數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)-數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>　　2009 年 7 月 18 日</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　課程 低頻與數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題目 數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) </p><p>　　主要內(nèi)容、基本要

2、求、主要參考資料等</p><p><b>　　主要內(nèi)容：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓表，測(cè)量范圍：0～10V。電壓的實(shí)時(shí)LED數(shù)字顯示。測(cè)量信號(hào)為模擬量。</p><p><b>　　基本要求：</b></p><p>　　1.畫出數(shù)字電壓表的結(jié)構(gòu)框圖。</p>

3、<p>　　2.畫出系統(tǒng)原理電路圖。</p><p>　　3.用EWB進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　4.按要求完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告，交激光打印報(bào)告和電子文檔。</p><p><b>　　主要參考資料：</b></p><p>　　[1] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2001.<

4、/p><p>　　[2] 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社，1997.</p><p>　　[3] 孫梅生.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，1998.</p><p>　　[4] 高吉祥. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　完成期限 2009年7

5、月18日 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　專業(yè)負(fù)責(zé)人 </p><p>　　2009年 2月23日</p><p><b>　　一、總體設(shè)計(jì)思想</b></p><p>&l

6、t;b>　　基本原理</b></p><p>　　數(shù)字電壓表是采用數(shù)字化測(cè)量的電壓儀表，與模擬電壓表相比，具有讀數(shù)直觀、準(zhǔn)確，顯示范圍寬、分辨力高，輸入阻抗大，集成度高、功耗小、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展能力強(qiáng)等特點(diǎn)，因此在電壓測(cè)量、電壓校準(zhǔn)中有著廣泛的應(yīng)用。數(shù)字電壓表也是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)。以數(shù)字電壓表為核心擴(kuò)展成的各種數(shù)字化儀表幾乎覆蓋了電子電工測(cè)量、工業(yè)測(cè)量、自動(dòng)化系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域。 &l

7、t;/p><p>　　數(shù)字電壓表按測(cè)量功能可分為直流數(shù)字電壓表和交流數(shù)字電壓表。它一般由模擬部分和數(shù)字部分組成，模擬部分主要功能是獲取電壓并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量，數(shù)字部分完成邏輯控制、譯碼和顯示等功能。數(shù)字電壓表的核心是A/D轉(zhuǎn)換器，由A/D轉(zhuǎn)換器工作原理的不同，數(shù)字電壓表又可分為逐次比較型和雙積分型。 </p><p>　　本設(shè)計(jì)采用根據(jù)壓—頻轉(zhuǎn)換原理，將輸入模擬電壓經(jīng)運(yùn)放輸入級(jí)，壓頻轉(zhuǎn)換

8、等環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換為輸入電壓成正比例的連續(xù)脈沖，然后通過定時(shí)器控制計(jì)數(shù)器去數(shù)脈沖個(gè)數(shù)，以得到與輸入電壓相應(yīng)的數(shù)值，從而完成A/D轉(zhuǎn)換，通過74LS160等構(gòu)成的邏輯控制電路控制74LS48D驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管進(jìn)而完成數(shù)字顯示，可以完成0~10V的電壓測(cè)量，并同步數(shù)字顯示，本電路特點(diǎn)是成本低，簡(jiǎn)單，體積小，安全性好，可擴(kuò)展性強(qiáng)。</p><p><b>　　2.系統(tǒng)框圖</b></p><

9、p>　　本系統(tǒng)主要由模擬輸入，積分電路，過零比較器，邏輯控制電路，轉(zhuǎn)換控制，計(jì)數(shù)器，驅(qū)動(dòng)電路及數(shù)碼管顯示電路等模塊組成。具體框圖如下</p><p>　　二、設(shè)計(jì)步驟和調(diào)試過程</p><p><b>　　1、總體設(shè)計(jì)電路</b></p><p>　　具體如下電路：轉(zhuǎn)換開始前，由于控制信號(hào)VL=0，此時(shí)計(jì)數(shù)器無計(jì)數(shù)脈沖，顯示器顯示為零，同

10、時(shí)開關(guān)S0閉合，使積分電容C充分放電。</p><p>　　當(dāng)VL=1時(shí)，轉(zhuǎn)換開始，S0斷開，S1接到輸入信號(hào)V1一側(cè)，積分器開始對(duì)V1積分。因?yàn)榉e分過程中積分器的輸出為負(fù)電壓，所以比較器輸出為高電平，將門G打開，計(jì)數(shù)器開始對(duì)VG端的脈沖計(jì)數(shù)。</p><p>　　當(dāng)計(jì)數(shù)器滿1000個(gè)脈沖后，自動(dòng)返回全零狀態(tài)，同時(shí)給最后一個(gè)160芯片一個(gè)進(jìn)位信號(hào)，使開關(guān)S1接到-VREF一端，160開始反

11、向積分。等到積分器的輸出回零，CLK被中斷。這時(shí)計(jì)數(shù)器中所存的數(shù)字就是轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　因?yàn)門1=1000T2，所以D=1000V1/VREF。D就是最后的輸出結(jié)果。</p><p>　　D是8位二進(jìn)制組成的數(shù)字，經(jīng)過74LS160S芯片，74LS160再將輸出結(jié)果送給74LS48D驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，最后顯示出最后結(jié)果。</p><p>　　2、模塊設(shè)計(jì)和相

12、應(yīng)模塊程序</p><p><b>　　轉(zhuǎn)換控制電路設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　轉(zhuǎn)換開始前（轉(zhuǎn)化信號(hào)vl=0）先將計(jì)數(shù)器清零，然后接通開關(guān)S0，使積分電容C完全放電。VL=1時(shí)開始轉(zhuǎn)換。先令開關(guān)S1接到V1一側(cè)，積分器對(duì)V1進(jìn)行固定時(shí)間T1的積分。在T1固定的條件下積分器的輸出電壓與輸入電壓成正比。積分結(jié)束時(shí)積分器的輸出電壓為V0=(∫(-V1/R )dt)

13、/C=-T1*v1/RC</p><p>　　再令開關(guān)S1轉(zhuǎn)接至參考電壓一側(cè)，積分器反向積分。若積分器的輸出電壓上升到零時(shí)所經(jīng)過的積分時(shí)間為T2，則可得V0=(∫(VREF/R) * dt)R—T1*v1/RC=0， T2* VREF/RC=T1*V1/RC，計(jì)算得T2=T1*V1/VREF</p><p>　　可見，反向積分到V0=0這段時(shí)間T2與輸入信號(hào)V1成正比。令計(jì)數(shù)器在T2這段時(shí)

14、間里對(duì)固定頻率為fc(fc=1/T)的時(shí)鐘脈沖CLK計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)結(jié)果也一定與V1成正比，即D=T2/TC=T1*V1/（TC* VREF）。式中的D為表示計(jì)數(shù)結(jié)果的數(shù)字量。若取T1為TC的整數(shù)倍，即T1=NTC，則上式可化為D=N*V1/ VREF</p><p>　　3、仿真及仿真結(jié)果分析</p><p>　　仿真結(jié)果如圖，經(jīng)過仿真測(cè)試，本數(shù)字電壓表的測(cè)量信號(hào)為模擬量，測(cè)量范圍：0～10

15、V，并且能夠?qū)D(zhuǎn)換的模擬電壓用七段數(shù)碼管進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字顯示。完全能夠滿足設(shè)計(jì)題目要求。本電路特點(diǎn)是成本低，簡(jiǎn)單，體積小，安全性好，可擴(kuò)展性強(qiáng)。</p><p><b>　　4、實(shí)驗(yàn)調(diào)試結(jié)果</b></p><p>　　調(diào)試結(jié)果表明：本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠?qū)δM電壓進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，并可實(shí)時(shí)在七段數(shù)碼管上進(jìn)行數(shù)字顯示，測(cè)量范圍0~10V。能夠滿足設(shè)計(jì)題目要求。</p>

16、<p><b>　　三、結(jié)論及心得體會(huì)</b></p><p><b>　　1.結(jié)論：</b></p><p>　　經(jīng)過一次次的仿真調(diào)試，終于完成了此數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)。在電路設(shè)計(jì)的過程中遇到了許多的困難，但最終還是沒有放棄，一步一步地走到了最后。在設(shè)計(jì)時(shí)曾考慮了多種方案，經(jīng)過反復(fù)的比較、論證，最終選擇了此方案：采用根據(jù)壓—頻轉(zhuǎn)換原理，

17、將輸入模擬電壓經(jīng)運(yùn)放輸入級(jí)，壓頻轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換為輸入電壓成正比例的連續(xù)脈沖，然后通過定時(shí)器控制計(jì)數(shù)器去數(shù)脈沖個(gè)數(shù)，以得到與輸入電壓相應(yīng)的數(shù)值，從而完成A/D轉(zhuǎn)換，通過74LS160等構(gòu)成的邏輯控制電路控制74LS48D驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管進(jìn)而完成數(shù)字顯示，可以完成0~10V的電壓測(cè)量，并同步數(shù)字顯示，仿真結(jié)果表明此方案是可行的。</p><p><b>　　心得體會(huì)：</b></p>&

18、lt;p>　　短短幾天的課程設(shè)計(jì)讓我明白了有時(shí)想是沒有用處的，還必須去考察，去學(xué)習(xí)，去實(shí)踐考察，只有這樣才能有實(shí)質(zhì)的進(jìn)步，還有要和同學(xué)共同討論，解決各種困難，在困難中你能了解更多的非課本的知識(shí)，還能再找錯(cuò)誤的同時(shí)鍛煉你的觀察力，小小的成功給我很大的動(dòng)力，我知道我會(huì)繼續(xù)努力的。</p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)鍛煉了我怎么去應(yīng)用已學(xué)過的理論知識(shí)去設(shè)計(jì)電路，加強(qiáng)了解決實(shí)際問題的能力。不僅對(duì)protel99se

19、有了更深刻的體會(huì)，而且學(xué)會(huì)了怎么用MULTISIM軟件，有很大收獲。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)雖然結(jié)束了，但學(xué)習(xí)還沒結(jié)束， 短短的幾天時(shí)間，我們從理論走上了實(shí)踐的光輝大道。我們學(xué)到了不僅僅是書本上學(xué)不到的知識(shí)，更重要的是毅造了我們一種精神，一種耐力，一種創(chuàng)新，一種挑戰(zhàn)！</p><p>　　一點(diǎn)點(diǎn)喜悅不會(huì)留給我們太多的記憶，更深刻的是這段令人難忘的經(jīng)歷，尤同荀子一名言：求之而后得，為之

20、而后成，積之而后富，盡之而后圣。</p><p><b>　　四．附錄</b></p><p><b>　　1.原理圖</b></p><p><b>　　2.仿真圖</b></p><p><b>　　3．元件清單</b></p><

21、;p>　　目錄：一、總體設(shè)計(jì)思想………………………………………………………………31基本原理………………………………………………………………….……32 系統(tǒng)框圖………………………………………………………………………3二、設(shè)計(jì)步驟和調(diào)試過程……………...……………………………….………41、總體設(shè)計(jì)電路………………………………………………….…….………42.模塊設(shè)計(jì)和相應(yīng)模塊程序…………………………………………….

22、………53. 仿真及仿真結(jié)果分析………………………………………….…….………64. 仿真及仿真結(jié)果分析…………………………….………….………………6三、結(jié)論及心得體會(huì) ………………………………………….………………61.結(jié)論……………………………………………………………………………62.心得體會(huì) ……………………………………………………………..………7四．附錄………………………………………………………………..….……