毕业论文三位半直流数字电压表的设计

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1、摘 要本次设计的对象是一个三位半直流数字电压表。量程为1.999V0-1.999V，误差为5 0/00 。电路主要由双积分模/数转换器、译码驱动器、反相器等器件构成的。当被测电压输入模/数转换器后，在位选信号有效期间，二进制码数据输出线依次输出四个四位二进制码，这个二进制码通过译码器转换为显示器的段驱动信号。数字输出采用动态扫描方式，多路选通脉冲输出端控制反相器轮流导通，产生显示器的位驱动信号。显示器的显示方式采用了由发光二极管组成的共阴极LED显示器。在段驱动信号和位驱动信号共同作用下在显示屏上显示所要测量的直流模拟电压。当被测电压超过基准电压时，过量程信号输出低电平，触发器的工作使译码驱动

2、器的消引端的电平时高时低，从而使显示数字闪烁，指示过量程状态。如果在测量中，转换周期结束标志输出端和更新输出的模-数转换数据结果的输入端接一只开关，可以实现电压表保持某一时刻的测量结果不变。电压表还可以实现自动转换量程。自动转换量程可以加快测量速度，提高测量准确度，实现测量自动化。 该直流数字电压表具有功耗低、抗干扰能力强、精度高及使用灵活等优点，被广泛用于各种数字仪表中。 关键词直流数字电压表；模/数转换器；显示器AbstractThe object of this design is a three electric voltage forms with numerical half di

3、rect current.Measure the distance as the 1.999 V0-1.999 V, error margin is 5 0/00.Electric circuit mainly from double integral calculus mold-number the conversion machine,translate a code actuator,anti- mutually machine etc. the spare part constitute.When is measure the electric voltage importation

4、mold-number the conversion machine after, reign to choose signal a valid period, the binary system code data outputs line to output four four binary system codes one by one in order, this binary system code passes to translate the code machine conversion to drive signal for the segment of the displa

5、y.The numeral outputs an adoption a dynamic state to scan a way, having another road to choose a pulse exportation to carry a control anti- mutually the machine leads by turn, creation display of drive signal.The manifestation method of the display adopt from give out light the total cathode LED dis

6、play that the diode constitute.Drive in the segment the signal and drive a common function of signal to descend Be showing to hold a manifestation want diagraph of the direct current imitate electric voltage. That direct current numerical electric voltage watch has a great achievement to consume low

7、,the anti- interference ability is strong,the accuracy is high and use a vivid etc. advantage, is used for various numerical gauge extensively in.KeywordsDirect current numerical electric voltage form；A/D number conversion machine；display不要删除行尾的分节符，此行不会被打印目 录摘要IAbstractII第1章 绪论1第2章 总体方案设计2第3章 单元电路的设

8、计33.1 A/D转换器的选择和设计33.1.1 转换精度63.1.2 转换时间63.2 双积分A/D转换器5G1443373.2.1 关于5G1443373.2.2 5Gl4433的外部电路连接与元件参数设计103.3 BCD-锁存/译码/驱动器5G4511133.3.1 编码器133.3.2 译码器133.4 显示部分153.5 5G1413、D触发器163.5.1 达林顿驱动器163.5.2 D触发器16第4章 三位半数字电压表的总体设计184.1 电路组成184.2 工作过程19第5章 PCB板图设计21结论24致谢25参考文献26附录A27附录B31千万不要删除行尾的分节符，此行不会

9、被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章 绪论在生产和实验中，电压表是最常使用的测量仪器之一，目前市场上的数字电压表头已在逐渐取代以往的指针式表头。数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。数字电压表有显示清晰直观，读数准确的特点。新型数字电压表还增加了标志符显示功能，包括测量项目、符号单位和特殊符号。为解决DVM不能反映被测电压的连续变化过程以及变化趋势这一难题，一种"数字/模拟条图"仪表业已问世。"模拟

10、图条"（Anal of Bargraph）有双重含义：第一，被测量为模拟量；第二，利用条状图形来模拟被测量的大小及变化趋势。这类仪表将数字显示与高分辨率模拟条图显示集于一身，兼有DVM与模拟电压表之优点。智能数字电压表均带微处理器和标准接口，可配合计算机和打印机进行数据处理或自动打印，构成完整的测试系统。除此之外数字电压表还有分辨率高，准确度高，测量范围宽，测量速度快，扩展能力强，抗干扰能力强等特点。新一代数字仪表广泛采用新技术，不断开发新产品当中正朝着标准模块化的方向发展。预计在不久的将来，许多数字仪表将由标准化、通用化、系列化的模块所构成，给电路设计和安装调试、维修带来极大方便。

11、第2章 总体方案设计数字电压表以模/数（A/D）转换器为核心构成，总体电路由A/D转换器、译码驱动器、触发器、显示器和反相器组成。系统方框图如图1-1所示。图2-1 系统方框图模拟直流电压经过A/D转换器把模拟量转换为二进制数字量，这个数字量经过译码驱动器在LED数码管上显示所要测试的模拟电压，在这个过程中维持阻塞D触发器和反相器件配合上述几种器件共同工作形成了三位半数字电压表。在这次设计中电压表的核心器件A/D转换部分采用的是三位半A/D转换器5G14433。5G14433是国产的三位半A/D转换器,是目前广为流行的最典型的双积分A/D转换器。它具有抗干扰性能好，转换精度高等特点。译码驱动器

12、采用的型号是55G4511。5G4511为7段显示译码器，具有锁存/译码/驱动功能，它将连续的模拟量转换为数字量。反向器件是七路达林顿驱动器阵列5G1413。上述三种元件构成了电压表的基本模型。在组成电压表时触发器可加也可以不加，加上触发器可以及时的发现电压表的过量程状态。在本次设计中采用了维持阻塞D触发器。第3章 单元电路的设计3.1 A/D转换器的选择和设计A/D转换器是一种能把输入模拟电压或电流变成与它正比的数字量,既能把被控对象的各种模拟信息变成计算机可以识别的数字信息。模数转换的过程有四个阶段，即采样、保持、量化和编码。采样是将连续时间信号变成离散时间信号的过程。经过采样，时间连续、

13、数值连续的模拟信号就变成了时间离散、数值连续的信号，称为采样信号。采样电路相当于一个模拟开关,模拟开关周期性地工作。理论上，每个周期内，模拟开关的闭合时间趋近于0。在模拟开关闭合的时刻（采样时刻），我们就“采”到模拟信号的一个“样本”。量化是将连续数值信号变成离散数值信号的过程。理论上，经过量化，我们就可以将时间离散、数值连续的采样信号变成时间离散、数值离散的数字信号。我们知道，在电路中，数字量通常用二进制代码表示。因此，量化电路的后面有一个编码电路，将数字信号的数值转换成二进制代码。然而，量化和编码总是需要一定时间才能完成，所以，量化电路的前面还要有一个保持电路。保持是将时间离散、数值连续的

14、信号变成时间连续、数值离散信号的过程。在量化和编码期间，保持电路相当于一个恒压源，它将采样时刻的信号电压“保持”在量化器的输入端。虽然逻辑上保持器是一个独立的单元，但是，工程上保持器总是与采样器做在一起。两者合称采样保持器。A/D转换器种类很多,但从原理上通常可分为以下四种: 并行A/D转换器，逐次逼近式A/D转换器，电压-频率变换式A/D转换器，双积分式A/D转换器。并行模数转换器是一种直接模数转换器，亦称快速模数转换器（flash ADC）。n位并行数模转换器中有个电压比较器，每个电压比较器的一个输入端与采样保持电路的输出端相连接，另一个输入端则取个量化电平中的一个，作为参考电压。这个量化

15、电平由一个抽头电阻分压器提供。因为采样电压同时馈入各个电压比较器，所以各个电压比较器同时输出高电平或低电平。显然，这个高电平或低电平表示一个位二进制代码，对应这一个量化电平。事实上，我们只需n位二进制代码就能表示个量化电平。也就是说，用位二进制代码表示个量化电平有很大的冗余度。于是，我们通过一个代码转换器将位二进制代码转换成n位二进制代码。并行模数转换器的优点是转换速度快，缺点是电路规模庞大。逐次渐进型模数转换器也是一种直接型模数转换器。与并行模数转换器不同，串行模数转换器的量化和编码受时钟脉冲控制。n位逐次渐进型模数转换器需要个时钟周期才能输出二进制代码。尽管转换速度不如并行模数转换器，逐次

16、渐进型模数转换器是串行模数转换器中转换速度最快的一种。逐次渐进型模数转换器包含一个数模转换器，启动后，它先把一个n位二进制代码假想为转换结果，然后把这个假想结果通过数模转换器转换成模拟电压，接下来通过比较器来验证：如果这个电压比待转换的电压低，那么就把一个较大的二进制代码作为新的假想结果；如果这个电压比待转换的电压高，那么就把一个较小的二进制代码作为新的假想结果。这个过程反复进行，直至假想结果最接近待转换的电压。显然，逐次渐进型模数转换器的设计思想是试凑法：由粗到精、步步逼近。电压-频率变换型模数转换器是另一种间接型模数转换器。这种模数转换器中有一个压控振荡器和一个计数器。待转换的模拟电压作为

17、压控振荡器的输入，压控振荡器的输出则作为计数器的时钟脉冲。因为压控振荡器输出脉冲的频率与它的输入电压成正比，所以在计数时间一定的前提下，表示计数器最终状态的二进制代码也将与输入电压成正比。这个二进制代码就是与模拟电压对应的数字量。受计数时间的约束，电压频率变换型模数转换器的速度不可能很高；受压控振荡器性能的约束，电压频率变换型模数转换器的精度也不可能很高。电压-频率变换型模数转换器常用于一般的工业测量场合。双积分型模数转换器是一种间接型模数转换器，属于电压时间变换型。双积分型模数转换器图2-1包含积分器、比较器、计数器、时钟脉冲发生器和一些控制逻辑。转换开始前，积分器的输出电压为0伏，计数器的

18、状态为0。转换开始后，积分器对输入电压进行积分，其输出电压线性下降。与此同时，n位二进制加法计数器开始对来自时钟脉冲发生器的脉冲进行计数，其输出不断增长。假设时钟脉冲周期为秒，那么，经过秒后，积分器的输出电压为伏，计数器又回到0状态并产生一个进位脉冲。这个进位脉冲使积分器对输入电压的积分结束，同时使积分器对参考电压的积分开始，其输出电压从伏线性上升。经过秒后，积分器的输出电压又回到0伏，比较器翻转，使积分器对参考电压的积分结束。这也是模数转换结束的时刻。为什么说这时模数转换结束了呢？我们来分析一下计数器当前的状态与输入电压的关系。积分器第一次积分从输出电压等于0时开始，第图3-1 双积分模数转

19、换器二次积分到输出电压等于0时结束，所以第一次积分输出电压的变化量必然等于第二次积分输出电压的变化量，即，这个式子告诉我们，表示计数器当前状态的二进制代码m与输入电压成正比，因此，模数转换至此结束，m就是我们需要的结果。从这个式子我们还可以看出，双积分型模数转换器输出的数字量仅与基准电压和输入电压有关，只要基准电压有较高的精度，转换结果就有较高的精度。因此，我们完全可以用精度比较低的元器件制成精度较高的模数转换器。双积分型模数转换器的另一个优点是抗干扰能力比较强。因为积分是求解输入电压平均值的过程，所以平均值接近于0伏的噪声几乎不会对输出电压产生任何影响。对信号采集系统来说，主要的输入噪声来自

20、工频电源。为了抑制这种噪声，我们一般将积分时间设计成20毫秒的整数倍。双积分型模数转换器的缺点是转换速度低，一般用于对信号变化缓慢且噪声较强的工业控制场合。双积分式A/D转换器抗干扰能力强,转换精度也很高,但是，双积分型A/D转换器的最大缺点是速度较慢，所以主要用于数字电压表等低速测试系统中。基于双积分A/D转换器以上特点本次设计也采用了双积分A/D转换器。双积分型A/D转换器的转换精度主要取决于位数、运算放大器和比较器的灵敏度和零点漂移等因素的影响。A/D转换器的主要技术指标有转换精度、转换速度等。选择A/D转换器时，除考虑这两项技术指标外，还应注意满足其输入电压的范围、输出数字的编码、工作

21、温度范围和电压稳定度等方面的要求。3.1.1 转换精度单片集成A/D转换器的转换精度是用分辨率和转换误差来描述的。3.1.1.1 分辨率A/D转换器的分辨率以输出二进制（或十进制）数的位数来表示。它说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。从理论上讲，n位输出的A/D转换器能区分2n个不同等级的输入模拟电压，能区分输入电压的最小值为满量程输入的1/2n。在最大输入电压一定时，输出位数愈多，分辨率愈高。例如A/D转换器输出为8位二进制数，输入信号最大值为5V,那么这个转换器应能区分出输入信号的最小电压为9.53mV。3.1.1.2 转换误差  转换误差通常是以输出误差的最大值形式给出。它表

22、示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。常用最低有效位的倍数表示。例如给出相对误差±LSB/2，这就表明实际输出的数字量和理论上应得到的输出数字量之间的误差小于最低位的半个字。3.1.2 转换时间转换时间是指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。A/D转换器的转换时间与转换电路的类型有关。不同类型的转换器转换速度相差甚远。其中并行比较A/D转换器的转换速度最高，8位二进制输出的单片集成A/D转换器转换时间可达到50ns以内，逐次比较型A/D转换器次之，它们多数转换时间在1050s以内，间接A/D转换器的速度最慢，如双积分A/

23、D转换器的转换时间大都在几十毫秒至几百毫秒之间。在实际应用中，应从系统数据总的位数、精度要求、输入模拟信号的范围以及输入信号极性等方面综合考虑A/D转换器的选用。3.2 双积分A/D转换器5G144333.2.1 关于5G144335G14433是国产的3位半A/D转换器,是目前广为流行的最典型的双积分A/D转换器，本次设计即选择采用该型号模数转换器。 5G14433具有抗干扰性能好，转换精度高（相当于11位二进制数），自动校零，自动极性输出，自动量程控制信号输出，动态字位扫描BCD码输出，单基准电压，外接元件少，价格低廉等特点。但其转换速度慢，约110次/秒。 在不要求高速转换的场合，如温度

24、控制系中，被广泛采用。5G14433的国外原型产品是美国Moto1olr公司 的MC14433，两者完全相同，可以互换使用。5G14433的内部结构及引脚功能图3-2 5G14433的内部结构框图模拟电路部分有基准电压、模拟电压输入、模拟电压输入部分。量程为199.9mv或1.999v两种，与之相对应的基准电压相应为200mv或2v两种。数字电路部分有逻辑控制、BCD码及输出锁存器、多路开关、时钟以及极性判别、溢出检测等电路组成。5G14433采用字位动态扫描BCD码输出方式,既千、百、十、个位BCD码轮流地在端输出，同时端出现同步字位选通信号。 主要外接器件是时钟振荡器外接电阻、外接失调补偿

25、电容和外接积分阻容元件、。5G14433芯片的引脚分布如图3-3所示。各引脚功能如下（引脚 1）：被测电压和基准电压的接地端（模拟地）。（引脚 2）：外接输入基准电压（+2V或+200mv）。（引脚 3）：被测电压输入端。图3-3 5G1443芯片引脚分布、（引脚4、5、6）：外接积分电阻器和积分电容元件端，外接元件典型值： （a）当量程为2V时，C10.1F,R1=470K；（b）当量程200mV时，C1=0.1F,R1=27K。 、(引脚 7、8)：外接失调补偿电容C0端，C0的典型值为0.1F。DU（引脚 9）：更新输出的A/D转换数据结果的输入端。当DU与EOC连接时，每次A/D转换结

26、果都被更新。CLKI和CLKO（引脚 10、11）：时钟振荡器外接电阻Rc端，Rc的典型值为47OK，频率随着Rc增加而下降。：正电源端，接5V。（引脚 12）：模拟部分的负电源端，接-5V。（引脚 13）：除CLKO端外所有输出端的低电平基准（数字地）。当接（模拟地、数字地相连）时,输出电压度为（0+5V）：当接（-5V）时，输出电压幅度为（-5+5V），10V的幅值。实际应用时一般是接，即模拟地与数字地相连。EOC（引脚 14）：转换周期结束标志输出。每当一个A/D转换周期结束，EOC端输出一宽度为时钟周期二分之一宽度的正脉冲。(引脚15)：过量程标志输出，平时为高电平，当|时，（被测电平

27、输入绝对值大于基准电压）,端输出低电平。（引脚1916）：多路选通脉冲输出端。对应千位，对应个位。每个选通脉冲宽度为18个时钟周器，两个相临脉冲之间间隔2个时钟周期，其脉冲时序图如图2-4所示。（引脚2023）：BCD码数据输出线。其中为最低位，为最高位。当、和选通期间，输出三位完整的BCD码，即09十个数字任意一个都可。但在选通期间，数据输出线除了表示千位的或0 或1外，还表示了正负极性和欠量程还是过量程，其含义见表2-1。图3-4 5G1433选通脉冲图由表3-1可知：（1）：表示千位（1/2位）数的内容, =“0”（低电平）时，千位为1；=“1”（高电平）时，千位数为0。（2）：表示被测

28、电压的极性，“1”表示正极性性，“0”表示负极性。（3）=“1”表示被测电压在量程外（超量程），可用于仪表量程自动切换，当=“0”时，表示过量程；当“1”时，表示欠量程，过量程时，| |且A/D转换输出读数为1999，欠量程时输出读数为179。表3-1 DS1选通时，Q3Q0表示的输出结果3.2.2 5Gl4433的外部电路连接与元件参数设计尽管5G14433需外接的元件很少，但为使其工作于最佳状态，也必须注意外部电路的连接和元器件的选择。5G14433的转换误差为±1LSB，输入阻抗大于100M，模拟输入电压范围为0±1.999V或0±199.9mV；片内提供时

29、钟发生器，使用时只需外接一个电阻；也可采用外部输入时钟或外接晶体振荡电路，片内的输出锁存器用来存放A/D转换结果，经多路开关输出多路选通脉冲信号及BCD码数据。典型的5G14433外部电路连接方法如图2-5所示。图3-5 5G14433外部电路连接图3.2.2.1 电源接法 芯片工作电源为±5V正电源接VDD，模拟部分负电源VEE，模拟地VAG与数字地VSS相连为公共接地端。为了提高电源的抗干扰能力，正、负电源分别通过去耦电容0.047F、0.02F与VSS（VAG）端相连。3.2.2.2 基准电压输入的连接 基准电压须外接，可由5G14433通过分压提供+2V或+20OmV的基准电

30、压， 接法如下图2-6（a）所示。在一些精度要求不高的小型智能化仪表中，于+5V电源是经过三端稳压器稳压的，工作环境又比较好，这样就可以通过电位器对+5V直接分压得到。如图2-6（b）所示。（a） （b）图3-6 5G14433基准电源的外部连接高精度能隙基准电源5G1403，对它输入5V电压，它可以输出精密+2.5V电压。输出的+2.5V电压作为5G14433的基准电压。引脚图如图2-7所示。引脚功能说明： （引脚 1）：是5V电压输入端（引脚 2）：是+2.5V电压输出端（引脚 3）：接地图3-7 5G1403的内部结构3.2.2.3 外接元件参数的选定。积分电阻和积分电容的选取公式如下：

31、式中： 输入电压量程； 积分器电容上的充电电压幅值，其值为 T 常数，T= 4000/例如，当0.1F， =5V， =66kHz时，若=+2V,R1=480k（取470k）；若=+200mV, R1=28k（取27k）。外接补偿失调电容固定为0.1F,外接钟频电阻，当=470K时，66kHz；当=200K时，140KHz，一般取=470K。3.2.2.4 DU端和ECO端短接。因为EOC每一次A/D转换结束时，该端都输出一个1/2时钟周期宽度的脉冲；而当给DU端输入一个正脉冲时，当前A/D转换周期的转换结果将被送入输出锁存器，经多路开关输出，否则将输出锁存器中原来的转换结果。所以，EOC与DU

32、短接，是将每一次A/D转换的结果都输出。3.3 BCD-锁存/译码/驱动器5G4511根据逻辑电路的功能特点，逻辑电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。在数字集成产品中有许多具有特定组合逻辑功能的数字集成器件，称为组合逻辑器件（或组合逻辑部件）。组合逻辑电路是一种用逻辑门电路组成的，并且输出与输入之间不存在反馈电路和不含有记忆延迟单元的逻辑电路，可用图2-8框图来描述组合逻辑电路。组合电路X0XiXm-1Y0YjYn-1图3-8 组合逻辑电路一般框图一个组合逻辑电路可以有多个输入，如m个输入；也可以有多个输出，如n个输出。因为组合逻辑电路中不存在反馈电路和记忆延迟单元，所以，某一时刻的输

33、入决定这一时刻的输出，与这一时刻前的输入（过程）无关。换句话说，即当时的输入决定当时的输出。组合逻辑电路的输出和输入关系可用逻辑函数来表示。即 Yj（t）= fj（X0（t），X1（t），Xi（t），Xm-1（t）。或写为 Yj = Fj（X0，X1，Xi，Xm-1）。 在数字集成产品中有许多具有特定组合逻辑功能的数字集成器件，称为组合逻辑器件（或组合逻辑部件）。3.3.1 编码器组合逻辑部件中的编码器是对输入赋予一定的二进制代码，给定输入就有相应的二进制码输出。常用的编码器有二进制编码器和二十进制编码器等。所谓二进制编码器是指输入变量数（m）和输出变量数（n）成2n倍关系的编码器，如有4线/

34、2线，8线/3线，16线/4线的集成二进制编码器；二十进制编码器是输入十进制数（十个输入分别代表09十个数）输出相应BCD码的10线/4线编码器。3.3.2 译码器译码是编码的逆过程，所以，译码器的逻辑功能就是还原输入逻辑信号的逻辑原意。按功能，译码器有两大类：通用译码器和显示译码器。1) 通用译码器这里通用译码器是指将输入n位二进制码还原成2n个输出信号，或将一位BCD码还原为10个输出信号的译码器，称为二线四线译码器，三线八线译码器，四线十线译码器等。2) 显示译码器显示译码器是将输入二进制码转换成显示器件所需要的驱动信号，数字电路中，较多地采用七段字符显示器。5G4511为CMOS 7段

35、显示译码器，具有锁存/译码/驱动功能。其管脚名称和功能如图2-9所示，为灯测试端，为灯熄灭端，LE为锁存使能端。表3-2列出了4511的逻辑功能。从表3-2可以知道， = 0（低电平有效）时，所有字段亮，实现灯测试功能。 = 0（低电平有效）时，所有字段熄灭，实现消隐功能。在和均为高电平时，4511实现BCD译码显示功能。此时，锁存使能LE端（高电平有效）信号决定译码显示内容。LE = 1，显示LE上跳时锁存入4511内锁存器的输入BCD码字符，以后输入变化显示内容不变；LE = 0，显示输入端此时输入的BCD码相对应的字符，但只能显示字符“0”“9”。利用4511的锁存功能，多个7段译码器可

36、以LT BI LE DCBA Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg 输 入输 出显示字符1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

37、1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 X X X X * *1 0 X X X X X 0 0 0 0 0 0 0 0 X X X X X X 1 1 1 1 1 1 1 表3-2 7段显示译码器451真值表值表实现数据线共享。图3-9（

38、b）所示符号图中，总限定符号是BCD/7SEG，也就是说只能对BCD码进行译码显示。关联信号V11为1，即外部输入为0时，受影响输出YaYg置1，实现灯测试功能。关联信号G10为0，即外部输入为0时，受影响输出YaYg置0，实现灭灯功能。控制信号C9为1，即LE为0时，受影响单元9D（寄存器）寄存输入数据；C9为0时，寄存器数据不变。符号图描述的功能与表3-2一致。BCD/7SEGT1V11G10C99D1248a10,11b10,11c10,11d10,11e10,11f10,11g10,1134571261312111091514YaYbYcYdYeYfYgABCDLTBILE712634

39、59101112131514(a) 方框图 (b) 符号图 图3-9 CMOS7段译码器45113.4 显示部分在数字系统中，经常要用到字符显示器。目前，常用字符显示器有发光二极管LED字符显示器和液态晶体LCD字符显示器。发光二极管是用砷化镓，磷化镓等材料制造的特殊二极管。在发光二极管正向导通时，电子和空穴大量复合，把多余能量以光子形式释放出来，根据材料不同发出不同波长的光。发光二极管既可以用高电平点亮，也可以用低电平驱动，分别如图3-10（a）和（b）所示。LED“0”R+VCCLEDR“1”（a）高电平驱动 （b）低电平驱动图3-10 发光二极管驱动电路其中限流电阻一般几百到几千欧姆，由

40、发光亮度（电流）决定。将七个发光二极管封装在一起，每个发光二极管做成字符的一个段，就是所谓的7段LED字符显示器。根据内部连接的不同，LED显示器有共阴和共阳之分，如图3-11所示。abg公共电极abg公共电极abcdefg（a）字段排列 （b）共阴极LED （c）共阳极LED图3-11 7段字符显示器所示。由图可知，共阴LED显示器适用于高电平驱动，共阳LED显示器适用于低电平驱动。由于集成电路的高电平输出电流小，而低电平输出电流相对比较大，采用集成门电路直接驱动LED时，较多地采用低电平驱动方式。3.5 5G1413、D触发器3.5.1 达林顿驱动器七路达林顿驱动器阵列5G1413，它是反

41、相器件，当输入1，输出为0，当输入0，输出为1。我在本次设计中将它用作驱动显示。内部结构如图3-12所示。图3-12 5G1413的内部结构3.5.2 D触发器维持-阻塞D触发器是在时钟脉冲CP上升沿触发的一种，图3-13（a）是其逻辑电路，图3-13（b）是逻辑符号，逻辑符号中D的小矩形代表“与”门，为 了扩展触发器的功能，往往制作多个D输入端，D=D1D2。表3-14给出了D触发器的真值表，表3-15是其激励表，图3-16是D触发器的状态转换图。根据表3-14得D触发器的状态转换方程为Qn+1=D。D触发器在本设计中的作用是输入电压过量程时让屏幕闪烁。（a）逻辑电路 （b）逻辑符号图3-1

42、3 维持-阻塞D触发器表3-14 D触发器的真值表 表3-15 D触发器的激励表 图3-16 D触发器的状态转换图第4章 三位半数字电压表的总体设计5G14433的典型应用是加少量外围芯片构成三位半数字电压表。按照所采用的显示方式可以分共阴极LED显示、共阳极LED显示、荧光数码管和液晶显示等几种。现通过共阴极LED显示的三位半数字电压表的电路组成和工作原理简要介绍5G14433的使用。4.1 电路组成图4-1为三位半LED数字电压表的电路原理电路。图中系统电源为=+5V， =-5V。5G14433的基准电压由+2.5V基准电源5G1403提供，利用电位器调节可以得到200mV和+2V的基准电

43、压。5G14433的工作时钟为如果选用0.1uF的积分电容，则当=+2V时，积分电阻值为470K；当=+200mV时，积分电阻值为27K。图4-1 5G14433构成的3 位半数字电压表4.2 工作过程被测电压输入A/D转换器后，在位选信号有效期间,端依次输出09十个数字之一的BCD码，通过5G14433译码，转换为显示转换器的段驱动信号。数字输出采用动态扫描显示方式，控制5G14433的达林管轮流导通，产生显示器的位驱动信号。显示屏的千位只接b,c两段，小数点通过200电阻接成常亮状态，负号“-”段由符号位控制。当被测电压为正值时，输出高电平，通过5G14433中的一只复合管流向“-”号段的

44、电流旁路，使该段熄灭。当被测电压超过基准电压时，过量程信号为低电平，允许CO43中一只触发器工作，该触发器对EOC信号进行2分频，使5G1413的消隐端BI（BLANKING）的电平时高时低，从而使显示数字闪烁，指示过量程状态。在一般电压测量中，EOC直接接DU端。这样，每个测量周期的结果都及时的显示。如果需要电压表保持某一时刻的测量结果不变，可在EOC和DU间接一个开关，测量时把开关接通。断开开关，则可实现数据的保持。 关于自动转换量程图4-2 自动转换量程电路自动转换量程可以加快测量速度，提高测量准确度，实现测量自动化。图4-2为采用5G14433双积分转换器时的自动转换量程的电路原理图。

45、由图可知，在为“1”时，如果和都为“1”，应选择低量程档，D触发器的数据输入为“1”时，在由10时，Q为“1”，使+0.2V基准电压接通，断开+2V基准电压。过量程时,和有一个“0”，则D触发器的输出为“0”，接通+2V基准电压，同时将电阻并入积分电路，改变积分时间常数。提高小信号工作稳定性的几项措施：5G14433采用双积分原理，工作稳定性是比较高的。但是在采用0.2V量程测量小信号时，也会从测量现场的信号源，电源引进噪声干扰，造成工作不稳定。应采取以下措施提高芯片小信号工作时的稳定性。(1)时钟频率为工频的整数倍，以提高抑制工频干扰的能力。比如可以选用=50kHz， =750kHz左右，具

46、体数值由调试确定。(2)信号输入线尽量短，并加一级T型RC滤波器，以抑制干扰，消除噪声。(3)，取6较好，不能低于5V。(4)电源采用退耦处理，使其纹波尽可能小。第5章 PCB板图设计PCB（Printed Circuit Board），中文名称为印制线路板，简称印制板，是电子工业的重要部件之一。几乎每种电子设备，小到电子手表、计算器，大到计算机，通讯电子设备，军用武器系统，只要有集成电路等电子元器件，为了它们之间的电气互连，都要使用印制板。在较大型的电子产品研究过程中，最基本的成功因素是该产品的印制板的设计、文件编制和制造。印制板的设计和制造质量直接影响到整个产品的质量和成本，甚至导致商业竞

47、争的成败。 在设计中，布局是一个重要的环节。布局结果的好坏将直接影响布线的效果，因此可以这样认为，合理的布局是PCB设计成功的第一步。布局的方式分两种，一种是交互式布局，另一种是自动布局，一般是在自动布局的基础上用交互式布局进行调整，在布局时还可根据走线的情况对门电路进行再分配，将两个门电路进行交换，使其成为便于布线的最佳布局。在布局完成后，还可对设计文件及有关信息进行返回标注于原理图，使得PCB板中的有关信息与原理图相一致，以便在今后的建档、更改设计能同步起来, 同时对模拟的有关信息进行更新，使得能对电路的电气性能及功能进行板级验证。布局过程中要考虑整体美观，一个产品的成功与否，一是要注重内

48、在质量，二是兼顾整体的美观，两者都较完美才能认为该产品是成功的。在一个PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉。布局完以后要进行检查，检查过程中要认真考虑以下问题：（1）印制板尺寸是否与加工图纸尺寸相符？能否符合PCB制造工艺要求？有无定位标记？（2）元件在二维、三维空间上有无冲突？（3）元件布局是否疏密有序，排列整齐？是否全部布完？（4）需经常更换的元件能否方便的更换？插件板插入设备是否方便？（5）热敏元件与发（6）元件之间是否有适当的距离？（7）调整可调元件是否方便？（8）在需要散热的地方（9）装了散热器没有？空气流是否通畅？（10）信号流程是否顺畅且互连最短？（1

49、1）插头、插座等与机械设计是否矛盾？（12）线路的干扰问题是否有所考虑？完成布局以后要进行布线，PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。布线的方式也有两种：自动布线及交互式布线，在自动布线之前，可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。 自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定， 包括走线的弯曲次数、导

50、通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线，快速地把短线连通， 然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开已布的线。 并试着重新再布线，以改进总体效果。对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了， 它浪费了许多宝贵的布线通道，为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技术，它不仅完成了导通孔的作用， 还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善，PCB 板的设计过程是一个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会， 才能得到其中的真谛。布线设计完成后，

51、需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查有如下几个方面：（1）线与线，线与元件焊盘，线与贯通孔，元件焊盘与贯通孔，贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。（2）电源线和地线的宽度是否合适，电源与地线之间是否紧耦合（低的波阻抗）？在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。（3）对于关键的信号线是否采取了最佳措施，如长度最短，加保护线，输入线及输出线被明显地分开。（4）模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线。根据以上的PCB设计原则，本次三位半数字电压表的PCB设计图如下图5-3所示。图5-3 三位半数字电压表的PC

52、B图千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。“结论”以前的所有正文内容都要编写在此行之前。结论电压表主要是由三位半双积分A/D转换器5G1443，BCD-锁存/译码/驱动器5G4511，反响器5G1413构成的。显示部分主要采用了发光二极管LED显示。D触发器的主要功能是当输入电压为过量程时使显示部分闪烁，指示过量程状态。 在设计当中充分了解了构成电压表的各个芯片的功能及其电压表的工作原理。通过毕业设计，综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题，在作毕业论文的过程中，所学知识得到疏理和运用，它既是一次检阅，又是一次锻炼。致谢感谢。参考文献1 赵保经.中国集成电路大全-CMOS集成电路M

53、.北京：国防工业出版社，1985：459-600.2 蔡明生.电子设计M.北京：高等教育出版社，2003：74-83.3 彭介华.电子课程设计指导M.长沙：高等教育出版社，1997：177-181.4 何小艇.电子系统设计M.杭州：浙江大学出版社，1998：209-216.5 肖景和.CMOS数字电路应用M.北京：中国电力出版社，2005：276.6 蔡惟铮.集成电子技术M.北京：高等教育出版社，2004：112-124.7 陈澎，曾永和.电子技术M.长沙：湖南大学出版社，2004：318-320.8 杨振江，蔡德芳.新型集成电路使用指南与典型应用M.西安：西安电子科技大学出版社，132-13

54、6.9 高维坤，史先武，王秀山.现代电子工艺技术指南M.北京：科学技术文献出版社，2001：86.10 黄继昌.电子元器件应用手册M.北京：人民邮电出版社，2000：151-154. 11 何希才.新型集成电路及其应用实例M.北京：科学出版社，2004：171-178.12 王克义.李洁.电子技术与数字电路M.北京：北京大学出版社，1995：297-301.13 马建国.电子系统设计M.北京：高等教育出版社，2003：297-320.14 彭利标.电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2001：223-225.15 浙江大学电工电子基础教学中心电工学组，张伯克.应用电子学M，杭州：浙江大学出版

55、社.2003：307-315.16 杨红孺.电子技术基础-数字电路M.哈尔滨：哈尔滨地图出版社，2003：110-127.17 罗华.电子技术基础-模拟电路M.哈尔滨：哈尔滨地图出版社，2003：14-16.18 TMS320C54xOPtimizingCComPilerUser5Guide.TexasInstrumentsIne.199719 ADS1210DataManual.BBCorP，199720 MSC1210DataManual.TICorP，2002附录A（外文原文）Digital voltage meter introducedDigital voltage meter fr

56、om the A / D conversion, data processing and display control of the measurement range of 0 25.5V input voltage value, from a total of three digital tube 7 overcast scan showed that the maximum resolution of 0.1V, the error ± 0.05V. The core digital voltage meter for AT89S51 MCU and ADC0809 A /

57、D conversion chip. ADC0809 chip latch function with 8-channel analog signal input switch 8 input analog signal conversion time, with multi-way switches and latches the address decoding circuit, 8-bit A / D converter, and a three-state such as the output latch. Different from the single-chip channel

58、select control input analog signal to the ALE (address latch side) to choose a positive pulse signal of the address latch signal to start A / D analog-to-digital conversion, when the A / D conversion after the end of, EOC HIGH-ended output, single-chip began to read the A / D conversion data. Single

59、-chip microcomputer for data processing, the binary number as a decimal number into the BCD code, the final adoption of the dynamic scan 4511BCD decoder digital display drive voltage. By adjusting the potentiometer input to achieve a wider range of voltage measurement, but accuracy will be reduced a

60、ccordingly, the error will increase accordingly.Referred to as digital voltage meter DVM, it is a digital measurement technology, the continuous analog (DC input voltage) into a non-continuous, discrete digital form and the instrument display. Digital voltage meter since its inception in 1952, with the rapid development of electronic technology, especially now, as measuring instruments, analog instructions digital instruments as well as automatic measurement