天津电子信息职业技术学院《数字万用表课程设计》课程报告论文题目：三位半数字万用表姓名：陈星宇（02）系别：网络技术系专业：物联网应用技术班级：物联S11-1指导教师：王青目录一．课程设计的目的 (1)二．设计题目和要求 (1)三．总体方案 (1)四．方案比较 (3)五．基本原理 (4)六．单元电路设计 (5)6.2 AC/DC转换电路 (8)6.3 电压、电流信号衰减电路 (8)6.4 电阻测量电路 (9)6.5 电容测量 (11)八．所用元器件 (13)九．设计心得和体会 (13)十一．实验测得波形图 (15)参考文献 (16)三位半数字万用表一．课程设计的目的课程设计的主要目的，是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、完成的工作内容和具体的设计方法。

通过设计也有助于复习、巩固以往的学习模电、数电内容，达到灵活应用的目的。

在设计完成后，还要将设计的电路进行安装、调试以加强学生的动手能力。

在此过程中培养从事设计工作的整体观念。

课程设计应强调以能力培养为主，在独立完成设计任务同时注意多方面能力的培养与提高，主要包括以下方面：1、独立工作能力和创造力。

2、综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力。

3、查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力。

4、熟悉常用电子仪器操作使用和测试方法。

5、工程绘图能力。

6、写技术报告和编制技术资料的能力。

二．设计题目和要求题目：设计3 1/2数字万用表具体要求：（一）根据题目，利用所学知识，通过上网或到图书馆查阅资料，设计 2-3个实现数字万用表的方案；只要求写出实现工作原理，画出电原理功能框图，描述其功能。

说明：采用原理、方案、方法不限，可以自行设计。

（二）其中对将要实验方案3 1/2位数字万用表方案，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：1、测量直流电压1999-0001V；199.9-0.1V；19.99-0.01V；1.999-0.001V；测量交流电压1999-199V。

2、交、直流电流；3、电阻、电容；4、三位半数字显示。

三．总体方案方案一：由MC14433A/D转换器构成的3 1/2位数字万用表原理：该系统中将待测直流电压Vx加到MC14433芯片的3脚，经MC14433完成A/D 转换后，通过CD4511七段锁存/译码/驱动器送到LED 显示，LED 位选是由MC14433的DS4-DS1经MC1413反向后提供，MC1403为MC144433提供基准电压。

测交流时则需经AC-DC 转换。

原理框图：方案二：由ICL7106构成的3 1/2为数字万用表原理：该系统采用ICL7106、四个共阴极LED 数码管，ICL7106内部包括模拟电路（即双积分A/D 转换器）、数字电路两大部分。

输入电压经量程转换进入ICL7106进行A/D 转换，直接在数码器上显示。

ICL7106只有液晶笔段及背电极驱动，没有小数点驱动端。

为显示小数点，需另加外围电路。

原理框图：参考电压源量 程 转 换AC-DC 转换A/D 转换器CD4511译码器4位数码管交流电？ 是否方案三：由ICL7136构成的3 1/2为数字万用表其原理、原理框图与ICL7106大致相同。

有以下改进：1、在模拟电路的输出端增加了过零检测器和极性触发器；2、在缓冲器和积分器之间增加了一个自动调零模拟开关SAZ 。

四．方案比较由上表可知，项目 MC14433ICL7106转换速率 3~10次/s 0.1~15次/s 输入阻抗 1000M10000M基准电压 200．0V （200mV 量程） 100．0V （100mV 量程） 2．000V （2V 量程） 1．000V （1V 量程） 封装形式 DIP-24DIP-40电源电压 双电源供电，电源电压范围是+4.5V~+8V 。

一般取典型值+5V 单电源供电，电源电压范围是7~15V ，典型值为9V 显示器 共阴极LED 显示器LCD 显示器显示方式 动态扫描方式，驱动线少静态显示，驱动线多 显示特点 亮度高，亮暗对比度大，显示清晰，色彩绚丽，寿命长，功耗高亮度低，亮暗对比度小，寿命短，微功耗输出功能 具有BCD 码输出，可配计算机进行数据处理，自动控制自动打印结果 无BCD 码输出，不能配计算机或打印机外围电路需配基准电b 源，短译码驱动器和位驱动器，电路较复杂外围电路简单，只需5个电阻和5个电容LED 显 示 器ICL 7106振荡 电路基准电压 分压电路+ 输入 _（1）MC14433与ICL7106比较前者具有转换速率高、输入阻抗低、电压范围大等优点，MC14433转换准确度比较高，相当于二进制11位的A/D转换器，还具有价格低廉、抗干扰性强之优点。

（2）3位半双积分式A/D转换器MC14433可以满足设计要求，适合实验室应用，其功能也较全面。

ICL7106采用大规模集成电路芯片，价格昂贵实验室不易提供且不符合设计中用小规模集成芯片的要求。

（3）同ICL7106相比ICL7136有以下特点：微功耗、输入电流为1pA、低噪声、能消除超量程时的滞后效应、测量速度低。

但总体性能仍不如MC14433。

故进行实验时用MC14433器件来构成3 1/2位数字万用表。

五．基本原理该系统可采用MC14433 3位半A/D转换器，MC1413七路达林顿驱动阵列，CD4511BCD到七段锁存-译码-驱动器，基准电压MC1403和共阴极LED发光数码管组成。

（1）各部分功能如下：1、3 1/2A/D转换器：将输入的模拟信号转换成数字信号2、基准电源：提供精密电压，供A/D转换器作参考电压3、译码器：将BCD码转换成七段信号4、驱动器：驱动显示器的a,b,c,d,e,f,g七个发光段，推动发光数码管进行显示5、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（2）工作过程如下：3 1/2数字万用表通过位选信号DS1～DS4进行动态扫描显示，其中MC14433用来实现A/D转换、计数和控制逻辑等主要功能。

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，就可以将转换结果一数字方式实现四位数字的LED 发光数码管动态扫描。

DS1～DS4为输出多路调制选通脉冲信号，DS选通脉冲为高电平则表示对应数位被选通，此时，该位数据在Q0～Q3端输出。

DS和EOC时序关系是在EOC脉冲结束之后，紧接着是DS1输出正脉冲，以下依次是DS2、DS3、DS4，其中DS1对应高位（MSD）DS4对应低位（LSD）。

对应位选通期间，Q0～Q3输出以BCD码形式数据，DS1选通期间Q0～Q3输出千位的半位数0或1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代表千位数的数字。

若其值为1，则代表千位数的数字显示为0；反之，若其值为0，千位数的数字显示为1。

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

显示数的负号（负电压）由MC1413中的一只晶体管控制，符号位“一”段的阴极与千位数的阴极接在一起，当输入信号Vx 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“一”段（即g段）点亮；当输入信号Vx为正电压时，Q2端输出置“1”，负号控制位使反相器导通，电阻接地，使“一”旁路而熄灭。

小数点显示是由正电源通过限流电阻供电燃亮小数点。

若量程不通则选通对应的小数点。

过量程是当输入电压Vx 超过量程范围时，输出过量程标志信号/OR 。

当Q3=0，Q0=1时，表示Vx 处于过量程状态。

当Q3=1，Q0=1时，表示Vx 属于欠量程状态。

当/OR=0时，|Vx|>1999，则溢出；|Vx|>Vr ，则/OR 输出低电平。

当/OR=1时，表示|Vx|<Vr 。

正常时/OR 输出高电平，表示被测量在量程内。

六．单元电路设计6.1器件介绍（一） MC14433芯片引脚及其功能.(1)MC14433的内部框图如图所示，主要包括模拟电路（A/D 转换器）、数字电路两大部分。

（2）MC14433采用24脚双列直插式封装（DIP ——40）管脚排列如下图所示:一多路选择开关锁存器个十百千极性判别溢出逻辑控制模拟电路时钟1-40-3114433结构及引脚图模拟地 .V AG 1基准电压 V REF 2输入 V 13 R1 4 R1/C1 5 C1 6 C01 7 C02 8 DU 9 CLK1 10CLK2 11 V EE 12 MC14433 24 VDD 正电源 23 Q3 22 Q2 21 Q1 20 Q0 19 千位选通 18 百为选通 17十位选通 16个位选通 15 OR ¯超量程 14 EOC A/D 转换结束标志 13 V SS 地 多路选择开关锁存器个十百逻辑控制时钟1积分元件自动调零电容实时输出控制端 时钟脉冲输入端 时钟脉冲输出端 负电源BCD 码输出MC14433 引脚排列图各引脚功能如下:U DD——正电源端，一般接+5V。

U AG——输入信号的公共端，简称模拟地。

U SS——输入信号Q0-Q3、DS1-DS4,ORˉ、ECO(不包括CL O)的公共地；此端接U AG时输出电压变化范围是U AG-U DD，接U EE端时是U EE-U DD。

U EE——负电源端，通常接-5V；U EE主要作为内部模拟电路的负电源，其负载电流约为0.8mA。

U I——模拟电压输入端，输入电压为U IN。

U REF——外接基准电压端。

R1、R1/C1、C1——外接积分元件端。

C01、C02——外接自动调零电容。

DU——实时输出控制端，亦称数据更新端。

若在双积分第5阶段开始之前从DU端输入一个正脉冲，则本次A/D转换结果就依次通过锁存器和多路选择开关输出。

否则，输出端仍保持锁存中原有数据不变。

使用中若将DU端与EOC端相连，则每次A/D的转换结果都被输出；将DU端接U SS时即可实现读数保持。

CLK1、CLK2——分别为时钟脉冲输入、输出端，二者之间接上振荡电阻R C 即可产生时钟信号。

EOC——A/D转换结束标志输出端，每个A/D转换周期结束时此端输出一个正脉冲。

ORˉ——量程信号输出端，超量程时ORˉ=0（负逻辑）。

DS1-DS4——多路调制位选通信号输出端，其中DS1为千位，DS4为个位。

Q0-Q3——BCD码输出端。

（二） CD4511引脚图及其功能CD4511引脚排列图其功能介绍如下：1）VDD,VSS为正负电源端,电源电压范围为3~18V通常取5V 2）A,B,C,D:BCD码输入端，A为最低位。