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1、目 录引言11 设计目的和要求31.1 设计目的31.2 设计内容及要求32 数字电压表的基本原理32.1 数字电压表组成电路32.2 系统功能43 元器件的介绍53.1 A/D转换器MC14433的介绍53.2 MC14433引脚功能说明83.3 七段锁存译码驱动器CD4511的介绍103.4 七路达林顿驱动器阵列MC1413的介绍123.5 高精度低漂移能隙基准电源MC1403的介绍124 课程设计调试的要点124.1 电路调试124.2 功能调试135 课程设计器材和供参考选择的元器件136 课程设计报告结论146.1 按设计内容要求整理实验数据及调试中的波形146.2 画出设计内容中的
2、电路图、接线图156.3 总结设计数字电压表的体会15参考文献16引言传统的模拟式（即指针式）电压表已有100多年的发展史，虽然不断改进与完善，仍无法满足现代电子测量的需要，数字电压表自1952年问世以来，显示强大的生命力，现已成为在电子测量领域中应用最广泛的一种仪表。数字电压表简称DVM（Digital Voltmeter），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。智能化数字电压表则是最大规模集成电路（LSI）、数显技术、计算机技术、自动测试技术（ATE）的结晶。一台典型的直流数字电压表主要由输入电路、A/D转换器、控制逻辑电路、计
3、数器（或寄存器）、显示器，以及电源电路等级部分组成，如下图1-1所示：图1-1 直流数字电压表的基本方框图其中A/D转换器是数字电压表的核心，表示其输入。它的数字输出可由打印机记录，也可以送入计算机进行数据处理。数字电压表与指针式电压表相比具有以下特点：（1）显示清晰、直观、读数准确传统的模拟式电压表必须借助指针和刻度盘进行读数。在读书过程中不可避免地会引入人为的测量误差（例如视差），并且还容易造成视觉疲劳，数字电压表则采用了先进的数显技术，使显示结果一目了然，只要仪表不发生跳数现象，测量结果就是唯一的，不仅保证了读书的客观性与准确性，还符合人们的读数习惯，能够缩短读书和记录的时间。（2） 显
4、示位数多 位数是表征数字电压表性能的一个最基本的参量。数字电压表显示位数通常为。具体讲，有位、3位、位、位、位、4位、位、5位、位、6位、位、位、位共14种。国外最近还推出位和位数字仪表。（3）准确度高数字电压表的准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。它便是测量结果与真值的一致程度，也反映测量误差的大小，一般讲准确度愈高，测量误差愈小，反之亦然。数字电压表的准确度远优于模拟式电压表，后者的准确度只有7个等级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。而普通的位数字电压表的准确度就可已达到。（4）分辨率高分辨率是数字电压表能够显示的被测电压的最小变化值，也就是使显示器末位跳一
5、个字所需的输入电压值，通常用百分数表示。位DVM的分辨率为，这是符合要求的准确度。（5）测量范围宽多量程数字电压比通常可测0的直流电压，配上高压探头还可以测量几千伏乃至上万伏的高压。（6）扩展能力强在数字电压表的基础上，还可以扩展成各种专用及通用数字仪表、数字多用表。（7）测量速度快数字电压表在每秒内对被测量电压的测量次数，叫测量速率，单位是“次/S”。它主要取决于A/D转换器的转换速率。位DVM的测量速度一般在10次/S以下。目前，数字电压表的最高测量速率已达到10万次/S。（8）输入阻抗高数字电压表具有很高的输入阻抗，通常为，最高可到。这样在测量时从北测量点路上吸取的电流极小，不会影响被测
6、信号源的工作状态，由此可减小由信号源内阻带来的附加误差。（9）集成度高，微功耗新型的数字电压表普遍采用CMOS大规模集成电路，整机功耗很低。（10）抗干扰能力强数字电压表的内部干扰有漂移及噪声，外部干扰有串模干扰及共模干扰。经过数字滤波和浮地保护等技术，数字电压表具有很高的抗干扰能力。1. 设计目的和要求数字电压表的基本原理，是对直流电压进行模数转换，其结果用数字直接显示出来，按其基本工作原理可以分为积分式和比较式两大类。1.1 设计目的（1）掌握数字电压表的设计、组装与调试方法。（2）熟悉集成电路MC14433、MC1413、CD4511和MC1403的使用方法，并掌握其工作原理。1.2 设
7、计内容及要求（1）设计数字电压表电路。（2）测量范围：直流电压0V1.999V，0V19.99V，0V199.9V，0V1999V。（3）组装调试位数字电压表。（4）画出数字电压表电路原理图，写出总结报告。（5） 选作内容：自动切换量程。2. 数字电压表的基本原理2.1 数字电压表组成电路数字电压表是将被测模拟量转换为数字量，并进行实时数字显示的数学系统。该系统（如图1-2所示）可由MC14433位A/D转换器、MC1413七路达林顿驱动器阵列、CD4511 BCD到七段锁存-译码-驱动器、能隙基准电源MC1403和共阴极LED发光数码管组成。图1-2 位数字电压表图2.2 系统功能本系统是位
8、数字电压表，位是指十进制数00001999，所谓3位是指个位、十位、百位，其数字范围均为09。而所谓半位是指千位数，它不能从0变化到9，而只能由0变到1，即二值状态，所以称为半位。各部分的功能如下：（1）A/D转换器：将输入的模拟量信号转换成数字信号（2）基准电源：提供精密电压，供A/D转换器作参考电压。（3）译码器：将二-十进制（BCD）码转换成七段信号。（4）驱动器：驱动显示的a，b，c，d，e，f，g七个发光段，推动发光数码器（LED）进行显示。（5） 显示器：将译码器输出的七段信号进行数字显示，读出A/D转换结果。工作过程如下： 数字电压表通过位选信号进行动态扫描显示，由于MC1443
9、3电路的A/D转换结果是采用BCD码多路调制方法输出，只要配上一块译码器，就可以将转换的结果以数字方式实现四位数字的LED发光数码管动态扫描显示。输出多路调制选通脉冲信号，DS选通脉冲为高电平，则表示对应的数位被选通，此时该位数据在端输出。每个DS选通脉冲高电平宽度为18个时钟脉冲周期，两个相邻选通脉冲之间间隔2个时钟脉冲周期。DS和EOC的时序关系是在EOC脉冲结束后，紧接着是输出正脉冲，以下依次为，和。其中对应最高位（MSD），则对应最高位（LSD）。在对应，和选通期间，输出BCD全位数据，即以8421码方式输出对应的数字09。在选通期间，输出千位的半位数0或1及过量程、欠量程和极性标志信
10、号。在位选信号选通期间的输出内容如下：表示千位数，=“0”代表千位数的数字显示为1，=“1”代表千位数的数字显示为0。表示被测电压的极性，的电平为“1”，表示极性为正，即，的电平为“0”表示极性为负，即。显示数的负号（负电压）由MC1413中的一只晶体管控制，符号位的“”阴极与千位数阴极接在一起，当输入信号为负电压时，端输出置“0”，负号控制位使得驱动器不工作，通过限流电阻使显示器的“”（即g段）点亮；当输入信号为正电压时,端输出置“1”，负号控制位使达林顿驱动器导通，电阻接地，使“”旁路而熄灭。小数点显示的是由正电源通过限流电阻供点燃亮小数点。若量程不同则选通对应的小数点。过量程是当输入电压
11、超过量程范围时，输出过量程标志信号。当时，表示处于过量程状态。当时，表示处于欠量程状态。当=0时，则溢出。，则输出低电平。当=1时，表示。平时为高电平，表示被测量在量程内。MC14433的端与MC4511的消隐端直接相连，当超出量程范围时，则输出低电平，即=0=0，MC4511译码器输出全为0，使发光数码管显示数字熄灭，而负号和小数点依然发亮。3. 元器件的介绍3.1 A/D转换器MC14433的介绍在数字仪表中，MC14433电路是一个低功耗双积分式A/D转换器。MC14433电路总框图如图1-3所示。由图1-2可知，MC1433A/D转化器主要由模拟部分和数字部分组成。使用时主要外接两个电
12、阻和两个电容就能执行位的A/D转换器。（1） 模拟部分：图1-4为MC14433内部模拟电路的工作原理示意图。其中共有3个运算放大器，和10多个电子模拟开关，接成电压跟随器，以提高A/D转换器的输入阻抗，由于采用CMOS电路，因此输入阻抗可达100以上。和外接的、构成一个积分放大器，完成V/T即电压-时间的转换。接成电压比较器，主要功能是完成“0”电平检出，由输入电压与零电压进行比较，根据两者的差值决定输出是“1”还是“0”。比较器的输出用作内部数字控制电路的一个判别信号。电容器为自动调零失调补偿电容。图1-3 MC14433电路总框图图1-4 模拟电路工作原理示意图（2） 数字部分：包括图1-3中除“模拟部分”以外的部分。其中四位十进制计数器为位BCD码计数器，对反积分时间进行计数（01999），并送到数据寄存器；数据寄存器为位十进制代码数据寄存器，在控制逻辑和实时取数信号（DU）作用下，锁定和存储A/D转换结果；多路选择开关，从高位到低位逐位输出多路调制BCD码，并输出相应位的多路宣统脉冲标志信号；控制逻辑，这是A/D转换的指
