简易直流数字电压表
- 格式：doc
- 大小：1.03 MB
- 文档页数：17
课程设计
简易直流数字电压表
设计题目： 简易直流数字电压表
专 业： 电气工程及其自动化
年 级： 08级
学 号： ************
* *： ***
目 录
引言·······························································1
1 设计目的和要求···············································3
1.1 设计目的························································3
1.2 设计内容及要求··················································3
2 数字电压表的基本原理·········································3
2.1 数字电压表组成电路··············································3
2.2 系统功能························································4
3 元器件的介绍··················································5
3.1 132A/D转换器MC14433的介绍·····································5
3.2 MC14433引脚功能说明···········································8
3.3 七段锁存—译码—驱动器MC4511的介绍···························10
3.4 七路达林顿驱动器阵列MC1413的介绍·····························12
3.5 高精度低漂移能隙基准电源MC1403的介绍························12
4 课程设计调试的要点··········································12
4.1 电路调试·······················································12
4.2 功能调试·······················································13
5 课程设计器材和供参考选择的元器件··························13
6 课程设计报告结论············································13
6.1 按设计内容要求整理实验数据及调试中的波形·······················14
6.2 画出设计内容中的电路图、接线图·································15
6.3 总结设计数字电压表的体会·······································15 1
引言
传统的模拟式（即指针式）电压表已有100多年的发展史，虽然不断改进与完善，仍无法满足现代电子测量的需要，数字电压表自1952年问世以来，显示强大的生命力，现已成为在电子测量领域中应用最广泛的一种仪表。
数字电压表简称DVM（Digital Voltmeter），它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。智能化数字电压表则是最大规模集成电路（LSI）、数显技术、计算机技术、自动测试技术（ATE）的结晶。一台典型的直流数字电压表主要由输入电路、A/D转换器、控制逻辑电路、计数器（或寄存器）、显示器，以及电源电路等级部分组成，如下图1-1所示：
图1-1 直流数字电压表的基本方框图
其中A/D转换器是数字电压表的核心，xu表示其输入。它的数字输出可由打印机记录，也可以送入计算机进行数据处理。数字电压表与指针式电压表相比具有以下特点：
（1）显示清晰、直观、读数准确
传统的模拟式电压表必须借助指针和刻度盘进行读数。在读书过程中不可避
免地会引入人为的测量误差（例如视差），并且还容易造成视觉疲劳，数字电压表则采用了先进的数显技术，使显示结果一目了然，只要仪表不发生跳数现象，测量结果就是唯一的，不仅保证了读书的客观性与准确性，还符合人们的读数习惯，能够缩短读书和记录的时间。
（2） 显示位数多
位数是表征数字电压表性能的一个最基本的参量。数字电压表显示位数通常为122位~182位。具体讲，有122位、3位、132位、233位、334位、4位、142位、5位、152位、6位、162位、172位、182位共14种。国外最近还推出384位和1102位数字仪表。 2
（3）准确度高
数字电压表的准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。它便是测量结果与真值的一致程度，也反映测量误差的大小，一般讲准确度愈高，测量误差愈小，反之亦然。
数字电压表的准确度远优于模拟式电压表，后者的准确度只有7个等级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。而普通的132位数字电压表的准确度就可已达到0.1%。
（4）分辨率高
分辨率是数字电压表能够显示的被测电压的最小变化值，也就是使显示器末位跳一个字所需的输入电压值，通常用百分数表示。132位DVM的分辨率为10.05%1999，这是符合要求的准确度。
（5）测量范围宽
多量程数字电压比通常可测0~1000V的直流电压，配上高压探头还可以测量几千伏乃至上万伏的高压。
（6）扩展能力强
在数字电压表的基础上，还可以扩展成各种专用及通用数字仪表、数字多用表。
（7）测量速度快
数字电压表在每秒内对被测量电压的测量次数，叫测量速率，单位是“次/S”。它主要取决于A/D转换器的转换速率。132位DVM的测量速度一般在10次/S以下。目前，数字电压表的最高测量速率已达到10万次/S。
（8）输入阻抗高
数字电压表具有很高的输入阻抗，通常为10M~10000M，最高可到410M。这样在测量时从北测量点路上吸取的电流极小，不会影响被测信号源的工作状态，由此可减小由信号源内阻带来的附加误差。
（9）集成度高，微功耗
新型的数字电压表普遍采用CMOS大规模集成电路，整机功耗很低。
（10）抗干扰能力强
数字电压表的内部干扰有漂移及噪声，外部干扰有串模干扰及共模干扰。经过数字滤波和浮地保护等技术，数字电压表具有很高的抗干扰能力。
3
1. 设计目的和要求
数字电压表的基本原理，是对直流电压进行模数转换，其结果用数字直接显示出来，按其基本工作原理可以分为积分式和比较式两大类。
1.1 设计目的
（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MC14433、MC1413、MC4511和MC1403的使用方法，并掌握其工作原理。
1.2 设计内容及要求
（1）设计数字电压表电路。
（2）测量范围：直流电压0V~1.999V，0V~19.99V，0V~199.9V，0V~1999V。
（3）组装调试132位数字电压表。
（4）画出数字电压表电路原理图，写出总结报告。
（5） 选作内容：自动切换量程。
2. 数字电压表的基本原理
2.1 数字电压表组成电路
数字电压表是将被测模拟量转换为数字量，并进行实时数字显示的数学系统。该系统（如图1-2所示）可由MC14433—132位A/D转换器、MC1413七路达林顿驱动器阵列、MC4511 BCD到七段锁存-译码-驱动器、能隙基准电源MC1403和共阴极LED发光数码管组成。
图1-2 132位数字电压表图
4
2.2 系统功能
本系统是132位数字电压表，132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1，即二值状态，所以称为半位。
各部分的功能如下：
（1）132A/D转换器：将输入的模拟量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：将二-十进制（BCD）码转换成七段信号。
（4）驱动器：驱动显示的a，b，c，d，e，f，g七个发光段，推动发光数码器（LED）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。
工作过程如下：
132数字电压表通过位选信号1DS~4DS进行动态扫描显示，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，就可以将转换的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。1DS~4DS输出多路调制选通脉冲信号，DS选通脉冲为高电平，则表示对应的数位被选通，此时该位数据在0Q~3Q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1DS输出正脉冲，以下依次为2DS，3DS和4DS。其中1DS对应最高位（MSD），4DS则对应最高位（LSD）。在对应2DS，3DS和4DS选通期间，0Q~3Q输出BCD全位数据，即以8421码方式输出对应的数字0~9。在1DS选通期间，0Q~3Q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1DS选通期间0Q~3Q的输出内容如下：
3Q表示千位数，3Q=“0”代表千位数的数字显示为1，3Q=“1”代表千位数的数字显示为0。2Q表示被测电压的极性，2Q的电平为“1”，表示极性为正，即0XV，2Q的电平为“0”表示极性为负，即0XV。显示数的负号（负电压）由MC1413中的一只晶体管控制，符号位的“—”阴极与千位数阴极接在一起，当输入信号XV为负电压时，2Q端输出置“0”，2Q负号控制位使得驱动器不工作，通过限流电阻MR使显示器的“—”（即g段）点亮；当输入信号XV为正电压时,2Q
