东北石油大学数字电路课程设计数字电压表的设计孙刚.docx

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东北石油大学数字电路课程设计数字电压表的设计孙刚

大庆石油学院

课程设计

课程低频数字电路课程设计

题目数字电压表的设计

院系电子科学学院

专业班级电子科学与技术

学生姓名孙刚

学生学号070901240125

指导教师

2009年7月18日

大庆石油学院课程设计任务书

课程低频与数字电路课程设计

题目数字电压表的设计

专业电子科学与技术姓名孙刚学号070901240125

主要内容、基本要求、主要参考资料等

主要内容：

设计一个数字电压表，测量范围：

0～10V。

电压的实时LED数字显示。

测量信号为模拟量。

基本要求：

1.画出数字电压表的结构框图。

2.画出系统原理电路图。

3.用EWB进行仿真实验。

4.按要求完成课程设计报告，交激光打印报告和电子文档。

主要参考资料：

[1]阎石.数字电子技术基础[M].北京：

高等教育出版社，2001.

[2]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：

高等教育出版社，1997.

[3]孙梅生.电子技术基础课程设计[M].北京：

高等教育出版社，1998.

[4]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计[M].北京：

电子工业出版社，2002.

完成期限2009年7月18日

指导教师

专业负责人

2009年2月23日

一、总体设计思想

1.基本原理

数字电压表是采用数字化测量的电压仪表，与模拟电压表相比，具有读数直观、准确，显示范围宽、分辨力高，输入阻抗大，集成度高、功耗小、抗干扰能力强，可扩展能力强等特点，因此在电压测量、电压校准中有着广泛的应用。

数字电压表也是诸多数字化仪表的核心与基础。

以数字电压表为核心扩展成的各种数字化仪表几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化系统等各个领域。

数字电压表按测量功能可分为直流数字电压表和交流数字电压表。

它一般由模拟部分和数字部分组成，模拟部分主要功能是获取电压并将其转换为相应的数字量，数字部分完成逻辑控制、译码和显示等功能。

数字电压表的核心是A/D转换器，由A/D转换器工作原理的不同，数字电压表又可分为逐次比较型和双积分型。

本设计采用根据压—频转换原理，将输入模拟电压经运放输入级，压频转换等环节转换为输入电压成正比例的连续脉冲，然后通过定时器控制计数器去数脉冲个数，以得到与输入电压相应的数值，从而完成A/D转换，通过74LS160等构成的逻辑控制电路控制74LS48D驱动数码管进而完成数字显示，可以完成0~10V的电压测量，并同步数字显示，本电路特点是成本低，简单，体积小，安全性好，可扩展性强。

2.系统框图

本系统主要由模拟输入，积分电路，过零比较器，逻辑控制电路，转换控制，计数器，驱动电路及数码管显示电路等模块组成。

具体框图如下

二、设计步骤和调试过程

1、总体设计电路

具体如下电路：

转换开始前，由于控制信号VL=0，此时计数器无计数脉冲，显示器显示为零，同时开关S0闭合，使积分电容C充分放电。

当VL=1时，转换开始，S0断开，S1接到输入信号V1一侧，积分器开始对V1积分。

因为积分过程中积分器的输出为负电压，所以比较器输出为高电平，将门G打开，计数器开始对VG端的脉冲计数。

当计数器满1000个脉冲后，自动返回全零状态，同时给最后一个160芯片一个进位信号，使开关S1接到-VREF一端，160开始反向积分。

等到积分器的输出回零，CLK被中断。

这时计数器中所存的数字就是转换结果。

因为T1=1000T2，所以D=1000V1/VREF。

D就是最后的输出结果。

D是8位二进制组成的数字，经过74LS160S芯片，74LS160再将输出结果送给74LS48D驱动数码管，最后显示出最后结果。

2、模块设计和相应模块程序

转换控制电路设计：

转换开始前（转化信号vl=0）先将计数器清零，然后接通开关S0，使积分电容C完全放电。

VL=1时开始转换。

先令开关S1接到V1一侧，积分器对V1进行固定时间T1的积分。

在T1固定的条件下积分器的输出电压与输入电压成正比。

积分结束时积分器的输出电压为V0=（∫（-V1/R）dt）/C=-T1*v1/RC

再令开关S1转接至参考电压一侧，积分器反向积分。

若积分器的输出电压上升到零时所经过的积分时间为T2，则可得V0=（∫（VREF/R）*dt）R—T1*v1/RC=0，T2*VREF/RC=T1*V1/RC，计算得T2=T1*V1/VREF

可见，反向积分到V0=0这段时间T2与输入信号V1成正比。

令计数器在T2这段时间里对固定频率为fc（fc=1/T）的时钟脉冲CLK计数，则计数结果也一定与V1成正比，即D=T2/TC=T1*V1/（TC*VREF）。

式中的D为表示计数结果的数字量。

若取T1为TC的整数倍，即T1=NTC，则上式可化为D=N*V1/VREF

3、仿真及仿真结果分析

仿真结果如图，经过仿真测试，本数字电压表的测量信号为模拟量，测量范围：

0～10V，并且能够对转换的模拟电压用七段数码管进行实时数字显示。

完全能够满足设计题目要求。

本电路特点是成本低，简单，体积小，安全性好，可扩展性强。

4、实验调试结果

调试结果表明：

本系统的设计能够对模拟电压进行数字转换，并可实时在七段数码管上进行数字显示，测量范围0~10V。

能够满足设计题目要求。

三、结论及心得体会

1.结论：

经过一次次的仿真调试，终于完成了此数字电压表的设计。

在电路设计的过程中遇到了许多的困难，但最终还是没有放弃，一步一步地走到了最后。

在设计时曾考虑了多种方案，经过反复的比较、论证，最终选择了此方案：

采用根据压—频转换原理，将输入模拟电压经运放输入级，压频转换等环节转换为输入电压成正比例的连续脉冲，然后通过定时器控制计数器去数脉冲个数，以得到与输入电压相应的数值，从而完成A/D转换，通过74LS160等构成的逻辑控制电路控制74LS48D驱动数码管进而完成数字显示，可以完成0~10V的电压测量，并同步数字显示，仿真结果表明此方案是可行的。

2.心得体会：

短短几天的课程设计让我明白了有时想是没有用处的，还必须去考察，去学习，去实践考察，只有这样才能有实质的进步，还有要和同学共同讨论，解决各种困难，在困难中你能了解更多的非课本的知识，还能再找错误的同时锻炼你的观察力，小小的成功给我很大的动力，我知道我会继续努力的。

这次的课程设计锻炼了我怎么去应用已学过的理论知识去设计电路，加强了解决实际问题的能力。

不仅对protel99se有了更深刻的体会，而且学会了怎么用MULTISIM软件，有很大收获。

课程设计虽然结束了，但学习还没结束，短短的几天时间，我们从理论走上了实践的光辉大道。

我们学到了不仅仅是书本上学不到的知识，更重要的是毅造了我们一种精神，一种耐力，一种创新，一种挑战！

一点点喜悦不会留给我们太多的记忆，更深刻的是这段令人难忘的经历，尤同荀子一名言：

求之而后得，为之而后成，积之而后富，尽之而后圣。

四．附录

1.原理图

2.仿真图

3．元件清单

元件名称

个数

参数

标号

型号

电阻

1

2.0K

R1

1

2.4K

R2

电容

1

100nF

C1

非门

1

74LS04D

数码驱动器

2

74LS48D

计数器

2

74LS160D

电源

1

5V1KHZ

V1

1

0.01V

V2

1

5V

V3

1

1.2V

V4

1

5V

V5

与非门

1

7410N

1

7400N

运算放大器

2

OPAMP-3T-VIRTUAL

开关

0.5sec1sec

继电器

1

目录：

一、总体设计思想………………………………………………………………3

1基本原理………………………………………………………………….……3

2系统框图………………………………………………………………………3

二、设计步骤和调试过程……………...……………………………….………4

1、总体设计电路………………………………………………….…….………4

2.模块设计和相应模块程序…………………………………………….………5

3.仿真及仿真结果分析………………………………………….…….………6

4.仿真及仿真结果分析…………………………….………….………………6

三、结论及心得体会………………………………………….………………6

1.结论……………………………………………………………………………6

2.心得体会……………………………………………………………..………7

四．附录………………………………………………………………..….……8

1.原理图…………………………………………………………………..……8

2.仿真图…………………………………………………………………………9

3.元件清单……………………………………………………………..………9

大庆石油学院课程设计成绩评价表

课程名称

低频数字电子线路课程设计

题目名称

数字电压表的设计

学生姓名

孙刚

学号

070901240125

指导教师姓名

职称

序号

评价项目

指标

满分

评分

1

工作量、工作态度和出勤率

按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。

20

2

课程设计质量

课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。

45

3

创新

工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。

5

4

答辩

能正确回答指导教师所提出的问题。

30

总分

评语：

指导教师：

2009年2月28日