钦州学院数字电子技术课程设计报告三位半数字直流电压表的设计院系物理学院专业过程控制自动化学生班级2010级1班姓名xxxx学号xxxx指导教师单位xxxxx指导教师xxxx指导教师职称xxxx2013年7月三位半数字直流电压表过程控制自动化专业2010级xxx指导教师xxx摘要：根据设计的指标和要求，结合平时所学的理论知识，设计出一个功能较齐全的数字直流电压表。
关键词：电压表、电路、设计、A/D转换器目录前言 (1)1设计技术指标与要求 (1)1.1 设计技术指标 (1)1.2 设计要求 (1)2 方案的设计及元器件清单 (1)3 电路的工作原理 (2)4 各部分的功能 (3)4.1 三位半位双积分 A / D 转换器CC14433 的性能特点 (3)4.2 基准电源(CC1403) (3)4.3 译码器(MC4511) (4)4.4 显示电路模块 (5)4.5 驱动器 (5)4.6 显示器 (5)5 系统电路总图及原理 (5)5.1 电路组成 (5)5.2 电路的工作原理及过程 (6)5.2.1 三位半A／D转换器MC14433 (7)5.2.2 七段锁存-译码-驱动器CD4511 (8)5.2.3 高精度低漂移能隙基准电源MC1403 (9)6 电路连接测试 (9)7 经验体会 (10)参考文献 (10)前言数字电压表（Digital Voltmeter），简称DVM，是采用数字化测量技术，把连续的模拟信号转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。
数字电压表的类型很多，其输入电路、设计电路和显示电路基本相似，只是电压—数字转换方法不同。
因此，我们此次设计电压表就是为了了解电压表的原理，从而学会制作电压表。
而且通过电压表的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。
1 设计技术指标与要求1.1 设计技术指标1. 量程：一档：+1.999V～0～－1.999V 二档: +19.99V～0～－19.99V2. 用七段LED数码管显示读数，做到显示稳定、不跳变；3. 保持/测量开关：能保持某一时刻的读数；4. 指示值与标准电压表示值误差最低位在5之。
1.2 设计要求1. 画出电路原理图（或仿真电路图）；2. 元器件及参数选择；3. 编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。
2 方案设计及元器件清单选用A/D转换芯片MC14433、CC4511、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。
具体的元器件清单如表1所示。
表一元器件清单3电路的工作原理1.直流数字电压表的核心器件是一个间接型A / D 转换器 它首先将输入的模拟电压信号变换成易于准确测量的时间量 然后在这个时间宽度里用计数器计时 计数结果就是正比于输入模拟电压信号的数字量，并进行实时数字显示。
该系统可采用MC14433——3位半A/D 转换器、MC1413 七路达林顿驱动器阵列、CC4511BCD 到七段锁存-译码-驱动器、能隙基准电源 MCl403 和共阴极 LED 发光数码管组成。
2.本系统是 3位半数字电压表，3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。
数字电压表原理框图如图1所示。
图1 数字电压表原理框图4 各部分的功能4.1 三位半位双积分A / D 转换器CC14433 的性能特点CC14433 是CMOS 双积分式三位半A / D 转换器，它是将构成数字和模拟电路的约7700 多个MOS 晶体管集成在一个硅芯片上，芯片有24 只引脚 采用双列直插式，其引脚排列与功能如图2 所示。
图2 CC14433引脚排列引脚功能说明：VAG （1 脚）：被测电压VX 和基准电压VR 的参考地VR （2 脚）：外接基准电压（2V 或200mV ）输入端VX （3 脚）：被测电压输入端R1（4 脚）R1/C1（5 脚）、C1（6 脚）：外接积分阻容元件端C1=0.1μF（聚酯薄膜电容器），R1=470KΩ(2V 量程)；R1=27KΩ（200mV 量程）。
C01（7 脚）C02（8 脚）：外接失调补偿电容端 典型值0.1μF。
DU（9 脚）：实时显示控制输入端。
若与EOC（14 脚）端连接 则每次A / D转换均显示。
CP1（10 脚）CPo（11 脚）：时钟振荡外接电阻端 典型值为470KΩ。
VEE （12 脚）：电路的电源最负端 接 5V。
VSS （13 脚）：除CP 外所有输入端的低电平基准（通常与1 脚连接）。
EOC（14 脚）：转换周期结束标记输出端 每一次A / D 转换周期结束（EOC输出一个正脉冲）宽度为时钟周期的二分之一。
OR（15 脚）：过量程标志输出端 。
DS4到DS1 （16到19 脚）：多路选通脉冲输入端，DS1 对应于千位，DS2 对应于百位，DS3 对应于十位，DS4 对应于个位。
Q0到Q3 （20到23 脚）：BCD 码数据输出端，DS2、DS3、DS4 选通脉冲期间 输出三位完整的十进制数，在DS1 选通脉冲期间 输出千位0 或1 及过量程、欠量程和被测电压极性标志信号。
VDD，整个电路的正电源端。
4.2 基准电源(CC1403)提供精密电压，供A／D 转换器作参考电压，如图3所示。
图3 基准电源CC14034.3 译码器(MC4511)将二—十进制(BCD)码转换成七段信号，如图4所示。
图4 译码器(MC4511)4.4 显示电路模块这个模块由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。
如图5所示。
图5 显示电路模块4.5 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。
4.6 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。
5系统电路总图和原理5.1 电路组成将设计的各个单元电路进行级联，得到数字电子钟系统电路原理图如图6所示。
图6 三位半直流数字电压表接线图5.2 电路的工作原理及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，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 超过量程围时，输出过量程标志信号OR ----。
当Q3=0,Q0=1时，表示Ux 处于过量程状态；当Q3=1，Q0=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。
MC14433的OR ----端与MC4511的消隐端BI ____ 直接相连，当UX 超出量程围时，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。
5.2.1 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。
除“模拟电路”以外，MC14433 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。
借助于多路选择开关，从高位到低位逐位输出BCD码Q0～Q3，并输出相应位的多路选通脉冲标志信号DS1～DS4实现三位半数码的扫描方式（多路调制方式）输出。
MC14433部的控制逻辑是A/D 转换的指挥中心，它统一控制各部分电路的工作。
根据比较器的输出极性接通电子模拟开关，完成A/D转换各个阶段的开关转换，产生定时转换信号以及过量程等功能标志信号。
在对基准电压VREF 进行积分时，控制逻辑令4位计数器开始计数，完成A/D 转换。
MC14433部具有时钟发生器，它通过外接电阻构成的反馈，井利用部电容形成振荡，产生节拍时钟脉冲，使电路统一动作，这是一种施密特触发式正反馈RC 多谐振荡器，一般外接电阻为360kΩ时，振荡频率为100kHz；当外接电阻为470kΩ时，振荡频率则为66kHz，当外接电阻为750kΩ时，振荡频率为50kHz。