直流数字电压表毕业设计

毕业设计姓名：孟冬冬专业：电气自动化班级：电气1001班设计课题：数字电压表的设计指导教师：杨喜录电子信息工程系印制二○一二年九月宝鸡职业技术学院毕业设计任务书姓名：孟冬冬专业：电气自动化班级：电气1001班设计课题：数字电压表的设计指导教师：杨喜录电子信息工程系印制二○一二年九月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。

它的数字输出可由打印机记录，也可以送入计算机进行数据处理。

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0000～1999，所谓3位是指个位、十位、百位，其数字范围均为0～9。

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，推动发光数码管目 录引言 (1)系统概述........................................................2 1 设计目的和要求.. (2)1.1 设计目的 (3)1.2 设计内容及要求..................................................3 2 数字电压表的基本原理.. (3)2.1 数字电压表组成电路 (3)2.2 系统功能························································2.3 工作过程.......................................................4 3 元器件的介绍.. (5)3.1 课程设计器材和供参考选择的元器件································ 3.2 132A/D 转换器MC14433........................................5 3.3 MC14433引脚功能说明. (8)3.4 七段锁存—译码—驱动器MC4511 (10)3.5 七路达林顿驱动器阵列MC1413 (12)3.6 高精度低漂移能隙基准电源MC1403..............................12 4 课程设计调试的要点 (12)4.1 电路调试 (12)4.2 功能调试 (13)5 课程设计报告结论 (13)6.1 按设计内容要求整理实验数据及调试中的波形 (14)6.2 画出设计内容中的电路图、接线图 (15)6.3ICL7106 A/D 转换电路组成的数字电压表电路特点 (51)6.3 总结设计数字电压表的体会 (15)6.4 参考文献 (14)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、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（1）设计数字电压表电路。

（2）测量范围：直流电压0V~1.999V，0V~19.99V，0V~199.9V，0V~1999V。

（3）组装调试132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。

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—132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 系统功能本系统是132位数字电压表，132位是指十进制数0000~1999，所谓3位是指个位、十位、百位，其数字范围均为0~9。

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：132数字电压表通过位选信号1DS ~4DS 进行动态扫描显示，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0~9。

在1DS 选通期间，0Q ~3Q 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1DS 选通期间0Q ~3Q 的输出内容如下：3Q 表示千位数，3Q =“0”代表千位数的数字显示为1，3Q =“1”代表千位数的数字显示为0。

2Q 表示被测电压的极性，2Q 的电平为“1”，表示极性为正，即0X V >，2Q 的电平为“0”表示极性为负，即0X V <。

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X V 为负电压时，2Q 端输出置“0”，2Q 负号控制位使得驱动器不工作，通过限流电阻M R 使显示器的“—”（即g 段）点亮；当输入信号X V 为正电压时,2Q 端输出置“1”，负号控制位使达林顿驱动器导通，电阻M R 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DP R 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X V 超过量程范围时，输出过量程标志信号OR 。

当30"0""1"Q Q =⎧⎨=⎩时，表示X V 处于过量程状态。

当30"1""1"Q Q =⎧⎨=⎩时，表示X V 处于欠量程状态。

当OR =0时，1999X V >，则溢出。

X R V V >，则OR 输出低电平。

当OR =1时，表示X R V V <。

平时OR 为高电平，表示被测量在量程内。

MC14433的OR 端与MC4511的消隐端BI 直接相连，当X V 超出量程范围时，则OR 输出低电平，即OR =0→BI =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5. 课程设计器材和供参考选择的元器件3.1 132A/D 转换器—MC14433在数字仪表中，MC14433电路是一个低功耗132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。