基于MC14433和TC7107的三位半数字电子表设计.doc

1 引言 随着电子技术的发展，电子行业经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。何况在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的测量最为经常。 数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流或交流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度高和分辨率高、测量速度快等特点而倍受青睐。 本次我们所做的课程设计就是基于数字电子技术和模拟电子技术的一个电子产品。我们对自己的设计作品从各个角度分析了由A/D转换器组成的数字电压表的设计过程及各部分电路的组成及其原理，并且分析了数模转换进而使系统运行起来的原理及方法。 通过自身实践提高了动手能力，也只有亲历亲为才能收获掌握到已经学过的知识。其实也为建立节约成本的意识有些帮助，我们并没有采用单片机模块，而是直接采用A/D转换，在MC1433系列找块带显示译码并带A/D转换的片子并不难，相对于单片机有成本上的优势，但这里同时也牵涉几个问题：精度、位数、速度、还有功耗等不足之处，这些都要慎重考虑。这些也是在这次实践中收获的吧！ 2 设计任务分析 2.1设计说明 本题要求设计一个位的数字电压表，位是指个位、十位、百位的范围为0(9，而千位只有0和1两个状态，称为半位。所以数字电压表测量范围为0001(1999。数字电压表主要部分是A/D转换器，显示方法通常采用动态扫描（工作时四个数码管轮流点亮，利用人眼的视觉残留特性能够得到整体效果，当扫描频率过低时显示的数码会有闪烁感）方式，采用这种方式较为省电，但需要字形译码驱动电路和字位驱动电路。 任务要求： （1）直流电压测量范围（0~200V） （2）测量速度每秒为2~5次，任选 （3）分辨率0.1mv （4）测量误差小于0.1% 2.2方案分析 1．根据题目利用所学过的知识通过上网或到图书馆查阅资料，设计出3个实现数字万用表的方案。要求写出实现工作原理，画出原理框图，描述其功能。 2．对将要实验方案3位半数字万用表方案，须采用中小规模集成电路，mc14433A/D 转换器等电路进行设计；写出以确定方案详细工作原理，计算出参数。 2.2.1方案1：主要器件由芯片MC14433和共阴极半导体数码管LED组成。 MC14433是美国摩托罗拉公司生产的单片3位半A/D转换器，它适合构成带B码输出的3位半LED显示数字电压表，是目前应用较为普遍的一种低速A/D转换器。 MC14433的性能特点： （1）MC14433属于CMOS大规模集成电路，其转换准确度为±0.05%。内含时钟振荡器，仅需外接一只振荡电阻。能获得超量程（OR）、欠量程（UR）信号，便于实现自动转换量程。能增加读数保持（HOLD）功能。电压量程分两挡：200mV、2V，最大显示值分别为199.9mV、1.999V。量程与基准电压呈1∶1的关系，即UM＝UREF。 （2）需配外部的段、位驱动器，采用动态扫描显示方式，通常选用共阴极LED数管。 （3）有多路调制的BCD码输出，可直接配μP构成智能仪表。 （4）工作电压范围是±4.5 V～±8V，典型值为±5V，功耗约8mW。 2.2.2方案2：主要器件由芯片TC7106和液晶显示器LCD组成。 由于TC7106是把模拟电路与逻辑电路集成在一块芯片上，属于大规模CMOS集成电路，因此本方案主要有以下特点： （1）采用单电源供电，可使用9V迭层电池，有助于实现仪表的小型化。 （2）芯片内部有异或门输出电路，能直接驱动LCD显示器。 （3）功耗低。芯片本身消耗电流仅1.8mA，功耗约16mV。 （4）输入阻抗极高，对输入信号无衰减作用。 （5）能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动显示极性的功能。 （6）噪声低，失调温标和增益温标均很小。具有良好的可靠性，使用寿命长。 （7）整机组装方便，无须外加有源器件，可以很方便地进行功能检查。 2.3方案选择 在设计思路上我们选择了MC14433，但由于在各个仿真软件中，我们无法找到MC14433元器件，故我们采用在思路上选择MC14433设计，仿真环节采用TC7106，这样既能有效地了解实验原理，更能仿真出实验结果。 3 单元模块分析 数字电压表将被测模拟量转换为数字量，并进行实时数字显示。该系统可采用MC14433三位半A/D转换器、MC1413七路达林顿驱动器阵列、CD4511BCD到七段锁存-译码-驱动器、能隙基准电源MCl403和共阴极LED发光数码管组成。本系统是三位半数字电压表，三位半是指十进制数0000～1999。所谓3位是指个位、十位、百位，其数字范围均为0～9，而所谓半位是指千位数，它不能从0变化到9，而只能由0变到l，即二