简易数字电压表设计报告解析.docx

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简易数字电压表设计报告解析

目录

摘要--------------------------------------------------------2

1.数字电压表的简介------------------------------------------3

1.1数字电压表的发展--------------------------------------3

1.2数字电压表的分类--------------------------------------4

2.设计的目的------------------------------------------------5

3.设计的内容及要求------------------------------------------5

4.数字电压表的基本原理--------------------------------------5

4.1数字电压表各模块的工作原理----------------------------5

4.2数字电压表各模块的功能--------------------------------5

4.3数字电压表的工作过程----------------------------------6

5.实验器材--------------------------------------------------7

6.电路设计实施方案------------------------------------------7

6.1.实验步骤---------------------------------------------7

6.2各个模块设计------------------------------------------8

6.2.1基准电压模块-----------------------------------8

6.2.231/2位A/D电路模块---------------------------10

6.2.3字形译码驱动电路模块--------------------------12

6.2.4显示电路模块----------------------------------13

6.2.5字位驱动电路模块------------------------------16

7.总结-----------------------------------------------------17

参考文件---------------------------------------------------18

附录-------------------------------------------------------19

摘要

本文介绍了一种简易数字电压表的设计。

该设计主要由五个模块组成：

A/D转换模块、译码器模块、数据处理模块、驱动模块及显示模块。

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在传送到数据处理模块。

数据处理则由芯片CD4511来完成，其负责把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显示模块进行显示;该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，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，并通过一个四位一体的7段数码管显示出来。

关键词:

数字电压表、A/D转换、MC1403、MC14433、CD4511、MC14433、LED

Abstract

Thispaperintroducesthedesignofasimpledigitalvoltagemeter.Thedesignconsistsoffivemodules:

A/Dmodule,decodingmodule,dataprocessingmodule,drivermoduleanddisplaymodule.A/DconversionismainlycompletedbytheMC14433,itisresponsibletocollecttheanalogconversiontodigitalquantitycorrespondingtothetransmittedtothedataprocessingmodule.DataprocessingismainlycompletedbytheCD4511chip,whichisresponsibleforthedigitalMC14433transmissionafterdataprocessing,thegeneratedcodetodisplaythedisplaymoduletodisplaythecorresponding;thesystemofthedigitalvoltagemetercircuitissimple,theuseoffewercomponents,lowcost,andhighmeasuringaccuracyandreliability.Thedigitalvoltmetertomeasurethe10-1.999VDCanaloginputvoltagevalue,anddisplayedonthe7segmentdigitaltubeisanintegrationofthefour.

Keywords:

Digitalvoltagemeter,A/Dconversion,MC1403,MC14433,CD4511,MC14433,LED

一、数字电压表简介：

1.1数字电压表的发展  

数字电压表出现在50年代初，60年代末发起来的电压测量仪表，简称DVM。

它采用的是数字化测量技术，把连续的模拟量，也就是连续的电压值转变为不连续的数字量，加以数字处理然后再通过显示器件显示。

这种电子测量的仪表之所以出现，一方面是由于电子计算机的应用逐渐推广到系统的自动控制信实验研究的领域，提出了将各种被观察量或被控制量转换成数码的要求，即为了实时控制及数据处理的需要；另一方面，也是电子计算机的发展，带动了脉冲数字电路技术的进步，为数字化仪表的出现提供了条件。

所以，数字化测理仪表的产生与发展与电子计算机的发展是密切相关的；同时，为革新电子测量中的烦锁和陈旧方式也催促了它的飞速发展，如今，它又成为向智能化仪表发展的必要桥梁。

如今，数字电压表已绝大部分取代了传统的模拟指针式电压表。

因为传统的模拟指针式电压表功能单一、精度低，读数的时候也非常不方便，很容易出错。

而采用单片机的数字电压表由于测量精度高、速度快，读数时也非常方便，抗干扰能力强，可扩展性强等优点已被广泛的应用于电子及电工的测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，显示出强大的生命力。

数字电压表最初是伺服步进电子管比较式，其优点是准确度比较高，但是采样速度慢，重量达几十公斤，体积大。

继之出现了斜波式电压表，它的速度方面稍有提高，但是准确度低，稳定性差，再后来出现了比较式仪表改进逐次渐近式结构，它不仅保持了比较式准确度高的优点，而且速度也有了很大的提高，但它有一缺点是抗干扰能力差，很容易受到外界各种因素的影响。

随后，在斜波式的基础上双引伸出阶梯波式，它的唯一的进步是成本降低了，可是准确宽，速以及抗干扰能力都未能提高。

而现在，数字电压表的发展已经是非常的成熟，就原理来讲，它从原来的一，二种已发展到多种，在功能上讲，则从测单一参数发展到能测多种参数；从制作元件来看，发展到了集成电路，准确度已经有了很大的提高，精度高达1NV；读数每秒几万次，而相对以前，它的价格也有了降低了很多。

1.2数字电压表的分类 

目前实现电压数字化测量的方法仍然模-数（A/D）转换的方法，而数字电压表种类繁多，型号新异，目前国际仍未有统一的分类方法。

而常用的分类方法有如下几种：

1．按用途来分：

有直流数字电压表，交、直流数字电压表，交直流万用表等。

2．按显示位数来分：

有4位，5位，6位，7位，8位等。

3．按测量速度来分：

有低准确度，中准确度，高准确度等。

4．按测量速度来分：

有低速，中速，高速，超高速等。

但在日常生活中，数字电压表一般是按照原理不同进行分类的，目前大致分为以下几类：

比较式，电压——时间变换式，积分式等。

在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量。

其中，电压量的测量最为经常。

随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。

另外，由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度高和分辨率高、测量速度快等特点而倍受用户青睐，数字式电压表就是基于这种需求而发展起来的，是一种必不可少的电子测量仪表。

二、实验目的

（1）掌握数字电压表的设计、组装与调试方法．

（2）熟悉集成电路MCl4433，MCl413，CD451l和MCl403的使用方法，并掌握其工作原理。

三、设计的内容与要求

数字电压表是一种直接用数字显示的电压测量仪器。

本课题要求设计制作一个31/2位的数字电压表.所谓31/2位是能测量显示出十进数0000~1999,即个位,十位,百位的范围为0~9.而千位为0和1两种状态,称为半位.

四、数字电压表的基本原理

4.1数字电压表各模块的工作原理

数字电压表将被测模拟量转换为数字量，并进行实时数字显示。

该系统（如图1所示）可采用MC14433——31／2位A/D转换器、MC1413七路达林顿驱动器阵列、CD4511BCD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。

本系统是31／2位数字电压表，31／2位是指十进制数0000～1999。

所谓3位是指个位、十位、百位,其数字范围均为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。

4.2数字电压表各模块的功能

31／2位A／D转换器（MC14433）：

将输入的模拟信号转换成数字信号。

基准电源（MC1403）：

提供精密电压，供A／D转换器作参考电压。

译码器（MC4511）：

将二—十进制（BCD）码转换成七段信号。

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。

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。

4.3数字电压表的工作过程

31／2位数字电压表通过位选信号DS1～DS4进行动态扫描显示，由于MCl4433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