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1、1直流数字电压表的课程设计2引言引言数字电压表是采用数字化电路测量的电压仪表。它以其高准确度、高可靠性、高分辨率、高性价比、读数清晰方便、测量速度快、输入阻抗高等优良特性而倍受人们的青睐。 数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表(如：温度计、湿度计、酸度计、重量、厚度仪等)，几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化仪表等各个领域。因此对数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。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
2、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。目前，由各种单片 A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等领域，显示出强大的生命力。与此同时，由 DVM 扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表， 也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。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
3、要由输入电路、A/D 转换器、控制逻辑电路、计数器（或寄存器） 、显示器，以及电源电路等级部分组成。它的数字输出可由3打印机记录，也可以送入计算机进行数据处理。系统概述系统概述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字系 统。该系统（如图 1 所示）可由 MC14433-321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。本系统是 321位数字电压表，321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
4、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，所以成为半位。 各部件的功能如下：（1）321A/D 转换器：将输入的模拟信号转换成数字信号。1. 基准电源：提供精密电压，供 A/D 转换器作参考电压。 2. 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，推动发光数码管4目目录录引言引言 1系统概述 2 1设计目的和要求设计目的和要求 21.1 设计目的 31.2 设计内容及要求 3 2数字电压表的基本原理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 2.3 工作过程 4 3
5、元器件的介绍元器件的介绍 53.1 课程设计器材和供参考选择的元器件 3.2132A/D 转换器 MC14433 53.3 MC14433 引脚功能说明 83.4 七段锁存译码驱动器 MC4511 103.5 七路达林顿驱动器阵列 MC1413 123.6高精度低漂移能隙基准电源 MC1403 12 4课程设计调试的要点课程设计调试的要点 124.1 电路调试 124.2 功能调试 13 5课程设计报告结论课程设计报告结论 136.1 按设计内容要求整理实验数据及调试中的波形 146.2 画出设计内容中的电路图、 接线图 15 6.3ICL7106A/D 转换电路组成的数字电压表电路特点 51
6、6.3 总结设计数字电压表的体会 156.4 参考文献 141 设计目的和要求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设计目的设计目的 （1）掌握数字电压表的设计、组装与调试方法。5（2） 熟悉集成电路 MC14433、 MC1413、 MC4511 和 MC1403 的使用方法， 并掌握其工作原理。 1.2设计内容及要求设计内容及要求 （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132位
7、数字电压表。（4）画出数字电压表电路原理图，写出总结报告。2.数字电压表的基本原理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 MC14433132位 A/D 转换器、MC1413 七路达林顿驱动器阵列、MC4511 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 1-2132位数字电压表图2.2系统功能系统功能本系统是132位数字电压表，132位是指十进制数 00001999，所谓 3 位是6指个位、十位、百位，其数字范围
8、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）132A/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。直流数字电压表的基本方框图工作过程工作过程：132数字电压表通过位选信号1DS 4DS 进行动态扫描显示，由于
9、 MC14433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。1DS 4DS 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0Q 3Q 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1DS输出正脉冲，以下依次为2DS，3DS和4DS。其中1DS对应最高位（MSD） ，4DS则对应最高位（LSD） 。在对应2DS，3DS和4DS选通期间，0Q 3Q 输出 BCD 全位数据，即以 8421 码方式输出对应的数字 09。在1DS选通期间，0Q 3Q 输出千位的半位数 0 或 1 及过量程、7欠量程和极性标志信号。在位选信号1DS选通期间0Q 3Q 的输出内容如下：3
