三位半数字万用表

第一章系统概述

1.1 课程设计的目的与要求

课程设计的主要目的，是通过电子技术的综合设计，熟悉一般电子电路综合设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往的学习模电、数电内容，达到灵活应用的目的。在设计完成后，还要将设计的电路进行安装、调试以加强学生的动手能力。在此过程中培养从事设计工作的整体观念。

课程设计应强调以能力培养为主，在独立完成设计任务同时注意多方面能力的培养与提高，主要包括以下方面：

1、独立工作能力和创造力。

2、综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力。

3、查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力。

4、熟悉常用电子仪器操作使用和测试方法。

5、工程绘图能力。

6、写技术报告和编制技术资料的能力。

题目：设计3 1/2数字万用表

具体要求：

（一）根据题目，利用所学知识，通过上网或到图书馆查阅资料，设计实现数字万用表的方案，须采用中小规模集成电路、MC14433A/D转换器等电路进行设计，写出已确定方案详细工作原理，计算出参数。

（二）技术指标：

1、测量直流电压1999-0001V；199.9-0.1V；19.99-0.01V；1.999-0.001V；测量交流电压1999-199V。

2、交、直流电流；

3、电阻、电容；

4、三位半数字显示。

1.2 方案设计与论证

方案一：根据系统功能实现要求，决定控制系统采用AVR单片机，A/D转换采用其内置的10位AD、四个共阴极LED数码管。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行数据通讯上传，存储等扩展功能。

图1.1单片机原理图

方案二：采用双积分A/D转换器MC14433，七段译码驱动器CD4511，基准电源MC1403。

图1.2MC14433原理框图

方案三：由ICL7106构成的3 1/2为数字万用表原理：该系统采用ICL7106、四个共阴极LED数码管，ICL7106内部包括模拟电路（即双积分A/D转换器）、数字电路两大部分。输入电压经量程转换进入ICL7106进行A/D转换，直接在数码器上显示。ICL7106只有液晶笔段及背电极驱动，没有小数点驱动端。为显示小数点，需另加外围电路。

图1.3 ICL7106原理图

方案论证：

1、MC14433具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器。

2、AVR;它的内置A/D转换的精确度较低，同时在编程及调试方面比较复杂考虑到客观条件因素，放弃使用此方案。

3、ICL7106虽外围电路简单，但亮度低，亮暗对比度小，寿命短，微功耗，无BCD码输出，不能配计算机或打印机。

综上：采用MC14433。

第二章单元电路设计

2.1基本原理

由MC14433A/D转换器构成的3 1/2位数字万用表

原理：该系统中将待测直流电压Vx加到MC14433芯片的3脚，经MC14433完成A/D转换后，通过CD4511七段锁存/译码/驱动器送到LED显示，LED位选是由MC14433的DS4-DS1经MC1413反向后提供，MC1403为MC144433提供基准电压。测交流时则需经AC-DC转换。

图1.1 原理框图

该系统可采用MC14433 3位半A/D转换器，MC1413七路达林顿驱动阵列，CD4511BCD到七段锁存-译码-驱动器，基准电压MC1403和共阴极LED发光数码管组成。

该系统可采用MC14433 3位半A/D转换器，MC1413七路达林顿驱动阵列，CD4511BCD到七段锁存-译码-驱动器，基准电压MC1403和共阴极LED发光数码管组成。

（1）各部分功能如下：

1、3 1/2A/D转换器：将输入的模拟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BCD码转换成七段信号

4、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

（2）工作过程如下：

3 1/2数字万用表通过位选信号DS1～DS4进行动态扫描显示，其中MC14433用来实现A/D转换、计数和控制逻辑等主要功能。由于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，就可以将转换结果一数字方式实现四位数字的LED发光数码管动态扫描。DS1～DS4为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数位被选通，此时，该位数据在Q0～Q3端输出。DS和EOC时序关系是在EOC脉冲结束之后，紧接着是DS1输出正脉冲，以下依次是DS2、DS3、DS4，其中DS1对应高位（MSD）DS4对应低位（LSD）。对应位选通期间，Q0～Q3输出以BCD码形式数据，DS1选通期间Q0～Q3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DS1选通期间Q0~Q3的输出内容如下：

Q3表示千位数，Q3代表千位数的数字。若其值为1，则代表千位数的数字显示为0；反之，若其值为0，千位数的数字显示为1。

Q2表示被测电压的极性，Q2的电平为1，表示极性为正，即Vx>0，Q2的电平为0，表示极性为负，即Vx<0。显示数的负号（负电压）由MC1413中的一只晶体管控制，符号位“一”段的阴极与千位数的阴极接在一起，当输入信号Vx为负电压时，Q2端输出置“0”。Q2负号控制位使得驱动器不工作，通过限流电阻Rm使显示器的“一”段（即g段）点亮；当输入信号Vx为正电压时，Q2端输出置“1”，负号控制位使反相器导通，电阻接地，使“一”旁路而熄灭。

小数点显示是由正电源通过限流电阻供电燃亮小数点。若量程不通则选通对应的小数点。

过量程是当输入电压Vx超过量程范围时，输出过量程标志信号/OR。