數(shù)字直流電壓表施工設(shè)計(jì)方案及對(duì)策

1、-PAGE . z. . - -可修編- -數(shù)字直流電壓表課程設(shè)計(jì)報(bào)告目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc13549 數(shù)字直流電壓表課程設(shè)計(jì)報(bào)告 PAGEREF _Toc13549 1 HYPERLINK l _Toc14243 目 錄 PAGEREF _Toc14243 1 HYPERLINK l _Toc5282 前言 PAGEREF _Toc5282 1 HYPERLINK l _Toc14705 1.總體設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc14705 2 HYPERLINK l _Toc5647 1.1數(shù)字直流電壓表方案 PAGEREF _Toc5647 2

2、 HYPERLINK l _Toc25545 1.1.1運(yùn)用單片機(jī)制作直流電壓表方案 PAGEREF _Toc25545 2 HYPERLINK l _Toc16848 1.1.2 運(yùn)用數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)字直流電壓表方案 PAGEREF _Toc16848 2 HYPERLINK l _Toc15435 2. 單元模塊設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc15435 4 HYPERLINK l _Toc4244 2.1直流電壓表電路模塊設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc4244 4 HYPERLINK l _Toc1080 2.1.1 基準(zhǔn)電源MC1403 PAGEREF _Toc1080 5 HYPERLINK

3、 l _Toc25792 2.1.2 A/D轉(zhuǎn)換器MC14433 PAGEREF _Toc25792 6 HYPERLINK l _Toc10748 2.1.3 顯示電路 PAGEREF _Toc10748 10 HYPERLINK l _Toc6721 2.1.4讀數(shù)保持電路 PAGEREF _Toc6721 12 HYPERLINK l _Toc27703 2.2 系統(tǒng)整體硬件電路 PAGEREF _Toc27703 12 HYPERLINK l _Toc9717 2.2.1 整體硬件電路 PAGEREF _Toc9717 12 HYPERLINK l _Toc25097 3.系統(tǒng)功能 P

4、AGEREF _Toc25097 14 HYPERLINK l _Toc18768 3.1 仿真軟件介紹 PAGEREF _Toc18768 14 HYPERLINK l _Toc31394 3.1.1 仿真電路圖 PAGEREF _Toc31394 14 HYPERLINK l _Toc17444 3.2 調(diào)試現(xiàn)象及結(jié)論 PAGEREF _Toc17444 16 HYPERLINK l _Toc22118 3.3 安裝總調(diào) PAGEREF _Toc22118 16 HYPERLINK l _Toc32185 4.設(shè)計(jì)總結(jié) PAGEREF _Toc32185 18 HYPERLINK l _T

5、oc11816 5.參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc11816 19-. z.前言隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子行業(yè)經(jīng)常需要測(cè)量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測(cè)量?jī)x器。何況在電量的測(cè)量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個(gè)被測(cè)量，其中電壓量的測(cè)量最為經(jīng)常。數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter）簡(jiǎn)稱DVM，它是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流或交流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便、精度高、誤差小、靈敏度高和分辨率高、測(cè)量速度快等特點(diǎn)而倍受青睞。本次我們所做的課程設(shè)計(jì)就是基于數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)的一個(gè)電子產(chǎn)品。

6、本人對(duì)自己的設(shè)計(jì)作品從各個(gè)角度分析了由A/D轉(zhuǎn)換器組成的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)過程及各部分電路的組成及其原理，并且分析了數(shù)模轉(zhuǎn)換進(jìn)而使系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)的原理及方法。通過自身實(shí)踐提高了動(dòng)手能力，也只有親歷親為才能收獲掌握到已經(jīng)學(xué)過的知識(shí)。其實(shí)也為建立節(jié)約成本的意識(shí)有些幫助，本人并沒有采用單片機(jī)模塊，而是直接采用A/D轉(zhuǎn)換，在MC1433系列找塊帶顯示譯碼并帶A/D轉(zhuǎn)換的片子并不難，相對(duì)于單片機(jī)有成本上的優(yōu)勢(shì)，但這里同時(shí)也牽涉幾個(gè)問題：精度、位數(shù)、速度、還有功耗等不足之處，這些都要慎重考慮。這些也是在這次實(shí)踐中收獲的吧！1.總體設(shè)計(jì)方案1.1數(shù)字直流電壓表方案1.1.1運(yùn)用單片機(jī)制作直流電壓表方案用ICL7

7、135與AT89C52單片機(jī)構(gòu)成電壓表系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)方法。優(yōu)點(diǎn)： CL7135的串行方式在實(shí)踐中的應(yīng)用效果很好。與并行方式相比，其突出的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、程序簡(jiǎn)潔、占用單片機(jī)的資源少、可提高抗干擾能力，同時(shí)可提高儀器的檢測(cè)可靠性，并且可在不添加任何擴(kuò)展口線器件的情況下使系統(tǒng)的成本得到降低。 基本結(jié)構(gòu)圖：圖1結(jié)構(gòu)圖定時(shí)器T0所用的CLK頻率是系統(tǒng)晶振頻率的1/12。因此可利用單片機(jī)（AT89C52）的ALE信號(hào)作為ICL7135的脈沖（CLK）輸入。但要注意，若指令中不出現(xiàn)MOV*指令，ALE端產(chǎn)生的脈沖頻率將是晶振的1/6。至此，便可找到定時(shí)器所使用的頻率與單片機(jī)系統(tǒng)晶振頻率的關(guān)系，以及I

8、CL7135所需的頻率輸入與單片機(jī)系統(tǒng)晶振頻率的關(guān)系。1.1.2 運(yùn)用數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)字直流電壓表方案本設(shè)計(jì)實(shí)際上是將被測(cè)模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字顯示，主要由以下幾部分構(gòu)成：量程轉(zhuǎn)換電路、AC-DC轉(zhuǎn)換電路、3位半A/D轉(zhuǎn)換單元電路、基準(zhǔn)電源單元電路、譯碼驅(qū)動(dòng)單元以及數(shù)碼管顯示單元。其中A/D轉(zhuǎn)換器選用三位半MC14433，基準(zhǔn)電源選用MC1403，譯碼驅(qū)動(dòng)器則MC14511，另加四個(gè)共陰極LED發(fā)光數(shù)碼管。并利用Multisim和PROTEUS 軟件對(duì)其編譯和仿真。實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖：圖2實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖位計(jì)數(shù)器由三級(jí)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)D觸發(fā)器構(gòu)成，計(jì)數(shù)圍是01999。鎖存器用來(lái)存放A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。控

9、制邏輯能適時(shí)發(fā)出信號(hào)接通相應(yīng)的模擬開關(guān)，按照順序完成A/D轉(zhuǎn)換。DS1DS4是多路調(diào)制位選通信號(hào)。當(dāng)*一選通信號(hào)為高電平時(shí)，相應(yīng)的位即被選通，此時(shí)該位數(shù)據(jù)便從Q0Q3端輸出。EOC為脈寬僅T0/2的窄脈沖，且當(dāng)EOC 正脈沖過后按照DS1（最高位MSD，即千位）DS2DS3DS4（最低位LSD）的順序依次選通。位選通信號(hào)的脈寬為18T0，相鄰位選通信號(hào)之間有2T0的位間消隱時(shí)間。做動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，掃描頻率f1f080。若取f050kHz，則f1625Hz，測(cè)量速率MRf0/164003次秒。整個(gè)A/D轉(zhuǎn)換分6個(gè)階段進(jìn)行：模擬調(diào)零，占4000T0；數(shù)字調(diào)零，小于800 T0；重復(fù)模擬調(diào)零占4000

10、T0；正向積分，T14000 T0；重復(fù)數(shù)字調(diào)零，小于800 T0；反向積分，T24000 T0。其中，階段與階段都是消除緩沖器和積分器的失調(diào)電壓。在階段用計(jì)數(shù)器將比較器的失調(diào)電壓UOS記下來(lái)，存入鎖存器中；階段則是在反向積分之前先扣除UOS的影響，使計(jì)數(shù)器復(fù)位。 本次設(shè)計(jì)選用方案為：MC14433型3 位AD轉(zhuǎn)換器。其具有以下特點(diǎn)：（1）工作電壓圍是4.5V8V。典型值為5V，功耗約8mW。（2）AD轉(zhuǎn)換精度：0.051個(gè)字（位十進(jìn)制相當(dāng)于11位二進(jìn)制），轉(zhuǎn)換速率為310次秒。（3）具有自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)轉(zhuǎn)換極性之功能。（4）有多路調(diào)制的BCD碼輸出，可以方便的與微機(jī)相連，或打印記錄。（5）能獲

11、得超量程（OR）和欠量程（UR）信號(hào)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程。（6）具有讀數(shù)保持功能。（7）采用共陰極LED動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，不僅降低了顯示功耗，還使外部接線大為簡(jiǎn)化。2. 單元模塊設(shè)計(jì)2.1直流電壓表電路模塊設(shè)計(jì)電路各部分的功能：1. 基準(zhǔn)電源：提供精密電壓，供A/D轉(zhuǎn)換器作參考電壓。2. 位A/D轉(zhuǎn)換器：采用MC14433位A/D轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。3. 譯碼器：將二-十進(jìn)制（BCD）碼轉(zhuǎn)換成七段信號(hào)。4. 驅(qū)動(dòng)器：驅(qū)動(dòng)顯示器的a、b、c、d、e、f、g七個(gè)發(fā)光段，驅(qū)動(dòng)發(fā)光數(shù)碼管（LED）進(jìn)行顯示。5. 顯示器：將譯碼輸出的七段信號(hào)進(jìn)行數(shù)字顯示，讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果2.1.1

12、 基準(zhǔn)電源MC1403A / D轉(zhuǎn)換需要外接標(biāo)準(zhǔn)電壓源作參考電壓。標(biāo)準(zhǔn)電壓源的精度應(yīng)當(dāng)高于A / D轉(zhuǎn)換器的精度。本實(shí)驗(yàn)采用MC1403集成精密穩(wěn)壓源作參考電壓，MC1403的輸出電壓為2.5V，當(dāng)輸入電壓在4.515V 圍變化時(shí)，輸出電壓的變化不超過3mV，一般只有0.6mV左右，輸出最大電流為10mA。 圖3基準(zhǔn)電壓源MC1403是低壓基準(zhǔn)芯片。一般用作812bit的D/A芯片的基準(zhǔn)電壓等一些需要基本精準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓的場(chǎng)合。MC1403的輸出電壓的溫度系數(shù)為零，即輸出電壓與溫度無(wú)關(guān)。該電路的特點(diǎn)是： = 1 * GB3 溫度系數(shù)??； = 2 * GB3 躁聲小； = 3 * GB3 輸入電壓

13、圍大，穩(wěn)定性能好，當(dāng)輸入電壓從+4.5V變化到+15V時(shí)，輸出電壓值變化量小于3mV； = 4 * GB3 輸出電壓值準(zhǔn)確度較高，在2.475V2.525V以； = 5 * GB3 壓差小，適用于低壓電源； = 6 * GB3 負(fù)載能力小，該電源最大輸出電流為10mA。MC1403采用8引線雙列直插標(biāo)準(zhǔn)封裝：圖4 MC1403引腳圖：因?yàn)檩敵鍪枪潭ǖ?，所以電路很?jiǎn)單。1、Vin接電源輸入。 2、GND接底。3、Vout加一個(gè)0.1uf1uf的電容就可以了。 4、 Vout一般用作812bit的D/A芯片的基準(zhǔn)電壓。2.1.2 A/D轉(zhuǎn)換器MC14433MC14433是美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的A/

14、D（模擬數(shù)字）轉(zhuǎn)換集成電路，廣泛應(yīng)用于其有自動(dòng)量程LED顯示，合數(shù)字萬(wàn)用表中。 1功能特點(diǎn) MC 14433集成電路含BCD碼產(chǎn)生電路，DS 1-DS4的個(gè)、十、百、千位選通電路，A/D變換器電路，自動(dòng)調(diào)零控制電路，基準(zhǔn)電源電壓電路，以及其他一些輔助功能電路。 2.引腳功能及數(shù)據(jù) MC 14433集成電路采用24腳雙列封裝，其集成電路的引腳排列及功能如圖所示，其集成電路的實(shí)測(cè)電阻值見表所列。MC14433具有自動(dòng)調(diào)零，自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換等功能。可測(cè)量正或負(fù)的電壓值。當(dāng)CP1、CP0端接入470K 電阻時(shí)，時(shí)鐘頻率66KHz，每秒鐘可進(jìn)行4次A / D轉(zhuǎn)換。它的使用調(diào)試簡(jiǎn)便，能與微處理機(jī)或其它數(shù)字系統(tǒng)

15、兼容，廣泛用于數(shù)字面板表，數(shù)字萬(wàn)用表，數(shù)字溫度計(jì)，數(shù)字量具及遙測(cè)、遙控系統(tǒng)。圖5 A/D轉(zhuǎn)換器MC14433MC14433引腳表：引腳功能說(shuō)明：VAG（1腳）：被測(cè)電壓V*和基準(zhǔn)電壓VR的參考地。VR（2腳）：外接基準(zhǔn)電壓（2V或200mV）輸入端；當(dāng)參考電壓VR2V 時(shí)，滿量程顯示1.999V；VR200mV時(shí)，滿量程為199.9mV?？梢酝ㄟ^選擇開關(guān)來(lái)控制千位和十位數(shù)碼管的h筆經(jīng)限流電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)的小數(shù)點(diǎn)顯示的控制。V*（3腳）：被測(cè)電壓輸入端。R1（4腳）、R1 C1（5腳）、C1（6腳）：外接積分阻容元件端；C10.1f（聚酯薄膜電容器），R1470K（2V量程）；R127K（200m

16、V量程）。CO1（7腳）、CO2（8腳）：外接失調(diào)補(bǔ)償電容端，典型值0.1f。DU（9腳）：實(shí)時(shí)顯示控制輸入端。若與EOC（14腳）端連接，則每次A / D轉(zhuǎn)換均顯示。CP1 （10腳）、CPo （11腳）：時(shí)鐘振蕩外接電阻端，典型值為470K。CP1CP0端外接電阻R9330 k時(shí)，fo60Hz，采樣速率約為4次s。外接電阻變成165k，此時(shí)fo120kHz，采樣速率提高到8次s。VEE （12腳）：電路的電源最負(fù)端，接5V。VSS （13腳）：除CP外所有輸入端的低電平基準(zhǔn)（通常與1腳連接）。EOC（14腳）：轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標(biāo)記輸出端，每一次A / D轉(zhuǎn)換周期結(jié)束，EOC 輸出一個(gè)正脈沖，寬

17、度為時(shí)鐘周期的二分之一。（15腳）：過量程標(biāo)志輸出端，當(dāng)V*VR 時(shí)，輸出為低電平。DS4DS1 （1619腳）：多路選通脈沖輸入端，DS1對(duì)應(yīng)于千位，DS2 對(duì)應(yīng)于百位，DS3 對(duì)應(yīng)于十位，DS4對(duì)應(yīng)于個(gè)位。Q0Q3 （2023腳）：BCD碼數(shù)據(jù)輸出端，DS2、DS3、DS4選通脈沖期間，輸出三位完整的十進(jìn)制數(shù)，在DS1選通脈沖期間，輸出千位0或1及過量程、欠量程和被測(cè)電壓極性標(biāo)志信號(hào)。三位半數(shù)字電壓表通過位選信號(hào)DS1DS4進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示，由于MC14433電路的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是采用BCD碼多路調(diào)制方法輸出，只要配上一塊譯碼器，就可以將轉(zhuǎn)換結(jié)果以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)四位數(shù)字的LED發(fā)光數(shù)碼管動(dòng)態(tài)

18、掃描顯示。DS1DS4輸出多路調(diào)制脈沖信號(hào)。DS選通脈沖高電平，則表示對(duì)應(yīng)的數(shù)位被選通，此時(shí)該數(shù)據(jù)在Q0Q3端輸出。每個(gè)DS選通脈沖高電平寬度為18個(gè)時(shí)鐘脈沖周期。兩個(gè)相鄰選通脈沖之間間隔2個(gè)時(shí)鐘脈沖周期。DS和EOC的時(shí)序關(guān)系是在EOC脈沖結(jié)束后，緊接著是DS1輸出正脈沖。以下依次為DS2、DS3和DS4。其中DS1對(duì)應(yīng)最高位（MSB），DS4則對(duì)應(yīng)最低位（LSB）。在對(duì)應(yīng)DS2、DS3和DS4選通期間，Q0Q3輸出BCD碼全位數(shù)據(jù)，即以8421碼方式輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字09。在DS1選通期間，Q0Q3輸出千位的半位數(shù)?；?及過量程、欠量程和極性標(biāo)志信號(hào)。在位選信號(hào)DS1選通期間Q0Q3的輸出容如

19、下：Q3表示千位數(shù)，Q3代表千位數(shù)的數(shù)字。若其值為1，則代表千位數(shù)的數(shù)字顯示為0；反之，若其值為0，千位數(shù)的數(shù)字顯示為1。Q2表示被測(cè)電壓的極性，Q2的電平為1，表示極性為正，即V*0，Q2的電平為0，表示極性為負(fù)，即V*1999，則溢出；|V*|Vr，則/OR輸出低電平。當(dāng)/OR=1時(shí)，表示|V*|Vr。正常時(shí)/OR輸出高電平，表示被測(cè)量在量程。MC14433的/OR端與MC4511的消隱端直接相連，當(dāng)V*超出量程圍時(shí)，/OR=0，輸出低電平。則，/BI=0，也處于低電平，MC4511譯碼器輸出全0，是發(fā)光數(shù)碼管顯示數(shù)字熄滅，而負(fù)號(hào)和小數(shù)點(diǎn)依然發(fā)亮。A/D轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)：（1）分辨率A/D轉(zhuǎn)

20、換器的分辨率是指引起A/D轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)字量變動(dòng)一個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼的最低有效位（LSB）（例如從00H變到01H）時(shí)輸入模擬量的最小變化量。例如，A/D轉(zhuǎn)換器輸入模擬電壓變化圍為010V，輸出為10位碼，則分辨率R為比9.77mV小的模擬量變化不再引起輸出數(shù)字量的變化。所以，A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率反映了它對(duì)輸入模擬量微小變化的分辨能力。在滿量程一定的條件下位數(shù)愈多，分辨率越高，當(dāng)然價(jià)格也愈貴。常用的A/D轉(zhuǎn)換器有8、10、12位幾種。（2）精度A/D轉(zhuǎn)換器的精度決定于量化誤差及系統(tǒng)其他誤差之和。一般的精度指標(biāo)為滿量程的0.02%，高精度指標(biāo)為滿量程的0.001%。（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間或轉(zhuǎn)換速度率從輸入模擬

21、量到轉(zhuǎn)換完畢輸出數(shù)字量所需要的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間，轉(zhuǎn)換時(shí)間越短，速率越高，價(jià)格也越貴。A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間的典型值50s，高速A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為50ns。2.1.3 顯示電路從MC14433輸出的BCD碼經(jīng)過MC14511譯碼后，連接到四個(gè)七段數(shù)碼管，其中千位只連接b,c和g端，使其只顯示1和負(fù)號(hào)。圖6仿真顯示電路 當(dāng)UIN2V時(shí)，OR端呈低電平、使段譯碼驅(qū)動(dòng)器CD4511的消隱控制端 0，強(qiáng)迫共陰極顯示器全部消隱。位選通信號(hào)經(jīng)過MC1413分別接4只數(shù)碼管的公共陰極，在DS1DS4位選通信號(hào)的控制下進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示。MC1413屬于7路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器（現(xiàn)僅用其中5路），它有兩個(gè)作用：第一，

22、將DS1DS4反相成低電平有效，以便接LED數(shù)碼管的公共陰極；第二，增加驅(qū)動(dòng)能力，其l500，ICM200mA，7路同時(shí)工作時(shí)每路仍可輸出40mA電流。利用MC1403向MC14433提供2V的基準(zhǔn)電壓，RP為精密多圈電位器。實(shí)選R2470k時(shí)f050kHz。R3R9為筆段限流電阻。RDP、RM分別為小數(shù)點(diǎn)、負(fù)極性筆段的限流電阻。負(fù)極性顯示的原理是，當(dāng)DS1（正好掃到千位）且UIN0時(shí)，從Q2端輸出負(fù)極性信號(hào)（低電平），加至MC1413的第5腳。因MC1413屬于集電極開路輸出（OC門），故第12腳無(wú)輸出，相當(dāng)于開路。5V電壓就經(jīng)過RM接千位LED的g段，由于此時(shí)千位已被選中并且該位公共陰極接

23、低電平，故g段發(fā)光，顯示負(fù)極性符號(hào)。2.1.4讀數(shù)保持電路在EOC端與DU端串入100k電阻。當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)能正常進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，顯示值被不斷地刷新；閉合S時(shí)DU0，A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果就長(zhǎng)期保持下來(lái)，此時(shí)A/D 處于鎖存狀態(tài)。保持時(shí)間即開關(guān)閉合時(shí)間。2.2 系統(tǒng)整體硬件電路2.2.1 整體硬件電路PROTEL是PORTEL公司推出的EDA軟件，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當(dāng)之無(wú)愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設(shè)計(jì)者的首選軟件，它較早就在國(guó)開始使用，在國(guó)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課程來(lái)學(xué)習(xí)它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計(jì)人才時(shí)在其條件欄上常會(huì)寫著要

24、求會(huì)使用PROTEL。它包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號(hào)仿真、多層印制電路板設(shè)計(jì)（包含印制電路板自動(dòng)布線）、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客戶/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，E*CEL等，其多層印制線路板的自動(dòng)布線可實(shí)現(xiàn)高密度PCB的100布通率。1、運(yùn)用PROTELL工具畫出以下電路：圖7整體電路圖2、PCB圖圖8 PCB電路圖3、三維PCB圖圖9三維PCB圖3.系統(tǒng)功能3.1 仿真軟件介紹Proteus軟件是一種低投資的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，提供可仿真數(shù)字和

25、模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件和多達(dá)30多個(gè)元件庫(kù)。Proteus軟件提供多種現(xiàn)實(shí)存在的虛擬儀器儀表。此外，Proteus還提供圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗，盡可能減少儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，Proteus軟件提供豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。提供Schematic Drawing、SPICE仿真與PCB設(shè)計(jì)功能，同時(shí)可以仿真單片機(jī)和周邊設(shè)備，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周邊設(shè)備的仿真，例如373、led、示波器等。Proteu

26、s提供了大量的元件庫(kù)，有RAM、ROM、鍵盤、馬達(dá)、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，編譯方面支持Keil和MPLAB等編譯器。3.1.1 仿真電路圖仿真電路基本操作步驟：（1）、打開PROTEUS 操作界面添加所需電路元件到元件列表中： 單擊P”按鈕，出現(xiàn)挑選元件對(duì)話框，在出現(xiàn)的對(duì)話框Keywords中輸入所用元件名稱，在對(duì)話框中單擊OK按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。（2）放置元件。在元件列表中左健選取元件，在編輯窗口中單擊左健，這樣元件就被放到原理圖編輯窗口中了。（3）在編輯區(qū)布線，修改元件參數(shù)。 點(diǎn)擊想要連接的兩個(gè)引腳，就能就能簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)布線。在特殊的位置需要布線，用戶只需

27、在中間的角落點(diǎn)擊。自動(dòng)布線也能在元件移動(dòng)的時(shí)候操作，自動(dòng)地解決相應(yīng)的連線。節(jié)點(diǎn)自動(dòng)布置和移除。節(jié)約時(shí)間的同時(shí)，避免其他方面可能引起的錯(cuò)誤。也可以手工布點(diǎn)，但是布點(diǎn)以后需要連線。雙擊元件修改相關(guān)參數(shù)。（4）進(jìn)行電路仿真，完成原理圖如圖10所示。運(yùn)用PROTEUS軟件仿真電路圖：圖10仿真電路圖 注：MC1413或ULN2003都是集成了7個(gè)非門的器件，作用是輸入1的時(shí)候輸出0，使得共陰極的數(shù)碼管被選中。在做仿真時(shí)，可能是仿真軟件版本的問題，仿真效果均不理想，所以用74ls04（4非門）來(lái)替代。 整個(gè)電路顯示是采用動(dòng)態(tài)掃描的方式實(shí)現(xiàn)的。3.2 調(diào)試現(xiàn)象及結(jié)論 由于電路中使用共陰極數(shù)碼管,調(diào)節(jié)DIP

28、 SW-10,使其輸出相應(yīng)的值,經(jīng)過非門在數(shù)碼管上就可以看到管子動(dòng)態(tài)顯示相應(yīng)的字符。 經(jīng)過以上的系統(tǒng)調(diào)試,證明該電路圖正確,就是我們?cè)O(shè)計(jì)所要的電路圖。3.3 安裝總調(diào)1、直流電壓表調(diào)試步驟。 (1) 插好芯片MC14433，接圖13接好全部線路。 (2) 將輸入端接地，接通+5V，5V電源（先接好地線），此時(shí)顯示器將顯示000”值，如果不是，應(yīng)檢測(cè)電源正負(fù)電壓。用示波器測(cè)量、觀察DS1DS4，Q0Q3波形，判別故障所在。 (3) 用電阻、電位器構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的輸入電壓V* 調(diào)節(jié)電路，調(diào)節(jié)電位器，4位數(shù)碼將相應(yīng)變化，然后進(jìn)入下一步精調(diào)。 (4) 用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表（或用數(shù)字萬(wàn)用表代）測(cè)量輸入電壓，調(diào)

29、節(jié)電位器，使V*1.000V，這時(shí)被調(diào)電路的電壓指示值不一定顯示1.000”，應(yīng)調(diào)整基準(zhǔn)電壓源，使指示值與標(biāo)準(zhǔn)電壓表誤差個(gè)位數(shù)在5之。 (5) 改變輸入電壓V*極性，使Vi1.000V，檢查”是否顯示，并按(4)方法校準(zhǔn)顯示值。 (6) 在+1.999V01.999V量程再一次仔細(xì)調(diào)整（調(diào)基準(zhǔn)電源電壓）使全部量程的誤差均不超過個(gè)位數(shù)在5之。 至此一個(gè)測(cè)量圍在1.999的三位半數(shù)字直流電壓表調(diào)試成功。2、記錄輸入電壓為1.999，1.500，1.000，0.500，0.000時(shí)（標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表的讀數(shù)）被調(diào)數(shù)字電壓表的顯示值，列表記錄之。3、如圖連接好量程選擇電路，用電壓表測(cè)試經(jīng)過衰減后的電壓的比

30、例關(guān)系是否為100：10：1，經(jīng)過電壓跟隨器后，連接到MC14433的輸入端。撥動(dòng)量程開關(guān)到20V，輸入電壓為220V時(shí)，觀察輸出電壓的數(shù)值。4、按圖連接好AC-DC轉(zhuǎn)換電路，設(shè)置一個(gè)交流/直流選擇檔，如果輸入的是交流，則必須通過AC-DC轉(zhuǎn)換電路，將交流電壓的有效值轉(zhuǎn)換為直流電壓，這樣才能通過MC14433進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 5、若積分電容C1、C02(0.1F)換用普通金屬化紙介電容時(shí)，觀察測(cè)量精度的變化。6、準(zhǔn)確度是測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的綜合。它表示測(cè)量結(jié)果與真值的一致程度，也反映了測(cè)量誤差的大小，準(zhǔn)確度愈高，測(cè)量誤差愈小。測(cè)量的絕對(duì)誤差有兩種表達(dá)式：U（a%U*b%UM） （1）U（a%U*n） （2）式（1）中，U*為讀數(shù)值（即顯示值），UM表示滿度值。括號(hào)中前一項(xiàng)代表A/D轉(zhuǎn)換器和功能轉(zhuǎn)換器（例如分壓器）的綜合誤差，后一項(xiàng)是數(shù)字化處理所帶來(lái)的誤差。式（2）中，n是量化誤差反映在末位數(shù)字上的變化量。若把n個(gè)字的誤差折合成滿量程的百分?jǐn)?shù)，則變成式（1）?？梢娚鲜龆绞峭耆葍r(jià)的。數(shù)字電壓表的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)優(yōu)于模擬式電壓表。例如，3位、4位DVM的準(zhǔn)確度分別可達(dá)0.1、0.02。4.設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過5個(gè)星期的課程設(shè)