数字电压表设计

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1、姓名 学号 班级 日期 20 数字电压表设计数字电压表设计一、目的、目的 掌握数字电压表的设计、组装与调试方法 熟悉集成电路 MCl4433，MCl413，CD451l 和 MCl403 的使用方法，并掌握其工作原 理。 二、设计内容二、设计内容 (1) 设计数字电压表电路。 (2) 测量范围：直流电压 0V 一 1.999V，0V 一 199.9mV。 (3) 组装调试 3 位半数字电压表。 三、数字电压表的基本原理三、数字电压表的基本原理 数字电压表将被测模拟量转换为数字量，并进行实时数字显示。该系统可采用 MC144333 位半 A/D 转换器、MC1413 七路达林顿驱动器阵列、CD4

2、511 BCD 到 七段锁存-译码-驱动器、能隙基准电源 MCl403 和共阴极 LED 发光数码管组成。 本系统是 3 位半数字电压表，3 位半是指十进制数 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 l，即二值状态，所以称为半位。各部分的功能如下各部分的功能如下： （1）3 位半 AD 转换器(MC14433)：将输入的模拟信号转换成数字信号。 （2）基准电源(MC1403)：提供精密电压，供 AD 转换器作参考电压。 （3）译码器(MC4511)：将二十进制(BCD)码转换成七段信号。 （

3、4）驱动器(MC1413)：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。 （5）显示器：将译码器输出的七段信号进行数字显示，读出 AD 转换结果。工作过程如下：工作过程如下： 3 位半数字电压表通过位选信号 DS1DS4 进行动态扫描显示，由于 MCl4433 电路 的 AD 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。DS1DS4 输出多路 调制选通脉冲信号。DS 选通脉冲为高电平时表示对应的数位被选通，此时该位数据在 Q0Q3 端输出。 每个 DS

4、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 DS1 输出正 脉冲。以下依次为 DS2，DS3 和 DS4。其中 DS1 对应最高位(MSD)，DS4 则对应最低位(LSD)。在对应 DS2，DS3 和 DS4 选通期间，Q0Q3 输出 BCD 全位数据，即以 8421 码方式输出对应的数字 09在 DS1 选通期间，Q0Q3 输出千位的半位数 0 或 1 及过 量程、欠量程和极性标志信号。 在位选信号在位选信号 DS1 选通期间选通期间 Q0Q3 的输出内容如下：的输出内容如下： （1

5、）Q3 表示千位数，Q3=0 代表千位数的数宇显示为 1，Q3=1 代表千位数的数字显示为 0。 （2）Q2 表示被测电压的极性，Q2 的电平为 1，表示极性为正，即 UX0，Q2 的电平为 0，表示极性为负，即 UX1999，则溢出。 | UX| UR 则 OR 输出低电平。 （4）当 OR = 1 时，表示| UX|VREF 时，OR 输出低电平，正常量程 OR 为 高电平。 (16)(19)端：对应为 DS4DS1，分别是多路调制选通脉冲信号个位、十位、百位和 千位输出端，当 DS 端输出高电平时，表示此刻 Q。Q3 输出的 BCD 代码是该对应位 上的数据。 (20)（23）端：对应为

6、 Q0 一 Q3，分别是 AD 转换结果数据输出 BCD 代码的最低 位(LSB)、次低位、次高位和最高位输出端。 (24) 端：VDD，整个电路的正电源端。 七段锁存七段锁存-译码译码-驱动器驱动器 CD4511 CD4511 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，它 由 4 位锁存器，7 段译码电路和驱动器三布分组成。 (1) 四位锁存器(LATCH)：它的功能是将输入的 A，B，C 和 D 代码寄存起来，该电路 有锁存功能，在锁存允许端（LE 端，即 LATCHENABLE）控制下起锁存数据的作用。 (2)七段译码电路：将来自四位锁存器输出的 BCD 代码

7、译成七段显示码输出 。 (3)驱动器：利用内部设置的 NPN 管构成的射极输出器，加强驱动能力，使译码器输出驱 动电流可达 20mA。 3七路达林顿驱动器阵列七路达林顿驱动器阵列 MCl413 MCl413 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)。MCl413 引脚如图 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 的续流二极管。 4高精度低漂移能隙基准电源高精度低漂移

8、能隙基准电源 MCl403 MCl403 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： 温度系数小；噪声小； 输入电压范围大，稳定性能好，当输入电压从+45V 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，y。值在 2475V2.525V 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。 心得体会：心得体会： 这次设计，使我对课本知识有了更深刻的理解，对设计的思想和方法有了更好的把握。 这次课题设计给我提供了一次将理论应用到实践中的机会。激发了我对实践的兴趣与热情， 让我更加清楚明白数字电路知识在实际生活中的应用是非常广泛非常重要的。同时，这次 设计让我看到了自己的不足之处，对理论知识掌握的不熟练，应用动手能力不够，知识迁 移能力不强。经过反思总结，我以后要从以下三个方面去不断改进自己：第一，改进学习 方法，积极动脑，理论联系实际，加强动手能力的训练。第二，必须发扬勤奋刻苦的精神， 多发时间去熟练理论知识，多参阅一些相关的文献让自己的思维发散，眼见开阔，从而使 自己能做到举一反三，触类旁通。第三，多做一些设计活动，积极和同学探讨不断发现自 己的不足并加以改进。只有这样才能不断进步，才能学到真才实学，将来才能适应社会， 才有可能找到一份满意的工作。