三位半数字电压表----王永申

河北建筑工程学院《电子技术》课程设计报告设计题目：三位半数字电压表电路的设计院（系）:_河北建筑工程学院电气系 ___专业班级: __电控102_______学生姓名:王永申 ____学号: 2010308216 __指导老师：赵艳秋、杜春晖 _____设计地点（单位）:河北建筑工程学院电气实验室设计时间: 2012年6月4日--2012年6月17日目录一、题目及设计目的 (2)二、设计要求 (2)三、方案设计与论证 (2)（1）主控芯片 (2)（2）显示部分 (2)四、设计原理及电路图 (3)（1）数字电压表原理框图 (3)量程转换模块 (3)基准电压模块 (3)A/D电路模块 (3)字形译码驱动电路模块 (4)显示电路模块 (4)（2）实验芯片简介 (5)三位半A／D转换器MC14433 (5)七段锁存-译码-驱动器CD4511 (8)七路达林顿驱动器阵列MC1413 (9)高精度低漂移能隙基准电源MC1403 (9)五、元器件清单 (11)六、参数计算 (11)七、结论与心得 (11)八、参考文献 (12)数字电压表电路设计报告一、题目及设计目的1、题目：3 1/2位数字电压表2、设计目的：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、应完成的工作内容和具体的设计方法，同时复习、巩固以往的模电、数电、电路内容。

二、设计要求1、利用所学过知识，通过上网或到图书馆查阅资料，设计出2-3个实现数字电压表的方案；只要求写出实现工作原理，画出电原理功能图，描述其功能。

2、对将要实验方案，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。

3、技术指标：测量直流电压 1999-1V；199.9-0.1V；19.99-0.01V；1.999-0.001V；测量交流电压 1999-199V。

三、方案设计与论证1、主控芯片方案1：选用A/D转换芯片MC14433、CD4511、MC1413、MC1403实现电压的测量，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。

缺点是工作速度低，优点是精度较高，工作性能比较稳定，抗干扰能力比较强。

方案2：选用专用电压转化芯片INC7107实现电压的测量和控制。

它包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管。

用四位数码管显示出最后的转换电压结果。

缺点是精度比较低，且内部电压转换和控制部分不可控制。

优点是价格低廉。

方案3：选用单片机AT89S52和A/D转换芯片ADC0809实现电压的转换和控制，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。

缺点是价格稍贵；优点是转换精度高，且转换的过程和控制、显示部分可以控制。

基于课程设计的要求，我们优先选用了：方案12、显示部分方案1：选用4个单体的共阴数码管。

优点是价格比较便宜；缺点是焊接时比较麻烦，容易出错。

方案2：选用点阵显示器。

优点是能显示文字和数字；缺点是其内部结构较为复杂，不易连接。

方案3：选用液晶显示器。

优点是能显示大量的文字、数字和图形，而且清晰化程度高；缺点是成本高。

基于课程设计的要求，我们优先选用了：方案1四、设计原理及电路图（1）数字电压表原理框图如下：方案1的原理框图如图a所示；方案2的原理框图如图b所示；方案3的原理框图如图c所示。

图a图b图c鉴于选用方案一，由数字电压表原理框图可知,数字电压表由五个模块构成,分别是基准电压模块, 3 1/2位A/D电路模块,字形译码驱动电路模块,显示电路模块,字位驱动电路模块.各个模块设计如下:量程转换模块图——4采用多量程选择的分压电阻网络，可设计四个分压电阻大小分别为900KΩ，90K Ω，9KΩ和1KΩ。

用无触点模拟开关实现量程的切换。

基准电压模块图——5这个模块由MC1403和电位器构成, 提供精密电压，供A/D 转换器作参考电压.3 1/2位A/D电路模块图——6直流数字电压表的核心器件是一个间接型A / D转换器，这个模块由MC14433和积分元件构成,将输入的模拟信号转换成数字信号。

字形译码驱动电路模块图——7这个模块由MC4511构成 ,将二—十进制(BCD)码转换成七段信号。

显示电路模块图——8这个模块由LG5641AH构成,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。

MC1443引脚图引脚功能介绍如下：VA G(1脚)：模拟地。

V R E F(2脚)：基准电压输入端。

V X（3脚)：被测电压输入端。

R1、R1/C1和C1（4～6脚）：外接积分阻容元件，4脚和6脚为输入线，5脚为积分波形输出端。

若时钟为66 k H z，R1为470 kΩ(2 V)或27 kΩ(200 m V)时，一次转换的时间约为250m s。

C01和C02（7和8脚）：外接失调补偿电容。

通常取0.1μF。

D U(9脚)：定时输出控制端。

若输入一个正脉冲，则使转换结果送至结果寄存器。

E O C(14脚)：一次转换结束标志输出。

每一次A/D 转换结束时便输出一个正脉冲，其宽度为时钟周期的1/2。

若把9脚和14脚相连接，则每次转换结束都送到输出锁存器。

在实际电路中常把它们相连。

C L K I和C L K O(10和11脚)：时钟信号输入、输出端。

通常外接一个300KΩ左右的电阻。

O R(15脚)：过量程标志。

当｜Vｘ｜＞V R时，输出低电平。

D S4～D S1(16～19脚)：个、十、百、千位选通特征位输出信号，宽度为18个时钟周期。

当D S1＝1时，Ｑ３～Ｑ０输出为千位数；D S2＝１时，Ｑ３～Ｑ０输出为百位数……。

Q3～Q0(２３～２０脚)：经Ａ／Ｄ转换后的B C D码结果输出端。

V E E(12脚)：负电源，为电路最低电平端。

V S S（13脚）：输出低电平基准，为数字地或称系统地。

V D D（24脚)：正电源。

若V S S＝VA G，则输出幅度为VA G～V D D；若V S S＝V E E，则输出幅度为V E E～V D D。

（2）实验芯片简介：数字显示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（如图1 所示）可采用MC14433—三位半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。

本系统是三位半数字电压表,三位半是指十进制数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l，即二值状态，所以称为半位。

各部分的功能如下：三位半A/D转换器(MC14433)：将输入的模拟信号转换成数字信号。

基准电源(MC1403)：提供精密电压，供A/D 转换器作参考电压。

译码器(MC4511)：将二—十进制(BCD)码转换成七段信号。

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。

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。

工作过程如下：三位半数字电压表通过位选信号DS1～DS4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。

DS1～DS4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Q0～Q3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，Q～Q3输出BCD全位数据，即以8421码方式输出对应的数字0～9．在DS1选通期间，Q0～Q3输出千位的半位数0或l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：Q 3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。

Q 2表示被测电压的极性，Q2的电平为1，表示极性为正，即UX>0；Q2的电平为0，表示极性为负，即UX<0。

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UX 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“-”(即g段)点亮；当输入信号UX 为正电压时，Q2端输出置“1”，负号控制位使达林顿驱动器导通，电小数点显示是由正电源通过限流电阻RDP供电燃亮小数点。

若量程不同则选通对应的小数点。

过量程是当输入电压UX超过量程范围时，输出过量程标志信号OR----。

当Q3=0,Q=1时，表示Ux处于过量程状态；当Q3=1，Q=1时，表示Ux处于欠量程状态。

当OR---- = 0 时，|UX |>1999，则溢出。

|UX|>UR则OR----输出低电平。

当OR---- = 1时，表示|UX |<UR。

平时OR输出为高电平，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UX超出量程范围时，OR____输出低电平，即OR---= 0 →BI---- = 0 ，MC4511译码器输出全0，使发光数码管显示数字熄灭，而负号和小数点依然发亮。

1.三位半A／D转换器MC14433在数字仪表中，MC14433电路是一个低功耗三位半双积分式A/D转换器。

和其它典型的双积分A/D转换器类似，MC14433A/D转换器由积分器、比较器、计数器和控制电路组成。

如果必要设计应用者可参考相关参考书。

使用MC14433时只要外接两个电阻(分别是片内RC 振荡器外接电阻和积分电阻RI)和两个电容(分别是积分电容C I 和自动调零补偿电容C)就能执行三位半的A/D转换。

MC14433内部模拟电路实现了如下功能：（1）提高A/D 转换器的输入阻抗，使输入阻抗可达l00MΩ以上；（2）和外接的RI 、CI构成一个积分放大器，完成V/T转换即电压—时间的转换；（3）构造了电压比较器，完成“0”电平检出，将输入电压与零电压进行比较，根据两者的差值决定极性输出是“1”还是“0”。

比较器的输出用作内部数字控制电路的一个判别信号；（4）与外接电容器C构成自动调零电路。

除“模拟电路”以外，MC14433 内部含有四位十进制计数器，对反积分时间进行3位半BCD码计数(0～1999)，并锁存于三位半十进制代码数据寄存器，在控制逻辑和实时取数信号(DU)作用下，实现A/D转换结果的锁定和存储。