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1、实训三 数字电压表一、实训内容与要求1设计数字电压表电路。2测量范围：直流电压 01.999V，019.99V，0199.9V，01999V。3组装调试 位数字电压表。214画出数字电压表电路图，对电路进行组装调试。二、数字电压表电路组成及工作原理数字电压表是将被测模拟量电压转换为数字量，并进行实时数字显示的测试仪表。采用 MC14433- 位 A/D转换器构成的数字电压表如图 1所示。其中 MC1413是七213路达林顿驱动器阵列，CD4511 是七段锁存-译码-驱动器，MC1403 是能隙基准电源，电路采用 LED显示。本电路是 位数字电压表， 位是指所能显示的十进制数范围为 000019
2、99，所谓 3位是指个位，十位，百位，其数字范围均为 09。而所谓 位是指千位数，它不能从210变化到 9，而只能由 0变到 1，即二值状态，所以称为 位。图 1 数字电压表组成结构1电路各部分的功能位 A/D转换器：将输入的模拟信号转换成数字信号。23基准电源：提供精密电压，供 A/D转换器作参考电压。译码器：将二-十进制（BCD）码转换成七段信号。驱动器：驱动显示器的 a、b、c、d、e、f、g 七个发光段，驱动发光数码管（LED）进行显示。显示器：将译码输出的七段信号进行数字显示，读出 A/D转换结果。2电路工作过程位数字电压表通过位选信号 进行动态扫描显示，由于 MC1433电路的13
3、1DS4A/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1DS4脉冲信号， 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 DS 0Q端输出。每个 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3Q间隔 2个时钟脉冲周期。 和 的时序关系是在 脉冲结束后，紧接着是 输EOCEOC1DS出正脉冲。以下依次为 、 和 。其中 对应最高位（ ） ， 则对应2DS34S1DMS4最低位（ ） 。在对应 、 和 选通期间， 输出 BCD全位数据，即以LS 0Q38421
4、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1过量程、欠量程和极性标志信号。三、主要元器件选择1 位 A/D转换器MC1443323MC14433是一个低功耗 位双积分式 A/D转换器。采用 24引线双列直插式封装，外213引线排列如图 2所示，各引脚端功能说明如下：端： ，模拟地，是高阻输入端，作为输入被测电压 和基准电压 的接入地。AGV XVR端： ，基准电压端，是外接基准电压输入端，若此端加一个大于 5个时钟周期的R负脉冲（ 电平） ，则系统复位到转换周期的起点。EV图 2 位 A/D转换器MC14433 外引线排列图13端： ，是被测电压输入端。XV端：
5、，外接积分电阻端。1R端： / ，外接积分元件电阻和电容的接点。C端： ，外接积分电容端，积分波形由该端输出。1端和端： 和 ，外接失调补偿电容端。推荐该两端外接失调补偿电容 取02 0C0.1 F。端： ，实时输出控制端，主要控制转换结果的输出，若在双积分放电周期即阶DU段 5开始前，在 端输入一正脉冲，则该周期转换结果将被送入输出锁存器并经多路开关输出，否则输出端继续输出锁存器中原来的转换结果，若该端通过一电阻和 短接，EOC则每次转换的结果都将被输出。端： ，时钟信号输入端。CLKI11端： ，时钟信号输出端。O12端： ，负电源端，是整个电路的电源最负端，主要作为模拟电路部分的负电源，
6、EV该端典型电流约为 0.8mA，所有输出驱动电路的电流不流过该端，而是流向 端。SV13端： ，负电源端。S14端： ，转换周期结束标志输出端，每一 A/D转换周期结束， 端输出一EOC EOC正脉冲，其脉冲宽度为时钟信号周期的 1/2。15端： ，过量程标志输出端，当 时， 输出低电平，正常量程内_RXVR_为高电平。_16端19 端：对应为 ，分别是多路调制选通脉冲信号个位、十位、百位4DS1和千位输出端。当 端输出高电平时，表示此刻 输出的 BCD代码是该对应位上0Q3的数据。20端23 端：对应为 ，分别是 A/D转换结果数据输出 BCD代码的对低位（0Q3） ，次低位，次高位和最高
7、位输出端。LSD24端： ，整个电路的正电源端。V积分电阻电容的选择应根据实际条件而定，若时钟频率为 66kHz， 一般取 0.1 F 1C， 的选取与量程有关，量程为 2V时，取 470K；量程为 200mV时，取1R1R27K。选取 和 的计算公式如下：1CCXVTR1(max)式中， 为积分电容上充电电压幅度CV CD(max)X0.5VV40TCLKf1MC14433A/D转换器设计了自动调零线路，其中缓冲器和积分器采用模拟调零方式，而比较器采用数字调零方式。在自动调零时，把缓冲器和积分器的失调电压存放在一个失调补偿电容 上，而比较器的失调电压用数字形式存放在内部的寄存器中，A/D 转
8、换系统自0C动扣除电容上和寄存器中的失调电压，就可得到精确的转换结果。A/D转换周期约需 16000个时钟脉冲数，若时钟频率为 48KHz，则每秒可转换 3次，若时钟频率为 64KHz，则每秒可转换 4次。2七段锁存-译码-驱动器 CD4511CD4511是专用于将二-十进制代码（BCD）转换成七段显示信号的专用标准译码器，输入为 BCD码，输出为 a、b、c、d、e、f、g 七段显示驱动电压信号。其驱动电流可达 20 mA。CD4511电源电压范围为 515V。它可与 CMOS电路或 TTL电路兼容工作。CD4511 采用16引线双列直插式封装（见图 3） 。使用 CD4511时应注意输出端
9、不允许短路。应用时电路输出端需外接限流电阻。图 3 CD4511外引线排列图3七路达林顿驱动器阵列 MC1413MC1413采用 NPN达林顿复合晶体管的结构，因此具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 电路结构和引脚如图 4所示，它采用 16引线的双列直插式封装。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。4高精度低漂移能隙基准电源 MC1403MC1403的输出电压的温度系数为零，即输出电压与温度无关。该电路的特点是：温
10、度系数小；躁声小；输入电压范围大，稳定性能好，当输入电压从+4.5V 变化到+15V 时，输出电压值变化量小于 3mV；输出电压值准确度较高，在 2.475V2.525V 以内；压差小，适用于低压电源；负载能力小，该电源最大输出电流为 10mA。MC1403采用 8引线双列直插标准封装，如图 5所示。图 4 MC1413电路结构和引脚排列 图 5 MC1403外引脚排列图四、组装调试加电源电压。 +5V， -5V。DVE用示波器观察 MC14433的 11 脚时钟频率。调整电阻 使其等于 66kHz。2R采用稳压电源，调整其输出电压为 1.999V或 199mV，以此作为模拟量输入信号 ，XV
11、此值需用标准数字电压表监视，然后调整基准电压 的电位器，使 LED显示量为 1.999VRV或 199 mV，此时将电位器值固定好。观察 MC14433第 6脚处的积分波形。调整电阻 值使 为 1.999V或 199 mV 1X时，积分器输出既不饱和，又能得到最大不失真的摆幅。检查自动调零功能。当 MC14433的端口 与 短路或 端没有信号输入时，LEDXVAGX显示器应显示 0000。检查超量程溢出功能。调节 值，当 为 2V（或 ）时，观察 LED发光XXXRV数码管是否有闪烁显示告警作用，此时 端应为低电平。_OR检查自动极性转换功能。将+1.990V 和-1.990V 先后加到 端，
12、两次读数之差为翻X转误差，根据 MOTOROLA公司规定，正负极性转换时允许个位有1 个字的误差。测试线性度误差。将输入信号 从 0V增大到 1.999V，输出几个采样值，其 值XVXV用标准数字电压表监视。然后与 LED显示数值相比较，其最大偏差为线性误差。将信号电压 极性变反，重复步骤。XV当 MC14433的 9脚与 14脚直接相连时，观察是否有 信号。当 端置 0时，EOCDU观察 LED显示数字是否锁存。调试分压器，检查各量程是否准确。五、实训器材 1数字电压表组装套件一套；2万用表一块；3焊接工具一套；4无感起子，十字起子各一把。六、实训报告1按实训内容要求整理实验数据及调试中的波形。2画出实训内容中的电路图，接线图。3总结装配数字电压表的体会。
