三位半数字万用表课程设计

- 1 - 河北建筑工程学院 课程设计报告

课程名称： 电子技术综合课程设计 题目名称: 3位半数字万用表设计 学 院： 电气工程学院 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子 131 学 号： ********** 学生姓名： 指导教师： *** 职 称： 高级实验师 成 绩:

2015年7 月 12日 - 2 -

前言 本次课程设计主要是通过自己的努力，独自完成一个三位半数字万用表的设计。这次课程设计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、应完成的工作内容和具体的设计方法，对模拟电路和数字电路的复习巩固和应用实践，以达到灵活应用的目的。 学生需要通过图书馆查阅资料和图书或上网查询资料，认识和了解三位半数字万用表的工作原理和构造，并自己完成三种不同的方案的设计，来实现三位半数字万用表功能。然后将一种设计的电路进行安装、调试，实现并完成自己的设计方案。 通过方案设计和实验过程，使学生通过查阅文献资料，提高独立分析，解决问题的能力。提高学生电子电路技能及仪器的使用能力、撰写课程设计总结报告的能力。 培养学生的创新能力和思维能力，了解电子产品的研制开发过程，掌握电子电路的安装和调试方法和故障排除方法。 - 3 -

目录 第一章：系统概述 -----------------------------------------------------------------------------1 1.1 主要内容-------------------------------------------------------------------------1 1.2方案设计与论证-----------------------------------------------------------------2 第二章：单元电路设计于分析----------------------------------------------------------------4 2.1 器件-------------------------------------------------------------------------------4 2.2单元电路--------------------------------------------------------------------------4 2.2.1 MC14433-------------------------------------------------------------------4 2.2.2 CD4511---------------------------------------------------------------------7 2.2.3 MC1413--------------------------------------------------------------------8 2.2.4 MC1403--------------------------------------------------------------------9 2.2.5 量程选择电路------------------------------------------------------------9 2.2.6 单相桥式整流滤波电路----------------------------------------------10 第三章：电路的安装与调试介绍 ---------------------------------------------------------11 3.1 数码显示部位的组装与调试-------------------------------------------------11 3.2电路连接及测试-----------------------------------------------------------------11 第四章：结束语---------------------------------------------------------------------------------12 附录一：元件表- -------------------------------------------------------------------------------13 附录二：电路图--------------------------------------------------------------------------------16 附录三：参考文献 ----------------------------------------------------------------------------17- 1 -

三位半数字万用表 第一章 系统概述 1.1主要内容 1、利用所学过知识，通过上网或到图书馆查阅资料，设计出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。 2、其中对将要实验方案3位半位数字万用表方案 ，须采用中、小规模集成电路、MC 14433A/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，设计出电原理图。 3、技术指标： （1）测量直流电压200mv；2V；20V；200V;1000V； 测量交流电压2V；20V；200V;750V （2）测量直流电流2MA；20MA；200MA；20A； 测量交流电流2MA；20MA；200MA；20A； （3）电阻：200 、2K、20K、200K、2M、20M （4）电容；200nF、20nF、2nF 20μF、2μF （5）三位半数字显示。 - 2 -

1.2 方案设计与论证 方案一：采用双积分A/D转换器MC14433，七段译码驱动器CD4511，基准电源MC1403，反向驱动器,4只LED数码管。

方案二：根据系统功能实现要求，决定控制系统采用AVR单片机，A/D转换采用其内置的10位AD、四个共阴极LED数码管。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行数据通讯上传，存储等扩展功能。原理框图如下：

方案三：采用逐次逼近型A/D转换器。

图1.1 方案一

AVR单片机最小系统

基准电压 量程转换 AC-DC 转换

七段数码管显示

图1.2 方案二 - 3 -

方案论证： 1、MC14433具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器， 2、AVR;它的内置A/D转换的精确度较低，同时在编程及调试方面比较复杂考虑到客观条件因素，放弃使用此方案。 3、逐次渐进型A/D转换器具有转换速度快，功耗低准确度高等特点。在低分辨率时价格便宜。但高于12位时价格很高，逐次渐进型A/D转换器的转换时间取决于位数，与输入信号无关，但抗干扰能力差。

综上采用 mc14433方案

A/D转换器 逐次逼近寄存器

电压

比较器 输入 输出

基准

时钟 逻辑控制 图1.3 方案三 - 4 -

第二章 单元电路设计与分析 2.1、器件 三位半A/D转换器(MC14433)：将输入的模拟信号转换成数字信号。 基准电压（MC1403）：提供精密电压，供A/D转换器做参考电压。 译码器（MC4511）：将二—十进制（BCD）码转换成七段信号。 驱动器（MC1413）：驱动显示器的a，b，c，d，e，f，g七个发光段，驱动发光数码管（LED）进行显示。 七段显示器：将译码输出的七段信号进行数字显示，读出A/D转换结果。 七段锁存-译码-驱动器CD4511。 电阻、三极管、电容、导线等。

2.2 单元电路 2.2.1.MC14433 MC14433是美国Motorola公司推出的单片3 1/2位A/D转换器，其中集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路。具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器，其主要功能特性如下： 1.精度：读数的±0.05%±1字 2.模拟电压输入量程：1.999V和199.9mV两档 3.转换速率：2-25次/s 4.输入阻抗：大于1000MΩ - 5 -

5.输入阻抗：大于1000MΩ 6.功耗：8mW（±5V电源电压时，典型值） 7.功耗：8mW（±5V电源电压时，典型值） MC14433最主要的用途是数字电压表，数字温度计等各类数字化仪表及计算机数据采集系统的A/D转换接口。 （1）引脚功能说明： VAG（1脚）：被测电压VX和基准电压VR的参考地。 VREF（2脚）：外接基准电压（2V或200mV）输入端 VX（3脚）：被测电压输入端 R1（4脚）、R1 ／C1（5脚）、C1（6脚）：外接积分阻容元件端 C1＝0.1μf，R1＝470KΩ； CO1（7脚）、CO2（8脚）：外接失调补偿电容端，典型值0.1μf。 DU（9脚）：实时显示控制输入端。若与EOC（14脚）端连接，则每次A / D转换均显示。 CP1 （10脚）、CP0 （11脚）：时钟振荡外接电阻端，典型值为470KΩ。CP1~CP0端外接电阻R9＝330 kΩ，采样速率约为4次／s。 VEE（12脚）：电路的电源负端，接－5V。 VSS（13脚）：除CP外所有输入端的低电平基准（通常与1脚连接）。 EOC（14脚）：转换周期结束标记输出端，每一次A/D转换周期结束，EOC 输出一个正脉冲，宽度为时钟周期的二分之一。

图2.1 mc14433引脚图