电子电路设计报告--数字万用表电路设计与制作.docx

电子电路设计报告课题项目:数字万用表电路设计与制作设计目的设计要求设计方案四、 电路原理图一一附录1五、 元器件介绍六、 测试报告一一附录2七、 问题探讨八、心得与体会九、实物拍照附录3一、设计目的利用给定元器件设计一台数字式电压、电阻测量仪，通过原理设计和实物电路的制作掌握数字电路设计的基本方法及电路的焊接技术，同时复习、巩固以往的学习内容，达到灵活应用的目的。设计完成后在实验室进行自行安装、调试，在该过程中培养从事设计工作的整体概念。二、设计要求1、利用给定元器件设计一台数字式万用表能够实现不同档位的电阻和交、直流电压的测量2、完成电路原理图的设计及实际电路的焊接调试3、技术指标：/量程范围令直流电压档：200V>20V、2V令交流电压档：200V>20V、2V电阻档：2M、200K>20K、2K/显示令三位半数码管显示过量程正负值三、设计方案1、整体思路利用MC14433的数模转换功能实现对02V电压的测量，并通过译码器及数码管进行显示。利用运算放大电路及分压电阻将不同档位的待测参数转换为基本02V之间的电压值，从而利用MC14433进行测量。原理框图：2、电路分块分析D输入缓冲：构成：由集成运放、电阻和二极管组成电压跟随器作用：输入电阻很大，输出电阻很小，隔绝内外电路局部图：利用MC14433将输入的模拟信号转换为电压值所对应的BCD码，再通过CD451I将BCD码转换为驱动数码管显示对应数字的电平，从而实现对基本电压值的测量。通过MC1403基准电压芯片及电位器为MC14433提供2V基准电压，同时利用MC1413将MC14433输出的选通高电平转换为控制数码管显示的低电平。2）电压分压器构成：特定阻值的电阻和跳线作用：利用电阻串联分压将处于不同档位的待测电压转换为02V内的基本电压，进而利用基本电压测量电路进行测量。局部图：电压分压器3) AC/DC转换器构成：通过集成运放、电容、二极管和电阻等元器件组成隔直、整流和滤波电路作用原理:利用TL062运算放大器和二极管构成精密半波整流电路，将待测交流信号转换为直流信号，然后利用运算放大电路对整流后的电压值进行放大，使之与交流信号的有效值想对应，之后将转换过的信号输入基本测量电路进行测量。局部图：4) A/D转换构成：MC14433芯片、CD45U芯片作用原理：利用MCl4433将输入的模拟信号转换为电压值所对应的BCD码，再通过CD4511将BCD码转换为驱动数码管显示对应数字的电平，从而实现对基本电压值的测量。局部图：5）比例法电阻电路构成：阻值成比例的电阻和集成运放构成的比例运算电路作用原理：利用比例运算电路将电阻的比值转化成电压的比值，从而将得到的电压信号输出到后级电压测量电路中，测出了电压即测出了电阻。原理公式：RZRx=VreJTVRx从而将测电阻转化成测电压局部图：四、电路原理图见附录1五、元器件介绍1、TL062中文描述：低功耗JFET输入运算放大器（低功耗场效应输入的运算放大器）原理图：引脚图:DUALP SUFFIXPLASTIC PACKAGECASE 626D SUFFIXPLASTIC PACKAGECASE 751(SO-3)PIN CONNECTIONS(Top ew)2、MC1403MCI403是美国摩托罗拉公司生产的高准确度、低温漂、采用激光修正的带隙基准电压源，采用DIP-8或SOT23封装，其DIP-8的引脚排列如图1所JO引脚说明：Pin1:(VCC)供电电源端，范围1.515V;Pin2:(Vr)基准源输出端，输出电压：2.5V±25mV,输出电流10mA;Pin3:(GND)接地端；二二H-3-GNDNC-I-NCNC-：-Pin4>in8:控制端。图1MC1403引脚排列图最基本的应用电路：在MC1403的2脚输出2.5V的电压，该端对地接上精密多圈电位器10k,则电位器的中心端可以输出02.5V的电压。图2 Mc403的典型应用电路3、MC14433概述(1) MCl4433A/D转换器由积分器、比较器、计数器和控制电路组成。(2) MCI4433采用24引线双列直插式封装，外引线排列。(3) MCl4433内部具有时钟发生器，它通过外接电阻构成的反馈，井利用内部电容形成振荡，产生节拍时钟脉冲，使电路统一动作，这是一种施密特触发式正反馈RC多谐振荡器。(4) MCI4433是双斜率双积分A/D转换器，采用电压一时间间隔(V/T)方式，通过先后对被测模拟量电压UX和基准电压VREF的两次积分，将输入的被测电压转换成与其平均值成正比的时间间隔，用计数器测出这个时间间隔对应的脉冲数目，即可得到被测电压的数字值。主要引脚功能说明(1)端：VAG,模拟地，是高阻输入端，作为输入被测电压UX和基准电压VREF的参考点地(2)端：VREF,外接基准电压输入端(3)端：UX,是被测电压输入端(4)端：Rl,外接积分电阻端(5)端：Rl/Cl,外接积分元件电阻和电容的公共接点(6)端：C1,外接积分电容端，积分波形由该端输出(7)和(8)端：C01和C02,外接失调补偿电容端。推荐外接失调补偿电容Co取0.1F(9)端：DU,实时输出控制端，主要控制转换结果的输出，若在双积分放电周期即阶段5开始前，在DU端输入一正脉冲，则该周期转换结果将被送入输出锁存器并经多路开关输出，否则输出端继续输出锁存器中原来的转换结果。若该端通过一电阻和EOC短接，则每次转换的结果都将被输出。(IO)端：CPI(CLKI),时钟信号输入端(11)端：CPO(CLKO),时钟信号输出端(12)端：VEE,负电源端，是整个电路的电源最负端，主要作为模拟电路部分的负电源，该端的典型电流约为0.8mA,所有输出驱动电路的电流不流过该端，而是流向VSS端(13)端：VSS负电源端.(14)端：EOC,转换周期结束标志输出端，每一A/D转换周期结束，Ee)C端输出一正脉冲，其脉冲宽度为时钟信号周期的1/2(15)端：OR,过量程标志输出端，当IUXI>VREF时，OR输出低电平，正常量程OR为高电平(16)(19)端：对应为DS4DS1,分别是多路调制选通脉冲信号个位、十位、百位和千位输出端，当DS端输出高电平时，表示此刻Q。Q3输出的BCD代码是该对应位上的数据(20)(23)端：对应为QO-Q3,分别是A/D转换结果数据输出BCD代码的最低位(LSB)、次低位、次高位和最高位输出端。(24)端：VDD,整个电路的正电源端匕G匚1O24Kef匚223七匚322R匚421R1ZC1匚520G匚6MC1443319Gn匚718CG匚817DU匚916CLKI匚1015CLKO匚1114%匚1213oZJZ=JZlZl23Z3=IDS4=JORZJEOC=JKS>123lx321oSSSrQQQQDDD4、CD4511概述(1) CD4511电源电压VDD的范围为5V15V,它可与NMC)S电路或TTL电路兼容工作。(2) CD4511采用16引线双列直插式封装。(3)使用CD4511时应注意输出端不允许短路，应用时电路输出端需外接限流电阻。2 .内部组成CD4511是专用于将二十进制代码(BCD)转换成七段显示信号的专用标准译码器，它由4位锁存器，7段译码电路和驱动器三部分组成。(1)四位锁存器(LATCH)：它的功能是将输入的A,B,C和D代码寄存起来，该电路具有锁存功能，在锁存允许端(LE端，BPLATCHENABLE)控制下起锁存数据的作用。当LE=I时，锁存器处于锁存状态，四位锁存器封锁输入，此时它的输出为前一次LE=O时输入的BCD码；当LE=O时，锁存器处于选通状态，输出即为输入的代码。由此可见，利用LE端的控制作用可以将某一时刻的输入BCD代码寄存下来，使输出不再随输入变化。(2)七段译码电路：将来自四位锁存器输出的BCD代码译成七段显示码输出，MC4511中的七段译码器有两个控制端：LT(LAMPTEST)灯测试端。当LT=O时，七段译码器输出全1,发光数码管各段全亮显示；当LT=I时，译码器输出状态由Bl端控制。Bl(BLANKlNG)消隐端。当Bl=O时，控制译码器为全0输出，发光数码管各段熄灭。Bl=I时，译码器正常输出，发光数码管正常显示。上述两个控制端配合使用，可使译码器完成显示B C- LT上的一些特殊功能。(3)驱动器：LE D利用内部设置的NPN管构成的射极输出器，加强驱动能力，使译码器输出驱动电流可达20mA。3 .管脚图(如右侧)aJ7IOkdVss89-e5.MC1413MCl413采用NPN达林顿复合晶体管的结构，因此具有很高的电流增益和很高的输入阻抗，可直接接受MOS或CMOS集成电路的输出信号，并把电压信号转换成足够大的电流信号驱动各种负载。该电路内含有7个集电极开路反相器(也称OCO门)。它采用16引脚的双列直插式封装。每一个驱动器的输出端均接有一释放电感负载能量的续流二极管。管脚图U m O O六、测试结果见附录2七、问题探讨1、AC/DC转换电路中为什么要用两个电容较大的有极电容？答：这两个有极电容电容量很大，交流范围很广，可以很好地实现隔直通交的功能；两个有极电容相当于无极电容，可以使正负两个方向的交流电通过2、电源引脚上电容的作用？答：滤除杂波3、过量程如何表示？答：将MC14433的OR引脚与CD4511的Bl引脚连接起来，当电压过量程的时候，OR输出高电平，从而Bl是高电平，将数码管清零。4、测电压与测电阻的区别答：由于电阻都是正值，测电阻时需将与最高位数码管g管脚相连的跳线断开八、心得感想从一开始拿到课程设计题目到最终做出成品共经历了两周时间，两周以来，从最开始拿到课题进行原理设计到后来的电路设计，再到将设计方案转化为实物,整个过程经历了一个完整的项目设计流程。在这个过程中不仅对于已经学习过的电子电路知识有了更深入的了解和认识，同时也通过实际操作掌握了一系列的电子电路设计方法和技巧。其中包括数模转换电路的设计方法、基于运算放大器的电子整流电路的设计方法以及数字显示电路的设计方法，另外通过后期的实际操作，体验了将理论转化为实践的过程，对电子电路设计有了更深入的认识，同时掌握了一些电路焊接技巧。由于课程设计的题目要求己经是比较成熟的电路，所以基本原理的设计阶段并未遇到太大困难，课后根据老师讲解很快就确定了基本思路。但在将电路具体化的过程中却由于元件限制和精度要求在整流部分遇到了困难。由于课程中接触到的整流电路均由二极管构成，而此次电路所提供的元件和参考电路则要求在二极管的基础上，采用运算放大器进行整流，因此在进行设计时需要对此方面的知识进行补充。通过查找相关资料基本掌握了利用运算放大器进行整流的基本原理,之后才得以设计出相应电路。通过对这一细节问题的解决，不仅弥补了自己知识体系的空缺，同时认识到电路设计具有较高的灵活性，同样的目的可通过不同的思路进行实现，或者同样的元器件在不同场合可以发挥截然不同的作用。课程设计的一大难点便是将原理图转化为实物。由于原理图中的电路符号与实际芯片的引脚和外形间存在较大差异，因此在设计好原理图后还需根据实物的特征和功能对元器件布局进行规划。在进行规划的过程中不仅能够对电子元器件有更直观的认识，同时对电子电路设计的整体性和系统性思维有了更深入的体会。在进行一件产品的设计时，不能仅仅考虑其原理或局部的细节，还有结合实际情况考虑其可行性以及根据各部分的特点对产品的整体有较好的把握。此次设计的最大难度莫过于最后的调试。我是在第二天的中午就把电路板焊接完成，在上电调试之前，为了以防万一，将所有的线路又检查了一遍，果然,由于焊接得比较仓促，发现了几处线路漏接，及时修正过来。怀着忐忑的心情接通了电源，电路竟然没有任何错误地运行成功了！高兴的心情溢于言表，测试了几组电阻的数据，可以正常测量，接下来利用实验室里的数字万用表对自己的万用表进行校准，最终完成了实验数据的采集和测量。总而言之，此次项目虽然看起来简单，但整个过程让我学会了很多东西。它不仅仅是对于课堂知识的补充，同时也是对于培养我们作为一个合格工程师应该具备的能力的一次很好的锻炼机会。课程设计即很快会结束，但这次设计应该作为我们由理论走向实践的一个开始，在之后的学习中应该更加注重将理论与实际想结合，不断培养和锻炼自己的动手实践能力和工程设计思维，为以后由校园走向社会打下良好的基础。九、实物拍照附录3