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设计院系物理学院专业过程控制自动化学生班级级1班姓名 xxxx 学号 xxxx指引教师单位 xxxxx指引教师姓名 xxxx 指引教师职称 xxxx7月三位半数字直流电压表过程控制自动化专业级 xxx指引教师 xxx摘要：依照设计指标和规定，结合平时所学理论知识，设计出一种功能较齐全数字直流电压表。

核心词：电压表、电路、设计、A/D转换器目录前言 (1)1 设计技术指标与规定 (1)1.1 设计技术指标 (1)1.2 设计规定 (1)2 方案设计及元器件清单 (1)3 电路工作原理 (2)4 各某些功能 (3)4.1 三位半位双积分A / D 转换器CC14433 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 显示屏 (5)5系统电路总图及原理 (5)5.1 电路构成 (5)5.2 电路工作原理及过程 (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)参照文献 (10)前言数字电压表（Digital Voltmeter），简称DVM，是采用数字化测量技术，把持续模仿信号转换成不持续、离散数字形式并加以显示仪表。

数字电压表类型诸多，其输入电路、设计电路和显示电路基本相似，只是电压—数字转换办法不同。

因而，咱们本次设计电压表就是为了理解电压表原理，从而学会制作电压表。

并且通过电压表制作进一步理解各种在制作中用到中小规模集成电路作用及实用办法。

1 设计技术指标与规定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：能保持某一时刻读数；4. 批示值与原则电压表达值误差最低位在5之内。

1.2 设计规定1. 画出电路原理图（或仿真电路图）；2. 元器件及参数选取；3. 编写设计报告写出设计全过程，附上关于资料和图纸，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实现电压测量，用四位数码管显示出最后转换电压成果。

缺陷是工作速度低，长处是精度较高，工作性能比较稳定，抗干扰能力比较强。

详细元器件清单如表1所示。

表一元器件清单3电路工作原理1.直流数字电压表核心器件是一种间接型A / D 转换器 它一方面将输入模仿电压信号变换成易于精确测量时间量 然后在这个时间宽度里用计数器计时 计数成果就是正比于输入模仿电压信号数字量，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、CC4511 BCD到七段锁存-译码-驱动器、能隙基准电源 MCl403 和共阴极 LED 发光数码管构成。

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，其数字范畴均为 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，因此称为半位。

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 各某些功能4.1 三位半位双积分A / D 转换器CC14433 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仿电路约7700 各种MOS 晶体管集成在一种硅芯片上，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引脚排列引脚功能阐明：VAG （1 脚）：被测电压VX 和基准电压VR 参照地 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=470K Ω (2V 量程)； R1=27K Ω （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）：电路电源最负端 接 5V。

VSS （13 脚）：除CP 外所有输入端低电平基准（普通与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输出一种正脉冲）宽度为时钟周期一半。

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 相应于千位，DS2 相应于百位，DS3 相应于十位，DS4 相应于个位。

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 转换器作参照电压，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,将译码器输出七段信号进行数字显示，读出A/D 转换成果。

如图5所示。

图5 显示电路模块4.5 驱动器(MC1413)驱动显示屏 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 显示屏将译码器输出七段信号进行数字显示，读出A/D转换成果。

5系统电路总图和原理5.1 电路构成将设计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A/D转换成果是采用BCD码多路调制办法输出，只要配上一块译码器，就可以将转换成果以数字方式实现四位数字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达相应数位被选通，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时序关系是在EOC 脉冲结束后，紧接着是DS1输出正脉冲。

如下依次为DS2，DS3和DS4。

其中DS1相应最高位(MSD)，DS4则相应最低位(LSD)。

在相应DS2，DS3和DS4选通期间，Q0～Q3输出BCD全位数据，即以8421码方式输出相应数字0～9．在DS1选通期间，Q0～Q3输出千位半位数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输出内容如下：Q3表达千位数，Q3=0代表千位数数宇显示为1，Q3=1代表千位数数字显示为0。

Q2表达被测电压极性，Q2电平为1，表达极性为正，即UX>0；Q2电平为0，表达极性为负，即UX<0。

显示数负号(负电压)由MC1413中一只晶体管控制，符号位“-”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 使显示屏“-”(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。

若量程不同则选通相应小数点。

过量程是当输入电压UX超过量程范畴时，输出过量程标志信号OR----。

当Q3=0,Q0=1时，表达Ux处在过量程状态；当Q3=1，Q0=1时，表达Ux处在欠量程状态。

当OR---- = 0 时，|UX|>1999，则溢出。

|UX|>UR则OR----输出低电平。

当OR---- = 1时，表达|UX|<UR 。

平时OR输出为高电平，表达被测量在量程内。

MC14433OR----端与MC4511消隐端BI____直接相连，当UX超过量程范畴时，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电路是一种低功耗三位半双积分式A/D转换器。

和其他典型双积分A/D转换器类似，MC14433A/D转换器由积分器、比较器、计数器和控制电路构成。

如果必要设计应用者可参照有关参照书。

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A/D转换。

MC14433内部模仿电路实现了如下功能：（1）提高A/D 转换器输入阻抗，使输入阻抗可达l00MΩ以上；（2）和外接RI、CI构成一种积分放大器，完毕V/T 转换即电压—时间转换；（3）构造了电压比较器，完毕“0”电平检出，将输入电压与零电压进行比较，依照两者差值决定极性输出是“1”还是“0”。

比较器输出用作内部数字控制电路一种鉴别信号；（4）与外接电容器C0构成自动调零电路。

除“模仿电路”以外，MC14433 内部具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转换成果锁定和存储。

借助于多路选取开关，从高位到低位逐位输出BCD码Q0～Q3，并输出相应位多路选通脉冲标志信号DS1～DS4实现三位半数码扫描方式（多路调制方式）输出。

MC14433内部控制逻辑是A/D 转换指挥中心，它统一控制各某些电路工作。

依照比较器输出极性接通电子模仿开关，完毕A/D转换各个阶段开关转换，产生定期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，完毕A/D 转换。

MC14433内部具备时钟发生器，它通过外接电阻构成反馈，井运用内部电容形成振荡，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，普通外接电阻为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。