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1、 毕 业 设 计 论 文基于TC14433数字电压表设计与实现 齐会杰 指导老师姓名： 房曙光 专 业 名 称： 电气自动化班 级 学 号： 09137111 论文提交日期： 论文答辩日期：年 月 日摘 要本数字电压表所采用的芯片是TC14433。该简易数字电压表可以测量02V范围内的输入电压值，并在4位LED数码管上轮流显示或单路选择显示。另一方面，精度也从0.1%提高到了现在的0.01%0.005%，而且从实验空用的高价的所谓的样品开始已发展到了现在厂矿企业广为利用的所谓的廉价型，进而出现了能够用于安装板上作指示仪表的安装型。本文首先对基于TC14433数字电压表的背景和国际研究做了简要概
2、述，让人们更直观的发现该设计的优点。接着介绍了TC14433的引脚功用和一些元件的作用，对电路的原理和结构做了简要的说明，并且通过DS1DS4控制数码管将电压值显示在LED数码管上，还提供了一些设计所需的理论数据，最后总结了故障的测试方法和结论。该项设计具有广泛的发展前途，相信在今后的舞台上会占有一席之地。本设计详细描述了数字电压表的测试与显示。其主要器件为芯片TC14433，用TC14433完成电压电压的AD转换，再经过CD4543B译码,用一个反相驱动器1413芯片驱动数码管显示. 即CD4543B锁存译码和共阳极LED发光数码管组成是将被测模拟量转换为数字量，并进行实时数字显示的系统。关
3、键词： TC14433 AD转换 数码管显Abstract The digital voltmeter of the chip is TC14433 chip, the chip has small volume, light weight, low cost advantages. This simple digital voltmeter can measure 0 2 V within the scope of the input voltage values, and in the four LED digital display or taking turns on the sing
4、le option to show. On the other hand, the precision can also increased from 0.1% to 0.01% now-0.005%, and from the experiment with the high price of empty the sample of the so-called has now widely use of mines the so-called cheap type, and can be used to install board appeared on the installation i
5、nstructions type.This paper based on TC14433 digital voltmeter background and international research is briefly introduced, and let people more intuitive found that the design advantages. Then it introduces the TC14433 pin function and some components function, to the circuit principle and structure
6、 did briefly, and through the DS1-DS4 control digital tube will be displayed in voltage LED digital tube, and also provides some design in the required theoretical data, finally summarized the fault of the testing method and the conclusion. The design has wide development outlook, believe that in th
7、e future holds a place on the stage. This design detailed descriptions of the digital voltmeter test and display. The main device for chip TC14433, complete with TC14433 voltage voltage of A D conversion, and then after CD4543B decoding, with A reverse phase drive 1413 chip drive digital pipe displa
8、y. That is CD4543B latch-decoding of anode and LED digital tube composition is being measured analog conversion for the digital quantity, and the real-time digital display system. Key words: TC14433 A D convert digital pipe display目 录摘 要2第一章 绪 论51.1研究背景及意义51.2国内外研究现状51.3课题研究方法6第二章 电路原理和硬件实现72.1电路工作原
9、理72.2 各部分电路图实现分析92.2.1 转换模块92.2.2 显示模块92.3 各元器件的介绍102.3.1 TC14433详细说明102.3.2 TC14433引脚说明112.3.2 CD4543和MC1413引脚及功能介绍132.3.3 MC14013引脚及功能介绍142.3.4 数码管的介绍14第三章 系统调试与结果153.1 系统调试153.1.1 电路的测量153.1.2 设计的调试163.1.2总结设计电路的特点及方案的优缺点163.2 实验结果16结 论18致 谢19参 考 文 献20附 录 一21附 录 二 22第一章 绪 论1.1研究背景及意义电压表已有100多年的发展
10、历史,虽然不断改进与完善,仍无法满足现代电子测量的需要。近20年来，微电子技术、计算机技术、集成技术、网络技术等高新技术得到了迅猛发展。这一背景和形势，不断地向仪器仪表提出了更高、更新、更多的要求，如要求速度更快、灵敏度更高、稳定性更好、样品量更少、遥感遥测更远距、使用更方便、成本更低廉、无污染等，同时也为仪器仪表科技与产业的发展提供了强大的推动力，并成了仪器仪表进一步发展的物质、知识和技术基础。数字电压表自1952年问世以来,显示出强大的生命力,现已成为在电子测量领域中应用最广泛的一种仪器.数字电压表可以显示清晰,直观,读数准确,准确度高,分辨力高,测量范围广,扩展能力强.测量速度快,输入阻
11、抗高,集成度高,微功耗和抗干扰能力强等有点独占电压表产品的鳌头.本设计采用TC14433芯片进行A/D转换（adc,analog to digital converter），具有体积小，重量轻，成本低等优点。该简易数字电压表可以测量02V范围内的输入电压值，并在4位LED数码管上轮流显示或单路选择显示。 1.2国内外研究现状1952年由美国NLS公司所研制的比较型DVM最旱出现于世界的DVM了.它是一种将被测电压变换为时间间隔，并以此时间间隔去驱动脉冲发生器，由计数器读取其脉冲数的类似现代计数式的变换装置。它的特点是直接控制振荡器。目前数字电压表正进入一个蓬勃发展的新时期。一方面它开拓了电子测
12、量领域的先河，另一方面它本身正朝着高准确度，智能化，低成本的方向发展。随着A/D变换器的广泛应用，电位差计的自动化向题就提到日程上来了。于是，作为自动化的措施，逻辑电路采用了电话机用的继电器。若将变换速度置于次要位置，那么在晶体管还没被普及的当时这种逻辑电路确实用起来是很方便的。因而具有这种逻辑电路的逐次比较型DVM的性能已达到了四位显示，精度为0.05%，测量速度为0.5秒，极性和量程转换都为自动的地步。数字电压表的新产品总是依托新技术而问世的。近些年来，新技术的涌现，不断的被采用，迅速转化成生产力。集成电路强大的生命力在于应用。目前国内外都在积极开发供数字仪表使用的单片专用IC，为研制高性
13、价比数字电压表以及智能仪器创造了条件。采用多重显示仪表能同时显示同一被测信号的两种不同参数，例如交换电压值与频率值。近年来，电子模块，电子模板，表面安装元件，超小型集成电路等新器件正越来越广泛的用于数字电压表中。此外，数字电压表在安装工艺，外观设计，安全性，可靠性等方面也在不断改进，日趋完善。1.3课题研究方法 根据数字电路课程设计要求，在指定时间内系统的完成电路的设计、组装以及调试。一、选题，根据数字电路技术基础课本大纲的要求，在网上搜集课题，筛选出能够体现和运用数字电路基本知识点的选题，确定设计方向。二、根据选题进行思考，找出选题涉及的知识点，根据工作原理和相关专业知识，做到理解透彻，理清
14、设计思路。三、系统的对选题进行有层次的设计，画出初始电路图，再进一步的改进。四、根据电路图连线、调试，使电路完成预期的设计要求和功能，并使电路达到最好的运行状态。 本文设计主要由TC14433芯片，4543芯片，14043芯片，1413芯片，四位七段数码管，输出正负5V的电源电路等相关器件，组成的直流电源电压的显示电路。目的是精确测量很小直流电压的值。其主要器件为芯片TC14433，完成电压的AD转换，再经过CD4543B译码,用一个反相驱动器1413芯片驱动数码管显示. 即CD4543B锁存译码和共阳极LED发光数码管组成是将被测模拟量转换为数字量，并进行实时数字显示的系统。第二章 电路原理
15、和硬件实现2.1电路工作原理 电路的基本框图如下：七段译码驱动器数码管显示A/D转换器基准电压Vx显示控制译码控制 图2.1b 电路的基本框图以TC14433为核心的进行直流电源电压的显示设计。电源是为TC14433芯片提供正负5V电压。TC14433是一种双积分A/D转换器积分器输出比较器的阈值电压降低。在这时间，数量相当于计数输入失调比较器的电压偏移存储在锁存以备后用的自动调零的过程。被测直流电压Vx经A/D转换后以动态扫描形式输出，数字量输出端Q0、Q1、Q2、Q3上数字信号（8421码）按照时间先后顺序输出。位选信号DS1、DS2、DS3、DS4分别控制着千位、百位、十位和个位上的4只
16、数码管的公共阳极。数字信号经七段译码器4543译码后，驱动4只数码管的各段阳极。这样就把A/D转换器按时间顺序输出的数据以扫描形式在4只数码管上依次显示出来，由于选通重复频率较高，工作时从高位到低位以每位每次约300的速度循环显示。即一个4位数的显示周期是1.2ms，所以人的肉眼就能清晰地看到4位数码管同时显示3位半十进制数字量。1 双积分A/D转换器(1).转换方式 ：V-T型间接转换ADC。输入的模拟电压信号变换成易于准确测量的时间量，然后在这个时间宽度里用计数器计时，计数结果就是正比于输入模拟电压信号的数字量。 (2).电路结构 :图-1是这种转换器的原理电路， 积分器A1:定时信号控制
17、开关S2,Qn为不同电平时，极性相反的输入电压Vx和参考电压 VREF将分别加到积分器的输入端，进行两次方向相反的积分，积分时间常数=RC。 过零比较器A2:确定积分器的输出电压V0过零的时刻, V00时比较器输出VC为低电平；当V0VREF时，输出为低电平。12. Pin16、17、18、19(DS4、DS3、DS2、DS1)多路选通脉冲输出端。DS1、DS2、DS3和DS4分别对应千位、百位、十位、个位选通信号。当某一位DS信号有效（高电平）时，所对应的数据从Q0、Q1、Q2和Q3输出，两个选通脉冲之间的间隔为2个时钟周期，以保证数据有充分的稳定时间。 13.Pin20、21、22、23(
18、Q0、Q1、Q2、Q3)BCD码数据输出端。该A/D转换器以BCD码的方式输出，通过多路开关分时选通输出个位、十位、百位和千位的BCD数据。 14. Pin24(VDD)正电源电压端。2.3.3 CD4543和MC1413引脚及功能介绍(1) CD4543内部原理框图(2) CD4543引脚介绍图2.3.2a 4543引脚图CD4543是BCD锁存/七段译码/驱动器，有灯测试功能；有消隐输入端；以异或门作输出级，可方便地驱动LCD： DA to DD 地址（数据）的输入PH 三相输入BI 消隐输入 LD 锁禁用输入Oa to Og 部分输出(2) MC1413的引脚介绍MC1413采用NPN达
19、林顿复合晶体管的结构，因此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OC门）。MC1413电路结构和引脚排列如图5所示，它采用16引脚的双列直插式封装。每一驱动器输出端均接有一释放电感负载能量的抑制二极管1413是反相驱动器，他的功能是用各种电路的后级驱动设备，对前级电路的影响很小。图 MC1403引脚排列 图 MC1413引脚排列和电路结构图2.3.4 MC14013引脚及功能介绍14013是一个双D触发器的芯片。在此设计中只选用了一个的触发器，另一片在保持状态。VDD
20、是芯片供电电压5V输入端。S1预置数端和VSS一同作为接电源负电源。3脚作为14433提供的脉冲输入端。1脚Q1作为触发器输出端，控制4543芯片的消隐端。4脚作为清零端，我们是采用接受芯片14433的15脚过量程标志端输出电平决定是否进行清零。在此我们把14013作为二分频使用。图2.3.3 14013的引脚图 表2.3.3 14013真值表2.3.5 数码管的介绍内部的四个数码管共用adp这八根数据线，为人们提供了方便，因为里面有四个数码管，所以她有四个公共端，加上adp，共有12个引脚。引脚的排列是依次从左下脚的那个脚开始，以逆时针方向依次为112脚。本设计中选用的是共阳极数码管。12
21、9 8 6公共脚图2.3.4 共阳集数码管的引脚图第三章 系统调试与结果3.1 系统调试3.1.1 电路的测量（1）交、直流电流的测量 根据测量电流的大小选择适当的电流测量量程和红表笔的插入孔，测量直流时，红表笔接触电压高一端，黑表笔接触电压低的一端，正向电流从红表笔流入万用表，再从黑表笔流出，当要测量的电流大小不清楚的时候，先用最大的量程来测量，然后再逐渐减小量程来精确测量。(2)电阻的测量 红表笔插入“V/”插孔中，根据电阻的大小选择适当的电阻测量量程，红、黑两表笔分别接触电阻两端，观察读数即可。特别是，测量在路电阻时（在电路板上的电阻），应先把电路的电源关断，以免引起读数抖动。禁止用电阻
22、档测量电流或电压（特别是交流220V电压），否则容易损坏万用表。 (4) 短路检测 将功能、量程开关转到“）”位置，两表笔分别测试点，若有短路，则蜂鸣器会响。经多次检测确保电路准确无误后（无元件焊接错误短路等现象），方可接上220V交流电源，再进行通电检测，然后测试变压电流以及整流电压,并用万用表检测出TC14433芯片各引脚的电压参数和4543接收元件的各脚电压。在此过程中如果电路工作有异常情况，首先应该对出现故障的地方进行检测，使用万用表对故障点进行一步一步的检测，分析故障的原因所在，利用自己的专业知识对故障进行解决排除。如果不能解决的话，再向上一一地分析推理，直到找到问题的关键所在，对其
23、进行修改调试。并总结出调试过程中的得失，从而丰富自己以后的工作经验。3.1.2设计的调试在连接线路完毕之后，出现了很多问题。1.数码显示部分的组装与调试上出现失误，由于插线时没有插好，造成第一次测试时没有显示，因此又重新进行了一次插线，第二次按照线路图插好后数码管显示不是很稳定，因为接触不良，又进行了第三次插线，此次数码管才显示成功。数码管不能正常显示的状况，经检验发现主要是由于接触不良的问题，主要是线的接触不良，在实验中，数码管有几段二极管时隐时现，显示不够稳定，甚至有时会消失。用电源对数码管进行检测，发现二极管能正常显示的，再用万用表欧姆档检测每一根线是否接触良好，在检测过程中发现有几根线
24、有时能接通，有时不能接通，把接触不好的线重新接过后发现能正常显示了。2.在插入10K的滑动变阻器时由于没有将滑动段和测试段进行检测，造成插入错误，使得通路受阻，显示管没有显示数值。后用万用表欧姆档检测以确定其端口，以便正确插入。3.是其中有一条线路上的的电阻于插孔接触不良，造成电路不通，后经检查线路，发现了其中的问题，并纠正。3.1.3总结设计电路的特点及方案的优缺点本电路基本实现了数字电压表的基础功能，具有显示电压的功能。测试时较准确，直观，显示也较稳定。本电路还是存在不足之处的。1. 为了使课设在较短时间内完成，因此我们的数字电压表是很简单的，它的测量范围为1.999V+1.999V，测量
25、范围小，不能测试较大的电压。 2.由于电路是在面包板上进行插线的，线路有些繁杂，在接线完成后面包板上显得有些凌乱。3.2 实验结果通电后电路一切都正常运行，数码管也显示电压数值。但它显示的电压值与实际不符，当大于1V时，数码管的千位显示的并不是1。这是什么原因呢？原理图上带正负的数码管买不到，用四位七段数码管代替导致参数不匹配问题。 在调试时送入直流电压大于2V时,数码管显示超量程，大于1V的直流电压时第一位数码管显示4,F和G、B和C管亮，表示大于1V；送入一个小于1V大于0V的的电压时第一位数码管不亮。我们带着问题去分析问题的所在，最后会发现，该电路只能检测小于1.999V的直流电压，虽然
26、还有一点误差，但已在要求范围内了。下图为测量的实物图。图3.2 实物显示图结 论数字电子电路是一门实践性很强的课程。它的开设是为了使学生掌握数字电子电路的基本工作原理、分析方法和基本技能，为深入学习后续课程和从事有关电子技术方面的实际工作打下基础。 数字电路课设更是为了让学生掌握实践知识。这次数字电路课程设计历时一个星期，经过一个星期的实践和体验下来，我学到的不仅是那些数电知识，更多的是团队和合作。在这次实践中我明白了课程设计对我们的意义，实践操作的重要，实践使我们意识到数电课设中电路的连接是需要耐心和细心的，可能一个不小心的线路连接就造成之前的努力都付之东流，使实验失败。在此过程中，我们充分
27、利用这次课程设计，充分利用这段时间，不断补充新的温习旧的知识，充分的发挥了我们的主动性，使我们自主的学习，不断充实自己也让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，更重要的便是同学间的团结了。在整个课程设计中，我们充分利用所学知识，我们每个人都了解到的学习不应该只局限于我们的课本，因为课本上告诉我们的只是很有限的一部分，所涉及的面也是狭窄的。但是怎样在有限的范围内学习到无限的知识呢？那就要我们自己懂的竞争，懂的自学，懂的充分利用身边的任何资源，懂得与其他同学的合作。应该说，我们在这次的课程设计中学到了很多知识，这并不仅仅包括书本上的知识，更重要的是我们学会了
28、如何去和别人交流，怎样用语言去实现自己的想法，在这个过程中我们明白了团队精神的重要性和不耻下问的精神。虽然我们的数电设计是数电书有的，但我们也竭力将它设计出来，也愿将所获得的信息变成自己的资源，我们动手操作，在了解和看懂的基础上有所改变和创新，但是在我们的设计中还有部分的不足，需要加以更新，我们的设计也只是数字电路中很小的一部分，并不能将所学的知识充分利用起来，这也是不足的地方。同时，通过这次课程设计，我们都意识到了自己在动手实践上还存在弱势，我们知道了实践操作对学习是很重要的，只有通过实际操作才能充分的了解自己的不足并掌握知识。相信通过这次的课程设计，更让我们深刻意识到自己在学习中的弱点，同
29、时也找到了克服这些弱点的方法，这也是一笔很大的资源。在以后的时间中，我们应该利用更多的时间去动手实验，相信实际操作会让我们的动手能力得到很大的提高同时实践可以使我们掌握知识，并在掌握的基础上得到提高。致 谢第一次接到论文题目的时候，我们都很担心自己没有能力完成，但是这毕竟是我们大学生活最重要的时刻，我们必须认真对待，完成设计。在论文的写作过程中我们遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师房曙光老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助
30、和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！参 考 文 献1 刘德进 模拟电子技术的课程设计 无锡商业职业技术学院2 杨志忠 数字电子技术 高等教育出版社 2003年12月3 网站 http:/ 4 网站 5 唐德洲，邱寄帆 数字电子技术 重庆大学出版社，2002.086 李铃 数字电路与逻辑设计. 北京 电子工业出版社附 录 一显示电路的元件清单：元器件名称型号数量稳压片78051芯片及底座144331芯片及底座45431芯片及底座14132芯片及底座140131数码管四位七段共阴集1电容1uf2电容0.1uf5电容50uf1电阻300千欧1电阻150欧7电阻470千欧1三极管NPN4附 录 二实物图如下：
