数字电压表(数字电路课设)概览

河北建筑工程学院

课程设计报告书

课程名称：《电子技术》综合课程设计

学院：电气工程学院

专业：

班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

职称：

年月日

一、三位半数字电压表

数字电压表基本原理：数字电压表主要由直流数字电压表构成，它由阻容滤波器、前置放大器、直流转换器AC／DC、模数转换器A／D、发光二极管显示器LED及保护电路等组成。

二、功能要求

1：根据题目:利用所学过知识，通过上网或到图书馆查阅资料，设计3个实现数字电压表的方案；只要求写出实现工作原理，画出原理功能框图，描述其功能。

说明:采用原理、方案、方法不限，可以自行设计。

2：其中对将要实验方案3 1/2位数字电压表方案，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。

三、技术指标：

测量直流电压1999-0001V；199.9-0.1V；19.99-0.01V；1.999-0.001V

四、方案设计

方案一：基于MC14433的数字电压表

该方案大致分为五个模块，分别为基准电压模块；A/D转换模块；字形译码驱动模块；显示电路模块；字位驱动模块。由图1可以清楚地看出，交流电流经过AC/DC转换成直流，经过电阻分压集稳压放大后进入双积分转换器MC14433测量，再通过CD4511译码器经过A/D 转换器位选电路送到LED显示，完成电压测试。

其原理框图如下图

1

方案二：该方案将直流电压和交流电压转换电路直接同芯片

INC7107连接组成，INC7107将

转换后的数据显示在L E D显示数码管上。INC7017为CMOS3 1/2为单片双积分式A/D转换器，集模拟部分的缓冲器、积分器、电压比较器、正负电压参考源和模拟开关，以及数字部分的振荡器、计数器、锁存器、译码器、驱动器、控制器和逻辑电路于一身的芯片。使用时只需少量电阻、电容等器件即可完成模拟量到数字量的转换。

其原理框图如下图2

图1

方案三：利用成熟芯片ICL7107

实现电压的测量，用四位数码管显示出最后的转换电压的结果。

其原理框图如下图3

五、方案比较

方案一：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。器件价格合适，采购方便，成本低，易实施。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。 方案二：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。

方案三：利用成熟芯片ICL7107优点：可直接驱动LED 数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。

综合比较三个方案，方案一结构简单，易实施，价格合适且工作精度高，比 较稳定，抗干扰能力强；而方案二虽然价格低廉，但是精度较低；方案三规模大较复杂，综合比较我们选择了方案一。

六、３１/２位数字电压表

部件构成：

三位半A/D 转换器(MC14433)：将输入的模拟信号转换成数字信号。

基准电压（MC1403）：提供精密电压，供A/D 转换器做参考电压。

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（L E D ）进行显示。

显示器：将译码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：

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L E D 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

图2 图3

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)。在对应的DS2，DS3和DS4选通期间，Q0～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：

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。Q2

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，电阻RM接地，使“-”旁路而熄灭。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OR---= 0 时，|UX|>1999，则溢出。|UX|>UR则OR---输出低电平。当OR--- = 1时，表示|UX|

元器件介绍：

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CI和自动调零补偿电容C0)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C0构成自动调零电路。