腳距離G=2.54bsc，芯片寬B=6.35-6.85，芯片長A=18.80-19.55。 圖3-2 MC1403芯片封裝 芯片MC1403的芯片手冊封裝如圖3-2所示。引腳距離e=2.54bsc，芯片寬F=6.6，芯片長D=10.92等 根據(jù)各芯片的芯片手冊，可以查出芯片的各尺寸。從而建立芯片的封裝。利用查找的資料可以做出各芯片的封裝。如圖3-3為芯片MC14433的封裝，圖3-4為MC1413的封裝，MC4511的封裝以及MC1403的封裝略。 圖3-3 MC14433芯片封裝 圖3-4 MC1413芯片封裝 3.2 整體電路PCB板設(shè)計 PCB板根據(jù)設(shè)計的封裝芯片生成，但必須先在原理圖中設(shè)置芯片的封裝形式，才能將原理圖導(dǎo)入PCB板，最后合理設(shè)計PCB板的尺寸，布置好各元器件的位置，便可自動布線生成完整的PCB電路板。如下圖，圖3-5所示。3.3 本章小結(jié) 本章