数字电子技术基础课程设计(论文) 简易数字电压表院（系）名称电子信息工程学院专业班级通信132班学号学生姓名指导教师起止时间：2016.1.4—2016.1.15课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院教研室：电子信息工程摘要本文介绍了一种简易数字电压表的设计。

该设计主要是有五个模块组成：A/D 转换模块、译码器模块、数据处理模块、驱动模块和显示模块。

A/D转换主要由芯片MC14433来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。

数据处理则由芯片CD4511来完成，负责把MC14433传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到数码显示模块进行显示表达，该系统的数字电压表电路简单，核心器件是一个间接型的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值，然后再这个时间宽度里计数器计时，计数器结果就是正比于输入模拟电压信号的数字量。

所用元件较少，成本低，且测量精度和可靠性较高。

此数字电压表可以测量0~1.999V的1路模拟直流输入电压值，并通过四位一体的7段数码管显示出来。

关键词：数字电压表；A/D转换器；显示器目录第1章绪论 (1)1.1 数字电压表发展概况 (1)1.2本文研究内容 (1)第2章数字电压表总体设计方案 (3)2.1 数字电子钟设计方案论证 (3)2.2总体设计方案框图及分析 (3)第3章数字电压表单元电路设计 (4)3.1 数字电压表单元电路设计 (4)3.1.1双积分A/D转换器的电路设计 (4)3.2 元器件型号选择 (5)3.3 数字电压表总体电路图 (6)第4章数字电压表仿真与调试 (7)4.1 Multisim仿真与调试 (7)4.2 仿真结果分析 (7)第5章数字电压表实物制作 (8)5.1 数字电压表电路焊接 (8)5.2 数字压表电路焊接 (8)5.3 数字电压表作品 (9)第6章作品测试与数据分析 (10)第7章总结 (11)参考文献 (12)附录I (13)附录II (14)第1章绪论1.1 数字电压表发展概况数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量技术设计的电压表。

数字电压表自1952年问世以来，已有50多年的发展史，大致经历了五代产品。

第一代产品是20世纪50年代问世的电子管数字电压表，第二代产品属于20世纪60年代出现的晶体管数字电压表，第三代产品为20世纪70年代研制的中、小规模集成电路的DVM。

近年来，国内外相继推出由大规模集成电路（LSI）或超大规模集成电路（VLSI）构成的数字电压表、智能数字电压表，分别属于第四代、第五代产品。

它们不仅开创了电子测量的先河，更以其高准确度、高可靠性、高分辨力、高性价比等优良特性而受到人们的青睐。

其采用新技术、新工艺，由LSI和VLSI构成的新型数字仪表及高档智能仪器的大量问世，标志着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先河。

新型数字仪表的发展主要有四个方向：(1)广泛采用新技术，不断开发新产品。

(2)向模块化发展。

新一代数字仪表正朝着标准模块化的方向发展。

预计在不久的将来，许多数字仪表将由标准化、通用化、系列化的模块所构成，给电路设计和安装调试、维修带来极大方便。

(3)多重显示仪表：为彻底解决数字仪表不便于观察连续变化量的技术难题，“数字/模拟条图”双显示仪表已成为国际流行款式，它兼有数字仪表准确度高、模拟式仪表便于观察被测量的变化过程及变化趋势的两大优点。

模拟条图大致分成三类：液晶（LCD）条图，呈断续的条状，这种显示器的分辨力高、微功耗，体积小，低压驱动，适于电池供电的小型化仪表。

等离子体（PDP）光柱显示器，其优点是自身发光，亮度高，显示清晰，观察距离远，分辨力较高，缺点是驱动电压高，耗电较大。

LED 光柱，它是又多只发光二极管排列而成。

这种显示器的亮度高，成本低，但象素尺寸较大，功耗高，驱动电路复杂。

制作简单化。

1.2本文研究内容数字电压表（Digital VoIt Me-ter，DVM），以其功能齐全、精度高、灵敏度高、显示直观等突出优点深受用户欢迎。

特别是以A／D转换器为代表的集成电路为支柱，使DVM向着多功能化、小型化、智能化方向发展。

设计参数：（1）被测电压范围：0到+2V；（2）测量精度：±0.5%（误差＜±100mV）；（3）具有过量程闪烁指示；（4）利用目录体项目进行计算机仿真。

设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。

必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。

2 .确定合理的总体方案。

对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，考虑器件的来源，敲定可行方案。

3 .设计各单元电路。

将总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个进行设计。

4 .组成系统。

在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。

第2章 数字电压表总体设计方案2.1 数字电子钟设计方案论证第一阶段：查阅相关资料获取信息搜集资料了解数字电压表的功能，工作原理。

第二阶段：构建电压表模型根据所获取的信息可知，数字电压的工作原理是将所测的模拟量电压值经过转换之后得到数字量通过驱动连接到LED 数码管上显示出对应得所测的电压值。

所以我在此基础上决定了用一个具有转换功能的数/摸转换器作为主要芯片，再配以相应的驱动，显示器等实现简易数字电压表的功能。

第三阶段：具体细节确认元器件及参数的选择，设计各单元电路。

总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计，最后组成系统。

2.2总体设计方案框图及分析方案的原理框图如图2.1所示。

图2.1简易数字电压表的原理框图模拟电压量数字电压量 计数译码显示器数模转换电路逻辑控制电路A/D第3章 数字电压表单元电路设计3.1 数字电压表单元电路设计 3.1.1双积分A/D 转换器的电路设计CC14433是采用 CMOS 工艺制作的一种常用的3位半双积分式A/D 转换器,被广泛应用于数字电压表及低速 A/D 控制系统。

CC14433 主要特性是：转换精度较高(读数的±0.05％±1,3~(1/2)位十进制相当于11位二进制)；转换速率为8～10次/s,在实际使用中可以做到25次/s 。

输入阻抗较高(100MΩ)。

片内提供时钟发生电路,使用时只需外接一只电阻即可,亦可以使用外接时钟。

时钟频率范围为 40kHz ～200 kHz 。

片内具有自动调零、自动极性转换功能。

有过量程和欠量程标志信号输出,配上控制电路可以实现自动量程转换。

电压量程有0-200mV 和0-2V 两档。

线路简单，外接元件少；功耗低，价格低，作电压+-4.5V-+-8V 。

但是在Multisim 中并没有这个芯片，所以在设计过程中未了验证方案的可行性我把其原理图画出来代替cc14433实现等效的功能。

电路设计如图3.1所示图3.1cc14433原理图U1OPAMP_3T_VIRTUALU2COMPARATOR_VIRTUALC11µF J 1Key = AR11kΩU3A7400N U874HC160D_6VQ A14Q B 13Q C 12Q D 11R C O 15A3B 4C 5D 6E N P7E N T 10~L O A D9~C L R 1C L K2U574HC160D_6VQ A14Q B 13Q C 12Q D 11R C O 15A3B 4C 5D 6E N P7E N T 10~L O A D9~C L R 1C L K2U674HC160D_6VQ A14Q B 13Q C 12Q D 11R C O 15A3B 4C 5D 6E N P7E N T 10~L O A D9~C L R 1C L K274HC160D_6VQ A 14Q B 13Q C 12Q D 11R C O15A3B 4C 5D 6E N P7E N T 10~L O A D9~C L R 1C L K2J2Key = SpaceV11 Vpk1kHz 0°V212 VVCC5VV3100 Hz 5 VU94511BP_5VA 1A 2~L T ~B I ~L EA 3A 0V S SY E Y D Y C Y B Y AY G Y F V D DU104511BP_5VA 1A 2~L T ~B I ~L EA 3A 0V S SY E Y D Y C Y B Y AY G Y F V D DU114511BP_5VA 1A 2~L T ~B I ~L EA 3A 0V S SY E Y D Y C Y B Y AY G Y F V D DU124511BP_5VA 1A 2~L T ~B I ~L EA 3A 0V S SY E Y D Y C Y B Y AY G Y F V D DU14A B C D E F G CKU15A B C D E F G CKU16AB C D E F G CKU17AB C D E F G CKVCC 5V3.1.2 译码驱动显示电路设计图3.2译码驱动显示电路3.2 元器件型号选择表3.1器型号选择元器件名称 型号数量 双积分A/D 转换器CC14433 1 译码驱动器 CC4511 4 位选开关 CC1413 1 电阻 1k 欧 28 电阻 470欧 2 滑动变阻器 1k 欧 2 共阴极LED 数码管4 电容1uF23.3 数字电压表总体电路图图3.3总体电路图U1OPAMP_3T_VIRTUAL U2COMPARATOR_VIRTUALC11µF J 1Key = AR11kΩU3A7400N U874LS160DQ A14Q B 13Q C 12Q D 11R C O 15A3B 4C 5D 6E N P 7E N T 10~L O A D9~C L R 1C L K 2U574LS160DQ A14Q B 13Q C 12Q D 11R C O 15A 3B 4C 5D 6E N P 7E N T 10~L O A D9~C L R 1C L K 2U674LS160DQ A 14Q B 13Q C 12Q D 11R C O15A3B 4C 5D 6E N P7E N T 10~L O A D9~C L R 1C L K274LS160DQ A 14Q B 13Q C 12Q D 11R C O15A3B 4C 5D 6E N P7E N T 10~L O A D9~C L R 1C L K2J2Key = SpaceV11 Vpk 1kHz 0°V212 VVCC5VU104511BP_5VA 1A 2~L T ~B I ~L EA 3A 0V S SY E Y D Y C Y B Y AY G Y F V D D U124511BP_5VA 1A 2~L T ~B I ~L EA 3A 0V S SY E Y D Y C Y B Y AY G Y F V D DU14AB C D E F G CKV3100 Hz 5 VU4A 74LS04DU13A74LS04DU15AB C D E F G CKU16AB C D E F G CKU17AB C D E F G CKVCC 5VU94511BP_5VA 1A 2~L T ~B I ~L EA 3A 0V S SY E Y D Y C Y B Y AY G Y F V D DU114511BP_5VA 1A 2~L T ~B I ~L EA 3A 0V S SY E Y D Y C Y B Y AY G Y F V D DVCC 5VU74511BP_5V A1A2~LT ~BI ~LE A3A0VSSYE YD YC YB YA YG YF VDDU84511BP_5VA1A2~LT ~BI ~LE A3A0VSSYE YD YC YB YA YG YF VDDU94511BP_5VA1A2~LT ~BI ~LE A3A0VSSYE YD YC YB YA YGYF VDDU104511BP_5V A1A2~LT ~BI ~LE A3A0VSSYE YD YC YB YA YGYF VDDU15A B C D E F GCKU17A B C D E F GCKU13A B C D E F GCKU14A B C D E F GCK第4章 数字电压表仿真与调试4.1 Multisim 仿真与调试在实际情况中，现在的系统配置，网络带宽基本已经能够得到保证，此时我们需要考虑的就是安全性和稳定性问题了。