數(shù)字電壓表電路設(shè)計(jì)

1、數(shù)字電壓表電路設(shè)計(jì)摘要：在電氣測(cè)量中，電壓是一個(gè)很重要的參數(shù)。如何準(zhǔn)確地測(cè)量模擬信號(hào)的 電壓值，一直是電測(cè)儀器研究的主要內(nèi)容之一。目前，市場(chǎng)上主要是要使用的電壓表有指針式電壓表和數(shù)字電壓表兩種。傳統(tǒng)的模擬指針式電壓表功能單一，精度低，讀數(shù)的時(shí)候也非常不方便，很容易出錯(cuò)，不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需求。而 數(shù)字電壓表由于測(cè)量精度高，速度快，讀數(shù)時(shí)也非常的方便，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu) 點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。數(shù)字電壓表簡(jiǎn)稱(chēng)dvm( digital voltmeter ),它是采用數(shù)字化測(cè)量設(shè)計(jì)的電 壓儀表。本設(shè)計(jì)給出基于mc1443敵積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一種電壓測(cè)量電路， 數(shù)字 電壓表是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量

2、(直流輸入電壓)轉(zhuǎn)化成不連續(xù)、 離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。該系統(tǒng)由mc14433-位半a/d轉(zhuǎn)換器、mc1413 七路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器陣列、mc4543bcd段鎖存-譯碼-驅(qū)動(dòng)器、基準(zhǔn)電源 mc1403 和共陽(yáng)極led發(fā)光數(shù)碼管組成。本次設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單直流數(shù)字電壓表的最高量程是 199.9v。本文是以直流數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)為研究?jī)?nèi)容。 首先對(duì)數(shù)字電壓表做了詳細(xì)介 紹，接著講述了數(shù)字電壓表的硬件電路設(shè)計(jì)。 包括量程轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)采集電路， 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路及顯示電路的具體設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用高精度a/d轉(zhuǎn)換器mc14433s行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，針對(duì)mc14433寸模擬輸入信號(hào)的要求，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行 量程轉(zhuǎn)換并

3、進(jìn)行調(diào)理。通過(guò)a/d轉(zhuǎn)換器完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及傳輸，是系統(tǒng)的核心內(nèi)容。 闡述了 mc14433x作原理并對(duì)a/d轉(zhuǎn)換電路、參考電壓電路、譯碼驅(qū)動(dòng)電路、 位選開(kāi)關(guān)電路等電路進(jìn)行了具體設(shè)計(jì)。最后根據(jù)軟硬件設(shè)計(jì)方案對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào) 試。關(guān)鍵詞：mc14433 a/d轉(zhuǎn)換器、cd4511譯碼驅(qū)動(dòng)器、mc1413the design of digital voltmeterabstract: at the electric measurement, the voltage is a very important parameters.how to accurately measure of the analog

4、 signal voltage values, has been one of the main contents of the instrument research in electrical measurement.at present, the market mainly use pointer type voltmeter and digital voltmeter . traditional analog pointer type voltmeter single function, low accuracy, reading time also very inconvenient

5、, very easy to go wrong, and cannot satisfy the demand of digital age. while digital voltmeter due to high accuracy, speed, readings are also very convenient, strong anti-jamming capability etc and has been widely used.digital voltmeter dvm (as), it is a kind of digital measuring design voltage mete

6、r .this design is a voltage measurement circuit based on mc14433 double integral adc, digital voltmeter is using digital measurement technique,convert the continuous analogue (dc input voltage) into discontinuous, discrete digital form and show it out. this system consists of mc14433 one and a half

7、a/d converter, mc1413 seven- way-dalin bolton drive arrays, seven segment latch - decoding - drive cd4511, the benchmark mc1403, and total power led digital tube anode. 199.9 v is highest range of the simple dc digital voltmeter.this paper is the design of dc digital voltmeter for research content.

8、first digital voltmeter is introduced, then tells the hardware circuit design of digital voltmeter. including range conversion circuit, data acquisition circuit, frequency-field circuit and the specific design show circuit. according to the design requirements ,choosing high precision mc14433 a/d co

9、nverter for data transfer, at the request of mc14433 on to the analog input signal, range conversion and regulate it. through the a/d converter complete data conversion and transmission, it is the core of the systems content. it expounds the principle of mc14433 ,and specificly design the a/d circui

10、t, reference voltage circuit, drive circuit, a decoding selected switch circuit. finally, debug the system according to the design of the hardware and software .keywords: mc14433, a/d converter, cd4511, decode drives, mc1413緒論11.1. .數(shù)字儀表的發(fā)展趨勢(shì)1.1.2. 數(shù)字電壓表的特點(diǎn)3.1.3. 數(shù)字電壓表的結(jié)構(gòu) 4.2 .設(shè)計(jì)方案5.2.1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 5.2

11、.2. 數(shù)字電壓表的兩種設(shè)計(jì)方案53 .設(shè)計(jì)思路5.4 .設(shè)計(jì)實(shí)踐1.14.1. 繪制原理圖 1.14.2. 繪制 pcb圖1.14.3. 焊接與調(diào)試125 .總結(jié)1.36 .收獲、體會(huì)147 考文獻(xiàn)1.58 謝1.5附錄1 1.6附錄21.7附錄31.7附錄41.81 .緒論1.1. 數(shù)字儀表的發(fā)展趨勢(shì)儀器儀表是用以檢出、測(cè)量、觀察、計(jì)算各種物理量、物質(zhì)成分、物性參數(shù) 等的器具或設(shè)備。真空檢漏儀、壓力表、測(cè)長(zhǎng)儀、顯微鏡、乘法器等均屬于儀器 儀表。近幾年，儀器儀表行業(yè)呈現(xiàn)出高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。一份來(lái)自中國(guó)儀器儀表 協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，中國(guó)儀器儀表行業(yè)產(chǎn)銷(xiāo)在持續(xù)兩年高位增長(zhǎng)后繼續(xù)上升， 2007年上

12、半年中國(guó)儀器儀表工業(yè)總產(chǎn)值 1335億元，同比增長(zhǎng)29.1%;產(chǎn)品銷(xiāo)售 收入1289億元，同比增長(zhǎng)30.7%,均處歷史高位；利潤(rùn)同比增幅在 40姒上，資 產(chǎn)總值同比增幅在18%右，行業(yè)整體上處于良性發(fā)展階段?，F(xiàn)狀市場(chǎng)分析中、低檔電工儀器儀表產(chǎn)品國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到 95%高檔產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)市場(chǎng) 占有率和中低檔產(chǎn)品的國(guó)外市場(chǎng)占有率在現(xiàn)有基礎(chǔ)上有大幅度提高。我國(guó)儀表產(chǎn)業(yè)在2011年的市場(chǎng)發(fā)展將有望提高。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整目標(biāo)。其中工業(yè)自動(dòng)化儀表， 重點(diǎn)發(fā)展基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的主控系統(tǒng)裝置及智能化儀表、特種和專(zhuān)用的自動(dòng)化儀表。產(chǎn)品技術(shù)水平達(dá)到20世紀(jì)90年代后期國(guó)外先進(jìn)水平，2005年銷(xiāo)售額占 到國(guó)產(chǎn)儀表銷(xiāo)售額的

13、30%面向市場(chǎng)，全面擴(kuò)大服務(wù)領(lǐng)域，推進(jìn)儀表系統(tǒng)的數(shù)字 化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，完成自動(dòng)化儀表從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變，“十五” 末數(shù)字儀表的品種數(shù)達(dá)到60犯上。未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步不斷對(duì)儀器儀表提出更高更新的要求。儀器儀表的發(fā)展趨勢(shì)是不斷利用新的工作原理和采用新材料及新的元器件，例如利用超聲波、微波、 射線、紅外線、核磁共振、超導(dǎo)、激光等原理和采用各種新型半導(dǎo)體敏感元件、 集成電路、集成光路、光導(dǎo)纖維等元器件。其目的是實(shí)現(xiàn)儀器儀表的小型化，減 輕重量、降低生產(chǎn)成本和更便于使用與維修等。另一重要的趨勢(shì)是通過(guò)微型計(jì)算 機(jī)的使用來(lái)提高儀器儀表的性能，但高儀器儀表本身自動(dòng)化、智能化程度和數(shù)據(jù) 處理

14、能力。儀器儀表不僅供單項(xiàng)使用，而且可能過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口和數(shù)據(jù)通道與電子計(jì) 算機(jī)結(jié)合起來(lái)，組成各種測(cè)試控制管理綜合系統(tǒng)，滿足更高的要求。工業(yè)自動(dòng)化儀表重點(diǎn)發(fā)展基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的主控系統(tǒng)裝置及智能化儀表、 特種和專(zhuān)用自動(dòng)化儀表；全面擴(kuò)大服務(wù)領(lǐng)域，推進(jìn)儀器儀表系統(tǒng)的數(shù)字化、智能 化、網(wǎng)絡(luò)化，完成自動(dòng)化儀表從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變，5年內(nèi)數(shù)字儀表比例達(dá)到60犯上；推進(jìn)具有自主版權(quán)自動(dòng)化軟件的商品化。電工儀器儀表重點(diǎn)發(fā)展長(zhǎng)壽命電能表、電子式電度表、特種專(zhuān)用電測(cè)儀表和 電網(wǎng)計(jì)量自動(dòng)管理系統(tǒng)。2005年，中低檔電工儀器儀表國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率要達(dá)到 95%到2010年，高中檔電工儀器儀表國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到80%科學(xué)測(cè)

15、試儀器重點(diǎn)發(fā)展過(guò)程分析儀器、環(huán)保監(jiān)測(cè)儀器儀表、工業(yè)爐窯節(jié)能分 析儀器以及圍繞基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)所需的汽車(chē)零部件動(dòng)平衡、動(dòng)力測(cè)試及整車(chē)性能檢測(cè) 儀、大地測(cè)量?jī)x器、電子速測(cè)儀、測(cè)量型全球定位系統(tǒng)以及其他試驗(yàn)機(jī)、實(shí)驗(yàn)室 儀器等新產(chǎn)品。產(chǎn)品以技術(shù)含量較高的中檔產(chǎn)品為主，到2005年在總產(chǎn)值中占50%- 60%環(huán)保儀器儀表重點(diǎn)發(fā)展大氣環(huán)境、水環(huán)境的環(huán)保監(jiān)測(cè)儀器儀表、取樣系統(tǒng)和 環(huán)境監(jiān)測(cè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)產(chǎn)品，2005年技術(shù)水平達(dá)到20世紀(jì)90年代后期國(guó)際 先進(jìn)水平，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到 50%-60%到2010年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到70% 以上。儀器儀表儀器儀表元器件“十五”及 2010年前，盡快開(kāi)發(fā)出一批適銷(xiāo)對(duì)路、 市

16、場(chǎng)效果好的產(chǎn)品，品種占有率達(dá)到70%-80%高檔產(chǎn)品市場(chǎng)占有率達(dá)60%z上； 通過(guò)科技攻關(guān)、新品開(kāi)發(fā)，使產(chǎn)品質(zhì)量水平達(dá)到國(guó)際20世紀(jì)90年代末水平，部 分產(chǎn)品接近國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品先進(jìn)水平。信息技術(shù)電測(cè)儀器主要發(fā)展電測(cè)儀器軟件化、智能化技術(shù)，總線式自動(dòng)測(cè)試技術(shù)，綜合自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，新型元器件測(cè)量技術(shù)及測(cè)試儀器，在線測(cè)試技術(shù)， 信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品測(cè)試技術(shù)，多媒體測(cè)量技術(shù)以及相應(yīng)測(cè)試儀器，用電監(jiān)控管理技術(shù)1.2. 數(shù)字電壓表的特點(diǎn)（相對(duì)于指針表而言）數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化電壓儀表的基礎(chǔ)與核心。 以數(shù)字電壓表為核心,可 以拓展成各種通用數(shù)字化儀表，幾乎覆蓋了電子電工測(cè)量、工業(yè)測(cè)量、自動(dòng)化儀 表等各個(gè)領(lǐng)域。因此對(duì)

17、數(shù)字化電壓表做全面深入的了解是很有必要的。1 .讀數(shù)直觀、準(zhǔn)確電壓表的數(shù)字化，是將連續(xù)的模擬量（如直流電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的 數(shù)字形式并加以顯示。這有別于傳統(tǒng)的以指針和刻度盤(pán)進(jìn)行讀數(shù)的方法， 避免了 讀數(shù)的視角和視覺(jué)疲勞引起的誤差。2 .顯示范圍寬、分辨力高指針表的分辨力，是由刻度盤(pán)的細(xì)度表達(dá)的，刻度盤(pán)在一定條件下無(wú)法分的 很細(xì)，太細(xì)了視覺(jué)分辨也很困難，而數(shù)字顯示的電壓表，目前可以做到2位半到 10位半。數(shù)字電壓表最低電壓表量程的末位數(shù)字的一個(gè)字所對(duì)應(yīng)的電壓值，即是儀表的分辨力，是儀表的靈敏度的反應(yīng)。儀表的顯示位數(shù)越多，其分辨力就越高。應(yīng) 該注意的是分辯力和準(zhǔn)確度是兩個(gè)概念， 分辨力高的表

18、不一定準(zhǔn)確度就高，而準(zhǔn) 確度高的表則須有相應(yīng)的分辨力。3 .轉(zhuǎn)入阻抗（轉(zhuǎn)入電阻）數(shù)字電壓表的阻抗可高達(dá)1104m,轉(zhuǎn)入阻抗越高，所吸收被測(cè)信號(hào)的電流 就越小，所帶來(lái)的附加誤差極小，可以忽略。4 .集成度高、功耗小、抗干擾能力強(qiáng)由于cmo孩術(shù)的發(fā)展，集成電路的功耗變得很小，即發(fā)熱量很小，這樣就 可以在同一塊芯片上集成更多的元件， 形成大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路。目前雙 積分或多重積分的a/d轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，由于在積分過(guò)程中可將干擾信 號(hào)部分或全部抵消掉，其申模抑制比可達(dá) 100分貝，共模抑制比可達(dá)120分貝。5 .可擴(kuò)展能力強(qiáng)直流電壓表本身可以擴(kuò)展成交流電壓表、交直電流表、峰值表、功率表等

19、，還可以附加智能化。例如計(jì)算、保持、比較數(shù)字、設(shè)定時(shí)間，設(shè)置上、下量限及 自動(dòng)控制等多種功能。1.3. 數(shù)字電壓表的結(jié)構(gòu)4直流數(shù)字電壓表基本由8個(gè)部分組成。表示如圖1.1所示:ulnt圖1.1 直流數(shù)字電壓表組成1 .轉(zhuǎn)入電路對(duì)轉(zhuǎn)入信號(hào)進(jìn)行前置放大或衰減，用以擴(kuò)大測(cè)量范圍。2 . a/d轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，是數(shù)字電壓表的核心。3 .計(jì)數(shù)器記錄a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后與模擬量相對(duì)應(yīng)的值。4 .譯碼驅(qū)動(dòng)器、顯示器5 .將計(jì)數(shù)器中的數(shù)字量（to: bcd碼）變換成數(shù)碼顯示器的筆段碼，并驅(qū)動(dòng)、點(diǎn) 亮。例如：led數(shù)碼管由7段筆劃可組成09等10個(gè)數(shù)字。6 .邏輯控制由時(shí)鐘發(fā)生器和邏輯電路組成，

20、用來(lái)控制 a/d轉(zhuǎn)換器、計(jì)數(shù)器、譯碼器，使它 們按照一定的時(shí)序和順序工作。7 .基準(zhǔn)電源是穩(wěn)定度極高的電壓源，用來(lái)比較轉(zhuǎn)入信號(hào)的大小。8 .工作電源集成電路工作，一般需要318v的直流電源，可以用電池供電，也可以用市電 交流220v經(jīng)變換后供電，還可以用不間斷電源 ups供電。2 .設(shè)計(jì)方案2.1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1) 基于電子技術(shù)基礎(chǔ)中的 a/d轉(zhuǎn)化器，設(shè)計(jì)出一個(gè)3位直流數(shù)字電壓表；2) 直流電壓測(cè)量范圍：0 199.9mv;3) 畫(huà)出完整的設(shè)計(jì)電路，做出實(shí)物電路，完成電路測(cè)試；4) 撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。2.2. 數(shù)字電壓表的兩種設(shè)計(jì)方案方案一：a/d轉(zhuǎn)換器采用icl7107型三位半顯示的芯片

21、，輸入信號(hào)，流經(jīng)取 樣電路取樣后送到icl7107型三位半a/d轉(zhuǎn)換器，只需要很少的簡(jiǎn)單外圍元件， 就可以組成數(shù)字電流表模塊，直接驅(qū)動(dòng)三位半le躁碼顯示器顯示。由于icl7107 做的led數(shù)字電壓表最大的缺點(diǎn)是數(shù)字亂跳不穩(wěn)定，特別是最后一位，所以不采用此方案。方案二：采用mc14433專(zhuān)換芯片具有自動(dòng)調(diào)零，自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換等功能?？蓽y(cè) 量正或負(fù)的電壓值。當(dāng) cpi cp0接入470k電阻時(shí)，時(shí)鐘頻率約為66khz,每秒 鐘進(jìn)行4次a/d轉(zhuǎn)換。它的使用調(diào)試簡(jiǎn)便，能與微處理機(jī)或其它數(shù)字系統(tǒng)兼容， 廣泛用于數(shù)字面板表，數(shù)字萬(wàn)用表，數(shù)字溫度計(jì)，數(shù)字量具及遙測(cè)、遙控系統(tǒng)。由于模擬轉(zhuǎn)換電路的種類(lèi)很多，通過(guò)對(duì)

22、轉(zhuǎn)換速度，精度等方面的考慮，因此 選擇方案二。3 .設(shè)計(jì)思路直流數(shù)字電壓表的核心器件是一個(gè)間接型 a/d轉(zhuǎn)換器，它首先將輸入的模擬 信號(hào)變換成易于測(cè)量的時(shí)間量，然后在這個(gè)時(shí)間寬度里利用和計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù) 結(jié)果就是正比于輸入模擬信號(hào)的數(shù)字量。3 1/2位數(shù)字電壓表指十進(jìn)制數(shù)0000-1999。三位是指?jìng)€(gè)位、十位、百位,其數(shù)字范圍均為09;而所謂半位是指千位數(shù)，它不能從0變化到9,而只能從 0變到1,即二值狀態(tài)，所以稱(chēng)為半位。1、v-t變換型雙積分a/d轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)3 4 7圖3.1是雙積分adc勺控制邏輯框圖。它由積分器（包括運(yùn)算放大器a1和rc積分網(wǎng)絡(luò)），過(guò)零比較器a2, n為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，

23、開(kāi)關(guān)控制電路，門(mén)控電路， 參考電壓vr與時(shí)鐘脈沖源cp組成?？刂齐娐穌n-1di do圖3.1雙積分adc勺控制邏輯框圖轉(zhuǎn)換開(kāi)始前，先將計(jì)數(shù)器清零，并通過(guò)控制電路使開(kāi)關(guān)so接通，將電容c充分放電。由于計(jì)數(shù)器進(jìn)位輸出 qc=0,控制電品&是開(kāi)關(guān)s接通vi,模擬電壓與 積分器接通，同時(shí)，門(mén)g被封鎖，計(jì)數(shù)器不工作。積分器輸出 va線性下降，經(jīng) 零值比較器a2獲得一方波vc,打開(kāi)門(mén)g計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)輸入2n個(gè)時(shí)鐘脈 沖后，t=t1,各觸發(fā)器輸出端 6-1d0由1111回到000-p,其進(jìn)位輸出qc=1, 作為定是控制信號(hào)，通過(guò)控制電路將開(kāi)關(guān)s轉(zhuǎn)換至基準(zhǔn)電壓源一vr,積分器向相 反方向積分，va開(kāi)始線

24、性上升，計(jì)數(shù)器重新從 0開(kāi)始計(jì)數(shù)，知道t=t2, va下降 到0,比較器輸出的正方波結(jié)束，此時(shí)計(jì)數(shù)器中暫存二進(jìn)制數(shù)字就是vi相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)碼2、3 1/2位雙積分a/d轉(zhuǎn)換器mc14433勺性能特點(diǎn)1二u “rvrri2v ojq3vkq；4ql56nj-rjciqedsi78cicndsj9cmdsiio-11ducp1cpidstor12eocveevif2423 邁 國(guó) _2018 7? 叵1413圖3.2 mc14433引腳排列圖mc144331 cmo取積分式3 1/2位a/d轉(zhuǎn)換器，它是構(gòu)成數(shù)字和模擬電路 的約7700多個(gè)mo刷體管集成在一個(gè)硅芯片上，芯片有24只引腳，采用雙列直

25、 插式，具引腳排列與功能如圖3.2所示。引腳功能說(shuō)明：vag（1腳）：被測(cè)電壓vx和基準(zhǔn)電壓vr的參考地vr （2腳）：外接基準(zhǔn)電壓（2v或200mv輸入端v （3腳）：被測(cè)電壓輸入端r1 （4腳）、r1/c1（5腳）、c1（6腳）:外接積分組容元件端 c1=0.1uf（聚酯薄 膜電容器），r1=470k（2v*程）：r1=27k（200mvfc程）.c01 （7腳）、c02 （8腳）：外接失調(diào)補(bǔ)償電容端，典型值 0.1uf。du （9腳）：實(shí)時(shí)顯示控制輸入端。若與 eoc（14腳）端連接，則每次 a/d 轉(zhuǎn)換均顯示。cr （10腳）、cp0 （11腳）：時(shí)鐘振蕩外接電阻端，典型值為 470k

26、。vee （12腳）：電路的電源最負(fù)端，接-5v。vss （13腳）：除cp外所有輸入端的低電平基準(zhǔn)（通常與 1腳連接）。eoc（14腳）：轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標(biāo)記輸出端，每一次 a/d轉(zhuǎn)換周期結(jié)束，eoc 輸出一個(gè)正脈沖，寬度為時(shí)鐘周期的二分之一。（15腳）：過(guò)量程標(biāo)志輸出端，當(dāng) vxvr時(shí)，or輸出為低電平。dsds4 （1619腳）：多路選通脈沖輸入端，ds對(duì)應(yīng)于千位，ds2對(duì)應(yīng)于 百位，ds3對(duì)應(yīng)于十位，ds4對(duì)應(yīng)于個(gè)位。q0q3 （2023腳）：bcd數(shù)據(jù)輸出端，d8、ds3、d9選通脈沖期間，輸 出三位完整的十進(jìn)制數(shù)，在ds選通脈沖期間，輸出千位0或1及過(guò)量程、欠量 程和被測(cè)電壓極性標(biāo)志信

27、號(hào)。3、3 1/2位直流數(shù)字電壓表的組成（實(shí)驗(yàn)線路）（1） 被測(cè)直流電壓vx經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后以動(dòng)態(tài)掃描形式輸出，數(shù)字量輸出 端q0qc2c3上的數(shù)字信號(hào)（8421碼）按照時(shí)間先后順序輸出。位選信號(hào) ds、 ds2、ds3、ds4通過(guò)位選開(kāi)關(guān)mc141價(jià)別控制著千位、百位、十位和個(gè)位上的四 只led數(shù)碼管的公共陰極。數(shù)字信號(hào)經(jīng)七段譯碼器cc4511譯碼后，驅(qū)動(dòng)四只led 數(shù)碼管的各段陽(yáng)極。這樣就把a(bǔ)/d轉(zhuǎn)換器按時(shí)間順序輸出的數(shù)據(jù)已掃描的形式在 四至數(shù)碼管上依次顯示出來(lái)，由于選通重復(fù)頻率較高，工作時(shí)從高位到低位以每 位每次約300us的速率循環(huán)顯示。即一個(gè)4位數(shù)的顯示周期是1.2ms,所以人的 肉眼

28、就能清晰地看到四位數(shù)碼管同時(shí)顯示三位半十進(jìn)制數(shù)字量。（2） 當(dāng)參考電壓 vr=2v時(shí)，滿量程顯示1.999v; vr=200mv寸， 滿量程 顯示199.9mm可以通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)來(lái)控制和十位數(shù)碼管的 h筆經(jīng)限流電阻實(shí)現(xiàn)對(duì) 相應(yīng)的小數(shù)點(diǎn)顯示的控制。（3） 最高位（千位）顯示時(shí)只有b、c二根線與led數(shù)碼管的b、c腳 相接，所以千位顯示1或不顯示，用千位的g筆段來(lái)顯示模擬量的負(fù)值（正值不 顯示），即由cc14433b勺q2端通過(guò)npn晶體管9013來(lái)控制g段。（4） 精密基準(zhǔn)電源 mc1403mc140配低壓基準(zhǔn)芯片。一般用作812bit的d/a芯片的基準(zhǔn)電壓等一些 需要基本精準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓的場(chǎng)合。管

29、腳排列如圖3.3所示。a/d轉(zhuǎn)換需要外接標(biāo)準(zhǔn)電壓原作參考電壓。標(biāo)準(zhǔn)電壓源的精度應(yīng)當(dāng)高于a/d轉(zhuǎn)換器的精度。本設(shè)計(jì)采用 mc14031成精密穩(wěn)壓原作參考電壓，mc1403勺輸出 電壓為2.5v,當(dāng)輸入電壓在4.515v范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化不超過(guò)3, 一般只有6 mv&右，輸出最大電流為10ma因?yàn)檩敵鍪枪潭ǖ?，所以電路很?jiǎn) 單。就是vin接電源輸入，gn限底，vout加一個(gè)0.1uf1uf的電容就可以了。 vout 一般用作812bit的d/a芯片的基準(zhǔn)電壓。vin更vout虹gnd覽bc睨圖3.3 mc1403引腳排列圖(5)設(shè)計(jì)中使用cmos bcd段譯碼/驅(qū)動(dòng)器cd4511管腳排列

30、如圖3.4所示。12345712 n10圖3.4 cd4511引腳排列圖15其中：a b、c d為:bcd碼輸入端；a、b、c、d、e、f、g為譯碼輸出端，輸出“1”有效，用來(lái)驅(qū)動(dòng)led共陰 極數(shù)碼管。lt:測(cè)試輸入端，lt= 0”時(shí)，譯碼輸出全為“1”。bi：消隱輸入端，bi= 0”時(shí)，譯碼輸出全為“ 0”。le:鎖定端，le= 1”時(shí)，譯碼器處于鎖定(保持)狀態(tài)，譯碼輸出保持在=0時(shí)的數(shù)值；=0”時(shí)，為正常譯碼。表3.5為cd4511功能表，內(nèi)接有上拉電阻，故只需在輸出端與數(shù)碼管筆端用入限流電阻即可做譯碼器，還具有拒偽碼功能，當(dāng)輸入碼走過(guò)1001時(shí)，輸出全為“ 0”，數(shù)碼管熄滅。表3.5

31、cd4511 功能表輸入輸出lebiltdcbaabcdefg顯示字型*0*111 11111 i8001*0000000消隱01 :1000 0 :11r 11 1110 10011000 11 101110000 1101100101101101201 11001 11 111r 11 10013011010 100110011 1401101011011011501 1011 0 100r 11 11116011011 11 111110000 1701110000111111801 11100 1 111r 10 1011901110100000011 1消隱0111011100001

32、1消隱01 11110 0 1001。0 1011消隱01111011000011 1消隱01111100000011 1消隱01 11111 00100 1000 1消隱111*鎖存鎖存(6)七路達(dá)林頓晶體管陣列mc1413mc1413是摩托羅拉公司出品的高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列反向驅(qū)動(dòng)器，由七個(gè)硅npn達(dá)林頓管組成。mc1413的每一對(duì)達(dá)林頓管都串聯(lián)一個(gè)2.7k的基極電阻，在 5v的工作電壓下它能與 ttl和cmos!路直接相連，可以直 接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來(lái)處理的數(shù)據(jù)。mc1413工作電壓高，工作電流大，灌電流可以達(dá)到500ma，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受 50v的電壓，輸出還可以在高

33、負(fù)載電流并行運(yùn)行。mc141踩用npn達(dá)林頓晶體復(fù)合管的結(jié)構(gòu)，因此有很高的電流增益和很高 的輸入阻抗，可直接接受 mose cmos1成電路的輸出信號(hào)，并把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換 成足夠大的電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載。該電路中含有7個(gè)集電極開(kāi)路反相器（也稱(chēng) oc門(mén)）。mc1413t路結(jié)構(gòu)和引腳排列如圖所示，它采用 16引腳的雙列直插式封 裝。每一驅(qū)動(dòng)器輸出端均接有一釋放電感負(fù)載能量的抑制二極管。4 .設(shè)計(jì)實(shí)踐本設(shè)計(jì)要求按照電路原理圖組裝并調(diào)試好一臺(tái)直流數(shù)字電壓表，實(shí)踐時(shí)應(yīng)一步一步地進(jìn)行。4.1. 繪制原理圖16本設(shè)計(jì)電路圖由四大部分組成：a/d轉(zhuǎn)換部分（mc14433）,譯碼驅(qū)動(dòng)部分（cd4511）,數(shù)碼顯示

34、部分，位選開(kāi)關(guān)部分（mc1413組成.待測(cè)直流電壓流經(jīng)a/d 轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再由譯碼器將二 -十進(jìn)制（bcd碼轉(zhuǎn)換成 七段信號(hào)。驅(qū)動(dòng)顯示器的 a、b、c、d、e、f、g七個(gè)發(fā)光段，推動(dòng)發(fā)光數(shù)碼管（led進(jìn)行顯示，讀出a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果。根據(jù)電路圖（見(jiàn)附錄）利用 protell99se軟件繪制好電路原理圖。從菜單里新建電路圖文件夾（.ddb）,并打開(kāi)原理圖（.sch）文件，不斷單擊 “主工具”欄內(nèi)的“放大工具”按鈕（或 page up鍵），直到工作區(qū)內(nèi)顯示出大 小適中的可視柵格線為止，然后進(jìn)行原理圖的繪制操作。找出電路中所需的元件，放置在繪圖區(qū)內(nèi)，用畫(huà)線工具中的導(dǎo)線工具（一定 要

35、使用“wiring tools”工具欄中的導(dǎo)線）根據(jù)電路圖連接好電路。用電器規(guī)則 （erc進(jìn)行檢查，并修改錯(cuò)誤之處。4.2. 繪制 pcbs在繪制pcb圖前要在protel原理圖中完成對(duì)電路圖各個(gè)元件的封裝。在封 裝時(shí)，要注意，因?yàn)閷?duì)于同一個(gè)元件可能有多種封裝方式。封裝時(shí)根據(jù)所給元件 的類(lèi)型對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行封裝。封裝完成后，把原理圖導(dǎo)入pcbk,再對(duì)元件的位置重新手動(dòng)擺放，使線盡 量少重疊，以減少布線時(shí)的飛線出現(xiàn)。觀察元件的三視圖，以保證封裝是正確。設(shè)置pcbfe布線規(guī)則：頂層(top layer),即元件面，用于放置元件；底層 (bottom layer )，即焊錫面，主要用于布線；機(jī)械層(m

36、echanical layers), 用于標(biāo)注尺寸信息、印制板邊框及電路板生產(chǎn)過(guò)程中所需的對(duì)準(zhǔn)孔。設(shè)置完成后，首先對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)布線；自動(dòng)布線完成后，會(huì)有很多錯(cuò)誤，再 次對(duì)元件進(jìn)行為止擺放，直到錯(cuò)誤最少；在錯(cuò)誤的布線處，采取手工布線或加跳 線。直到布線錯(cuò)誤為零時(shí)就完成了對(duì) pcb的布線工作。4.3. 焊接與調(diào)試2 5 8焊接與調(diào)試過(guò)程中又很多問(wèn)題。焊接時(shí)要注意不能使焊盤(pán)焊接處與其他 線相連，這就要求焊接時(shí)一定要細(xì)心，認(rèn)真。調(diào)試時(shí)可能得不出仿真時(shí)的結(jié)果， 這時(shí)正?，F(xiàn)象，要結(jié)合各方面進(jìn)行考慮，可能時(shí)由于電阻，電容，或者是電路的 焊接問(wèn)題。a.數(shù)碼顯示部分的組裝與調(diào)試將4只數(shù)碼管插入40p集成電路插座

37、上，將4個(gè)數(shù)碼管同名筆劃斷與顯示譯 碼的響應(yīng)輸出端連在一起，其中最高位只要將 b、c、g三筆劃段接入電路，按圖 接好連線，但暫不插所有的芯片。插好芯片cd4511與mc1413并將cd4511的輸入端a、b、c d四個(gè)插口處； 將mc1413勺1、2、3、4腳接至邏輯開(kāi)關(guān)輸出插口上。將mc1413勺2腳置“1”，1、3、4腳置“0”，接通電源，撥通碼盤(pán)(按“ +” 或“-”鍵)自09變化，檢查數(shù)碼管是否按碼盤(pán)的指示值變化。按實(shí)驗(yàn)原理說(shuō)明3 (5)項(xiàng)的要求，檢查譯碼顯示是否正常。分別將mc1413勺3、4、1腳單獨(dú)置“1”，重復(fù)(3)的內(nèi)容。如果所有4位數(shù)碼管顯示正常，則去掉數(shù)字譯碼顯示部分的電

38、源，備用。b.標(biāo)準(zhǔn)電壓源的連接和調(diào)整插上mc1403s準(zhǔn)電源，用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表檢查輸出是否為 2.5v,然后調(diào)整10k電位器，使其輸出電壓為2.00v,調(diào)整結(jié)束后去掉電源線，供總裝備用c.總裝總調(diào)插好芯片mc14433按圖接好全部線路。將輸入端接地，接通+5v, -5v電源（先接好地線），此時(shí)顯示器將顯示“000” 值，如果不是，應(yīng)檢測(cè)電源正負(fù)電壓。用示波器測(cè)量、觀察ds卜ds4 qgq3波形，判別故障所在。用電阻、電位器構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的輸入電壓vx調(diào)節(jié)電路，調(diào)節(jié)電位器，4位數(shù)碼將相應(yīng)變化，然后進(jìn)入下一步精調(diào)。用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表（或用數(shù)字萬(wàn)用表代替）測(cè)量輸入電壓，調(diào)節(jié)電位器，使 vx=1.000v

39、,這時(shí)被調(diào)電路的電壓指示值不一定顯示“1.000”，應(yīng)調(diào)整基準(zhǔn)電壓源，使指示值與標(biāo)準(zhǔn)電壓表誤差個(gè)位數(shù)在5之內(nèi)。改變輸入電壓vx極性，使vx=1.000v,檢查-”是否顯示，按（4）方法 校準(zhǔn)顯示值。在+1.999v0-1.999v量程內(nèi)再一次仔細(xì)調(diào)整（調(diào)基準(zhǔn)電源電壓），使全 部量程內(nèi)的誤差均不超過(guò)個(gè)位數(shù)在 5之內(nèi)。至此一個(gè)測(cè)量范圍在+_1.999v的三位半數(shù)字電壓表調(diào)試成功。d.記錄輸入電壓為 +_1.999, +_1.500, +_1.000, +_0.500, 0.000 時(shí)基 準(zhǔn)數(shù)字電壓表的讀數(shù)）被調(diào)數(shù)字電壓表的顯示值，列表記錄之。5 .總結(jié)電路的優(yōu)點(diǎn)：該電路較為簡(jiǎn)潔，而數(shù)字電壓表具有讀

40、數(shù)準(zhǔn)確方便、精度高、 誤差小、靈敏度高和分辨率高、測(cè)量速度快等優(yōu)點(diǎn)。電路的缺點(diǎn)：由于電路中使用的 mc14433 mc1413以及 mc1403在 multisim8.0仿真中中沒(méi)有對(duì)應(yīng)的元器件，在電路設(shè)計(jì)出來(lái)后不利于仿真來(lái)驗(yàn)證 電路是否正確。核心價(jià)值：數(shù)字電壓表已絕大部分取代了傳統(tǒng)的模擬指針式電壓表,數(shù)字化測(cè)量?jī)x表的產(chǎn)生于發(fā)展與電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展是密切相關(guān)的。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)的要求和 學(xué)習(xí)，讓學(xué)生跟上時(shí)代的腳步，了解最新的電子技術(shù)狀況。意見(jiàn)及展望：希望今后的仿真軟件如 multisim8.0 能夠及時(shí)更新新的元器 件，這樣更加有利于新事物的產(chǎn)生。同時(shí)我也希望自己掌握更多的知識(shí)原理和設(shè) 計(jì)動(dòng)手能力以及其它仿真軟件的運(yùn)用能力。數(shù)字化的時(shí)代已經(jīng)走入我