三位半数字万用表的设计思路

四、 设计原理及电路图（1）数字电压表原理框图如下： 方案的原理框图如图b 所示；图b鉴于选用方案一，由数字电压表原理框图可知,数字电压表由五个模块构成,分别是基准电压模块, 3 1/2位A/D 电路模块,字形译码驱动电路模块,显示电路模块,字位驱动电路模块.各个模块设计如下: 量程转换模块采用多量程选择的分压电阻网络，可设计四个分压电阻大小分别为900K Ω，90K Ω，9K Ω和1K Ω。

用无触点模拟开关实现量程的切换。

基准电压模块直 流 稳 压电压转化芯片INC7107显 示 电 路Output这个模块由MC1403和电位器构成, 提供精密电压，供A/D 转换器作参考电压.3 1/2位A/D电路模块直流数字电压表的核心器件是一个间接型A / D转换器，这个模块由MC14433和积分元件构成,将输入的模拟信号转换成数字信号。

字形译码驱动电路模块这个模块由MC4511构成 ,将二—十进制(BCD)码转换成七段信号。

显示电路模块这个模块由LG5641AH构成,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）实验芯片简介：数字显示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—三位半A/D 转换器、MC1413七路达林顿驱动器阵列、CD4511 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。

本系统是三位半数字电压表,三位半是指十进制数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。

各部分的功能如下：三位半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。

一、设计目的 (1)二、设计任务 (1)三、设计要求 (2)四、总体方案的设计与选择 (2)五、单元电路的设计 (3)(一) CD4511的引脚与功能 (3)(二) CD4553的引脚与功能 (4)(三) CD4011的引脚与功能 (5)(四) LED共阴极数码管 (6)六、使用元件 (7)七、电路组装\调试过程中遇到的问题及解决办法 (16)八、分析与心得 (17)一、设计目的1．熟悉CD4553、CD4511的引脚及功能。

2．了解电路的组成和用途。

二、设计任务1. 设计一个三位半数字显示计数器电路；2. 通过设计，可以使电路显示从1000至1999。

3. 使用共阴极七段数码管。

三、设计要求1. 利用CD4553、CD4511来实现电路功能；2. 选择合适的电阻、电容、二极管等器件；3. 完成全电路理论设计、制作、调试，并画出电路原理图；4. 撰写设计报告（包括调试总结报告）；5. 上交制作产品一件。

四、总体方案的设计与选择三位半数显计数器电路如下图所示，电路中的计数显示电路由CD4553、CD4511及三只共阴极LED数码管组成，其中CD4553用于计数，而CD4511用来译码。

该电路的最高计数值为“1999”。

电路加电时，由于C1、R1复位电路的作用，使或非门2输出端为低电平，LED1和LED2均不发光，由它们组成的千位“1”不亮。

当计数电路由“999”变为“000”时，CD4553的14脚输出一正脉冲，该脉冲式或非门1输出低电平，或非门2的输出端变为高电平，将LED1、LED2点亮，使计数显示为“1000”，从而形成了三位半计数电路。

五、单元电路的设计(一) CD4511的引脚与功能1.原理CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器。

特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。

可直接驱动LED显示器。

河北建筑工程学院课程设计报告课程名称：电子技术综合课程设计题目名称: 3位半数字万用表设计学院：电气工程学院专业：电子信息工程班级：电子 132 学号： 2013315202 学生姓名：李天明指导教师：魏建新职称：高级实验师成绩: 2015年7 月 12日一、摘要万用表结构简单、便于携带、使用方便、用途多样、量程范围广。

它是维修电子设备和调试电路的重要工具，是电子工程技术人员最常用的一种测量仪表。

设计目的是培养独立思考和创新意识，以及动手调试组装能力和分析解决问题的能力。

通过对mc14433的设计，检验对基础知识的掌握程度。

二、关键字1、三位半A／D转换器MC14433在数字仪表中，MC14433电路是一个低功耗三位半双积分式A、D转换器。

和其它典型的双积分A/D转换器类似，MC14433A／D转换器由积分器、比较器、计数器和控制电路组成。

如果必要设计应用者可参考相关参考书。

使用MC14433时只要外接两个电阻(分别是片内RC 振荡器外接电阻和积分电阻RI)和两个电容(分别是积分电容CI和自动调零补偿电容C0)就能执行三位半的A／D转换。

MC14433内部模拟电路实现了如下功能：（1）提高A／D 转换器的输入阻抗，使输入阻抗可达l00M僖陨希唬?2）和外接的RI、CI构成一个积分放大器，完成V ／T 转换即电压-时间的转换；（3）构造了电压比较器，完成“0”电平检出，将输入电压与零电压进行比较，根据两者的差值决定极性输出是“1”还是“0”。

比较器的输出用作内部数字控制电路的一个判别信号；（4）与外接电容器C0构成自动调零电路。

图 1 MC14433原理框图除“模拟电路”以外，MC14433 内部含有四位十进制计数器，对反积分时间进行3位半BCD码计数(0～1999)，并锁存于三位半十进制代码数据寄存器，在控制逻辑和实时取数信号(DU)作用下，实现A／D转换结果的锁定和存储。

借助于多路选择开关，从高位到低位逐位输出BCD码Q0～Q3，并输出相应位的多路选通脉冲标志信号DS1～DS4实现三位半数码的扫描方式（多路调制方式）输出。

目录一、数字万用表的基本组成 (1)二、数字万用表的工作原理与设计原理 (1)三、ICL7106型三位半单片（A/D）转换器 (1)3.1ICL7106的性能特点 (1)3.2ICL7106型三位半单片（A/D）转换器工作原理 (2)3.3由ICL7106构成的三位半数字电压表 (3)3.4量程设计 (3)四、测量电路 (4)4.1直流电压测量电路 (4)4.2直流电流测量电路 (5)4.3交流电压、电流测量电路 (6)4.4电阻测量电路 (7)五、基本电路及及相关转换电路 (8)5.1交流/直流转换电路 (8)5.2电流/电压转换电路 (8)5.3电阻/电压转换电路 (9)六、组装、调试内容 (9)七、应用实例 (10)八、使用注意 (11)九、故障排除 (11)一、数字万用表的基本组成二、数字万用表的工作原理与设计原理工作原理：万用表的基本原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表（微安表）做表头。

当微小电流通过表头，就会有电流指示。

但表头不能通过大电流，所以，必须在表头上并联与串联一些电阻进行分流或降压，从而测出电路中的电流、电压和电阻。

设计原理：数字万用表的测量过程由转换电路将被测量转换成直流电压信号，再由模/数(A/D)转换器将电压模拟量转换成数字量，然后通过电子计数器计数，最后把测量结果用数字直接显示在显示屏上。

万用表测量电压、电流和电阻功能是通过转换电路部分实现的，而电流、电阻的测量都是基于电压的测量，也就是说数字万用表是在数字直流电压表的基础上扩展而成的。

数字直流电压表A/D转换器将随时间连续变化的模拟电压量变换成数字量，再由电子计数器对数字量进行计数得到测量结果，再由译码显示电路将测量结果显示出来。

逻辑控制电路控制电路的协调工作，在时钟的作用下按顺序完成整个测量过程。

三、ICL7106型三位半单片（A/D）转换器3.1 ICL7106的性能特点项目ICL7106转换速率0.1~15次/s输入阻抗10000M基准电压100．0V（100mV量程）1．000V（1V量程）封装形式DIP-40电源电压单电源供电，电源电压范围是7~15V，典型值为9V显示器LED显示器显示方式静态显示，驱动线多显示特点亮度低，亮暗对比度小，寿命短，微功耗输出功能无BCD码输出，不能配计算机或打印机外围电路外围电路简单，只需5个电阻和5个电容表13.2 ICL7106型三位半单片（A/D）转换器工作原理该系统采用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。

目录一、课程设计的目的 (2)二、设计题目和要求 (2)三、总体方案 (2)四、方案比较 (4)五、基本原理 (4)六、单元电路设计 (5)6.1 器件介绍 (5)6.2 AC/DC转换电路 (8)6.3电压、电流信号衰减电路 (9)6.4 电阻测量电路 (10)6.5 电容测量 (11)七、组装、调试内容 (13)八、所用元器件 (14)九、设计心得和体会 (14)十、总电路图 (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。

摘要摘要当今时代，信息充斥着世界的每一个角落，各种电子技术的发展日新月异，其更新的周期非常短，电子技术应用于各行各业，在国民生产和人民生活中的地位越来越重要。

数字电子产品在我们的日常生活中越来越普及，从普通的计算器到现在的数字电视、数字录音机、MP3等，现在还有具有智能系统的数字电子产品。

甚至许多日常生活用品都运用了数字电子产品，如：手机、剃须刀、笔记本电脑等。

现有的简易模拟电压表由于功能单一，适用的范围少等缺点已不能满足人们的高精度、高速度需要，这里需要的是一种能够提供高精度、高速度的采用数字采集技术的数字式电压表应运而生。

本题目介绍的是三位半数字电压表的设计，本次设计主要包括了对电压表的基本构成，双积分型A/D转换器的工作原理以及通用数字电压表的设计方法与调试技术的学习研究，采用集成芯片ICL7107作为数字电压表的A/D转化及锁存和译码模块，使得电路具有设计简单、集成度及可靠性高的特点。

ICL7107采用大电流反向输出，静态驱动共阴极LED数码管，由±5V双电源供电，显示亮度高但耗电较大，适合制作小型的三位半数字电压表。

该系统设计能够实现0～199mV 、0～1.99V、 0～19.99V、 0～199.9V、 0～1999.9V，共五个量程电压值的测量。

做成电路板，进行测试，可得到测试结果。

关键词： ICL7107 数字电压表 A/D转化量程。

ABSTRACTABSTRACTThe modern era, information filled with every corner of the world, all kinds of the development of electronic technology is developing rapidly, and the cycle of the update is very short, electronic technology application in all industries, in the national production and is becoming more and more important in the life of the people. Digital electronic products in our daily life is becoming more and more popular, from the normal calculator to the present digital television, digital recorder, MP3, now there is an intelligent system of digital electronic products. Even many articles for daily use all the digital electronic products, such as: the cellular phone, razor, notebook computers. The existing simple simulation voltmeter because the function of a single, the applicable scope shortcomings, such as less already cannot satisfy people of high precision, high speed need, here need is a can provide high precision, high speed of the digital collection technology of digital voltmeter arises at the historic moment.This subject introduces three and A half of the digital voltmeter design, the design includes the voltmeter to the basic constitution, the double integral type of A/D converter working principle and design method of general digital voltmeter and commissioning technical study, the integrated chips ICL7107 digital voltmeter as the A/D transformation and lock to save and decoding module, so that the circuit is simple in design, integration and the characteristics of high reliability. ICL7107 with large current reverse output, static drive cathode tube of LED digital, by ± 5 V double power supply, show high brightness but large power consumption, suitable for making small three and a half digital voltmeter. The system design can realize 0 ~ 199 mV, 0 ~ 1.99 V, 0 ~ 19.99 V, 0 ~ 199.9 V, 0 ~ 1999.9 V, a total of five range voltage measurement. Make it circuit boards, test, the test results can be obtained.Keyword: ICL7107 Digital voltmeter A/D Scope目录i目录摘要 (1)ABSTRACT (2)第一章绪论 (1)第二章三位半数字电压表的设计方案 (3)2.1题目及设计目的 (3)2.2设计要求 (3)2.3方案设计 (3)2.4三位半数字电压表的设计思想 (5)第三章三位半数字电压表的硬件电路设计 (7)3.1三位半数字电压表的总原理图及其特点 (7)3.1.1总原理图 (7)3.1.2三位半数字电压表的特点 (7)3.2ICL7107的介绍 (8)3.2.1引脚的介绍 (8)3.2.2ICL7107的性能特点 (10)3.2.3ICL7017的功能检查表 (11)3.3电路的基本结构及系统图 (12)3.3.1基本结构 (12)3.3.2电路的系统图 (12)第四章（电路检验）电路仿真 (15)4.1PROTEUS软件介绍 (15)4.2电路仿真 (16)第五章PCB板的设计 (19)5.1P ROTEL99SE软件介绍 (19)5.2绘制原理图并进行分析 (20)5.3PCB板的设计 (21)第六章电路板的焊接及电路调试过程 (23)6.1焊接的注意事项 (23)ii 目录6.2焊接的过程 (23)6.3调试前准备工作及电路总体调试 (24)6.3.1调试仪器 (24)6.3.2调试方法 (24)6.3.3测试结果分析 (24)6.3.4硬件实物图 (24)6.3.5元器件清单 (25)6.4调试注意事项 (25)6.4.1量程的设计 (25)6.4.2积分电容的选择 (25)第七章结束语 (27)致谢 (29)参考文献 (31)第一章绪论1第一章绪论随着社会的发展，电子市场越来越多，电子产品也越来越普遍，一些高科技的产品以代替了一些旧的产品。

《 3位半数字显示温度计》设计报告设计时间：班级：姓名：报告页数：广东工业大学课程设计报告设计题目_______学院专业班学号姓名(合作者号 )成绩评定_______教师签名_______一、设计任务与要求:设计任务：LM35，A/D转换器、数字显示器设计一个日常温度数字温度计。

课程目标：•1、加深对以上三门课程所学内容的理解；•2、能够在设计中综合运用所学知识解决实际问题；•3、初步掌握工程设计的一般方法，具备一定的工程设计能力。

•4．培养独立思考和独立解决问题的能力，培养科学精神和严谨的工作作风。

标及技术要求：•①温度显示范围：0℃~50℃；•②数字显示分辨率：0.1℃；•③精度误差≤0.5℃；•④电路工作电源可在5~9V范围内工作.二、设计方案及比较（设计可行性分析）：方案思路一------基于LM35芯片以51单片机作为核心的三位半数字显示温度计：外接一个温度采集LM35,根据采集器的输出参数特性利用TX-1C开发板编程相关程序直接处理温度信息并将处理结果显示在开发板自带的液晶屏上方案思路二------基于LM35芯片以ICL7106作为核心的三位半数字显示温度计:1. 模拟信号采集部分：LM35采集温度信息转化为可处理的模拟信号并将该信号输入至数模转换部分2. 模数转换部分: 用ICL7106芯片以及相关原件组成的外围电路组成一个直流电压测量电路或一个数字电压表，利用ICL7106将模拟部分输出的模拟信号转换为数字信号,并通过7106自带的BCD译码器输出液晶屏所需输入信号3. 液晶屏显示部分：液晶屏链接ICL7106对应的输出接口输入显示信号，显示该数字电压表的测量值以达到温度信号的3位半数字显示效果.方案思路三------基于LM35芯片以ICL7107作为核心的三位半数字显示温度计:1. 模拟信号采集部分：LM35采集温度信息转化为可处理的模拟信号并将该信号输入至数模转换部分2. 模数转换部分: 用ICL7107芯片以及相关原件组成的外围电路组成一个直流电压测量电路或一个数字电压表，利用ICL7107将模拟部分输出的模拟信号转换为数字信号,并通过7107自带的BCD译码器输出数码管所需输入信号3. 数码管显示部分：液晶屏链接ICL7107对应的输出接口输入显示信号，显示该数字电压表的测量值以达到温度信号的3位半数字显示效果.多方案的分析以及最优方案的选择与取舍:方案一的核心是单片机的实践使用,但考虑到本次课程设计的学习重点包括了学习查阅相关工作手册以懂得IC芯片的使用方法，电路仿真,CAD软件的使用，掌握一定的电子安装工艺，以及常用电子元器件的技术参数选择等，殊认为虽然选择方案一也能学习到很多，但选择方案二或方案三则更能体会到本次课程设计中包含的精髓.方案二与方案二的区别在于ICL7107以及ICL7106芯片的选择以及相对应显示原件的不同.ICL7107对应的编码输出驱动的是数码管，而ICL7106对应的面码输出驱动的是液晶显示屏.除此之外7107与7106芯片的功能和外围电路几近相同.而液晶屏幕与数码管相比,能耗更低，显示更丰富.但考虑到三位半数字显示温度计无需过多显示方式，而且液晶显示为背光显示，在光线强度较高的情况下，显示效果较差,考虑到该温度计在日常使用中经常会遇到日光照射的情况，所以最终选择的显示原件是LED数码管,对应的数模转换芯片为ICL7107，即方案选择为“案思路二------基于LM35芯片以ICL7107作为核心的三位半数字显示温度计:”三、系统设计总体思路1.确定了方案选择后便确定了LM35.ICL7107以及共阳数码管的选用了.根据前期的准备以及预设计方案就可以得到大致的原理框图.2.之后便是根据原理框图，参考各芯片的工作手册设计芯片的偏置电路，外围电路参数与各个部分之间的衔接方式.作出电路原理图.并在电脑上使用Multism(protues)仿真修改得到最终电路原理图3.根据电路原理图购买相关元器件以及万用板，根据实际购得的大小以及所需孔数设计电路布线图.4.根据布线图焊接电路板.5最终调试产品并做最终修改.四、系统原理框图及工作原理分析系统原理框图:工作原理分析:温度传感器将感受到外界的温度经传感器内部电路处理后输出一个与外界摄氏温度成线性比例的电压信号。

项目一: 位数字显示温度计一． 训练目的1．熟悉温度传感器、A/D 转换器、LED 或LCD 液晶显示器、数码显示器的原理和特点，掌握其实际应用的工作原理与方法；2．加深对模/数转换工作原理的理解，巩固相关的理论知识；3．在熟悉数字显示温度计的电路组成与工作原理，掌握相关芯片的作用与使用基础上，培养设计、制作、调试电路等一系列工程设计的能力。

4．掌握相关IC 的性能参数及使用方法。

培养综合运用模电、数电、传感器等理论知识为实际电路设计的应用能力。

二．预习要求与参考、收集相关信息1．认真预习有关数字显示温度计设计、构成等方面的知识；熟悉数字显示温度计的基本结构原理，掌握相关芯片的性能参数及使用方法。

2．参考《高频电子电路》、《数字电子技术》、《模拟电子技术》、《集成电路大全》《传感器技术》等书。

三．设计要求和设计指标（一）设计任务：采用温度传感器LM35， 位A/D 转换器、数码或液晶显示器设计一个日常温度数字温度计。

产品指标及技术要求： ①温度显示范围：0℃~45℃； ②数字显示分辨率：0.1℃； ③精度误差≤0.5℃；④电路工作电源可在5~9V 范围内工作.参考芯片: 3位半A/D 转换器：CC7106/ CC7107、CC7126/ CC7127温度传感器：LM35 LCD 显示器：数码显示管:共阳或共阴极213213（二）实验测试要求1．测温度传感器输出曲线，即V/℃曲线；2．调整电路的参数以及参考电压；3．用示波器测量A/D转换器的BP、POL管脚波形及输出驱动波形；4．记录Vin与显示的数值关系；四．实验仪器设备和设计参考材料1.实验仪器仪表稳压电源一台；示波器一台；万用表一台；2.参考芯片及元件名称参数数量（个）芯片Lm35 1 IcL7107或IcL7106 1 LED或LCD 4位电阻1KΩ1~2 24KΩ 1 180KΩ 2 300KΩ12电容50pF~0.1UF 5电位器1~2 1~2跳针—若干电源连接器—1~2五．调试及结果测试步骤用万用表检查各焊点及各连线。