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
1
3
2
A/D转换器MC14433的介绍 (5)
3.2MC14433引脚功能说明 (8)
3.3 七段锁存—译码—驱动器CD4511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 (14)
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)
参考文献 (16)
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，
x
u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
1
2
2
位~
1
8
2
位。具体讲，有
1
2
2
位、3位、
1
3
2
位、
2
3
3
位、
3
3
4
位、4位、
1
4
2
位、
5位、1
5 2位、6位、
1
6
2
位、
1
7
2
位、
1
8
2
位共14种。国外最近还推出
3
8
4
位和
1
10
2
位数字仪表。
（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
1
3
2
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。
1
3
2
位DVM的分辨率为
1
0.05%
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。
1
3
2
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10MΩ~10000MΩ，最高可到4
10MΩ。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。
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、CD4511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、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。
图1-2 132
位数字电压表图
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）132
A/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0X V >，2Q 的电平为“0”表示极性为负，即0X V <。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X V 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M R 使显示器的“—”（即g 段）点亮；当输入信号X V 为正电压时,2
Q
端输出置“1”，负号控制位使达林顿驱动器导通，电阻M R 接地，使“—”旁路
而熄灭。
小数点显示的是由正电源通过限流电阻DP R 供点燃亮小数点。若量程不同则
选通对应的小数点。
过量程是当输入电压X V 超过量程范围时，输出过量程标志信号OR 。
当30"0""1"
Q Q =??=?时，表示X V 处于过量程状态。 当30
"1""1"Q Q =??=?时，表示X V 处于欠量程状态。 当OR =0时，1999X V >，则溢出。X R V V >，则OR 输出低电平。 当OR =1时，表示X R V V <。平时OR 为高电平，表示被测量在量程内。 MC14433的OR 端与MC4511的消隐端BI 直接相连，当X V 超出量程范围时，则OR 输出低电平，即OR =0→BI =0，MC4511译码器输出全为0，使发光数码管显示数字熄灭，而负号和小数点依然发亮。
3. 元器件的介绍 3.1 132A/D 转换器—MC14433的介绍
在数字仪表中，MC14433电路是一个低功耗132
双积分式A/D 转换器。 MC14433电路总框图如图1-3所示。由图1-2可知，MC1433A/D 转化器主要由模拟部分和数字部分组成。使用时主要外接两个电阻和两个电容就能执行132
位的A/D 转换器。
（1） 模拟部分：图1-4为MC14433内部模拟电路的工作原理示意图。其 中共有3个运算放大器1A ，2A ，3A 和10多个电子模拟开关，1A 接成电压跟随器，以提高A/D 转换器的输入阻抗，由于1A 采用CMOS 电路，因此输入阻抗可达100M Ω以上。2A 和外接的1R 、1C 构成一个积分放大器，完成V/T 即电压-时间的转换。3A 接成电压比较器，主要功能是完成“0”电平检出，由输入电压与零电压进行比较，根据两者的差值决定输出是“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。电容器0C 为自动调零失调补偿电容。
图1-3 MC14433电路总框图
图1-4 模拟电路工作原理示意图
（2） 数字部分：包括图1-3中除“模拟部分”以外的部分。其中四位十进 制计数器为132
位BCD 码计数器，对反积分时间进行计数（0~1999），并送到数据寄存器；数据寄存器为132
位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，锁定和存储A/D 转换结果；多路选择开关，从高位到低位逐位输出多路调制BCD 码0Q ~3Q ，并输出相应位的多路宣统脉冲标志信号1DS ~4DS ；控制逻辑，这是A/D 转换的指挥中心，统一控制各部分电路的工作，
它是根据比较器的输出极性接通电子模拟开关，完成A/D 转换6个阶段的开关转换和定时转换信号，以及过量程等功能标志信号，在对基准电压R V 进行积分时，
令4位计数器开始计数，完成A/D 转换，使电路统一动作，这是一种施密特触发式正反馈R-C 多谢振荡器，一般外接电阻为360k Ω时，振荡频率则为100kHz ，当外接电阻为470k Ω时，振荡频率则为66kHz ，当外接电阻为750k Ω时，振荡频率则为50kHz 。若采用外时钟频率，则不要外接电阻，外部时钟频率信号从CLKI （○10）端输入，时钟脉冲CP 信号可从CLKO （○11）获得；极性检测，显示输入电压X V 的正负极性；过载指示（溢出），当输入电压X V 超出量程范围时，输出过量程标志OR 。
MC14433A/D 转换器是双斜积分，采用电压-时间间隔（V/T ）方式，通过先后对被测电压模拟量X V 和基准电压R V 两次积分，将输入的被测电压转换成与其平均值成正比的时间间隔，用计数器测出这个时间间隔内的脉冲数目，即可得到被测电压的数字值。
双积分过程可以由下面的式子表示：
210111111
1t X X t V V V d t T R C R C =-=-? （1） 32021111
1t R R X t V V V dt T R C R C =-=-? （2） 因0102V V =，故有：
1X X R T V V T =
（3） 式中，14000CP T T =。1T 是定时间，X T 为变时间，由1R 、1C 确定斜率，若用时钟脉冲N 来表示时间X T ，则被测电压就换成了相应的脉冲数，实现了A/D 转换。
那么如何选择积分回路元件1R 、1C 的参数值呢？
积分电阻电容的选择应根据实际条件而定，若时钟频率为66kHz ，1C 一般取0.1F μ ，1R 的选取与量程有关，量程为2V 时，取1R ＝470k Ω；量程为200mV 时，取1R ＝27k Ω。
选取1R 和1C 的计算公式如下：
(m a x )
11X C V T R C V =? （4）
式中，C V ? 为积分电容上充电电压幅度，
C V ?＝D
D V －(max)X V －V ?
0.5V V ?=
4000=T ×1
CLK f
例如，假定1C =0.1F μ，5DD V V =，CLK f =66kHz 。当()
m a x 2X V V =时，代入式（4），可得1480R K =Ω，取1470R k =Ω。132
A/D 转换器设计了自动调零线路，其中缓冲期和积分器采用模拟调零方式。而比较器采用数字调零方式。在自动调零时，把缓冲期和积分器的失调电压存放在一个失调补偿电容0C 上，而比较器的失调电压用数字形式存放在内部的寄存器中，A/D 转换系统自动扣除电容上和寄存器中的失调电压，就可得到精确地转换结果。
A/D 转换器周期约需16000个时钟脉冲，若时钟频率为48kHz ，则每秒可转换3次，若时钟频率为86kHz ，则每秒可转换4次。
3.2 MC14433引脚功能说明
MC14433采用24引线双列直插式封装，外引线排列如图1-5所示，各引脚功能说明如下：
图1-5 MC14433引脚图
○1端：AG V ，模拟地，是高阻输入端，作为输入被测电压X V 和基准电压R V 的
接入地。
○2端：R V ，基准电压端，是外接基准电压输入端，若此端加一个大于5个
时钟周期的负脉冲（EE V 电平），则系统复位到转换周期的起点。
○3端：X V ，是被测电压输入端。
○4端：1R ，外接积分电阻端。
○5端：11R C ，外接积分元件电阻和电容的接点。
○6端：1C ，外接积分电容端，积分波形由该端输出。
○7端和○8端：01C 和02C ，外接失调补偿电容端。推荐该两端外接失调补偿电
容0C 取0.1F μ。
○9端：DU ，实时输出控制端，主要控制转换结果的输出，若在双积分放电
周期即阶段5开始前，在DU 端输入一正脉冲，则该周期转换结果将
被送入输出锁存器并经多路开关输出，否则输出端继续输出锁存器中
原来的转换结果，若该端通过一电阻和EOC 短接，则每次转换的结
果都将被输出。
○
10端：CLKI ，时钟信号输入端。 ○
11端：CLKO ，时钟信号输出端。 ○
12端：EE V ，负电源端，是整个电路的电源最负端，主要作为模拟电路部分的负电源，该端典型电流约为0.8mA ，所有输出驱动电路的电流不流
过该端，而是流向SS V 端。
○
13端：SS V ，负电源端。 ○
14端：EOC ，转换周期结束标志输出端，每一A/D 转换周期结束，EOC 端输出一正脉冲，其脉冲宽度为时钟信号周期的1/2。
○
15端：OR ，过量程标志输出端，当X R V V >时，OR 输出低电平，正常量程内OR 为高电平。
○16端～○19端：对应为4DS ~1DS ，分别是多路调制选通脉冲信号个位、十位、
百位和千位输出端。当SD 端输出高电平时，表示此刻0Q ~3Q 输出的
BCD 代码是该对应位上的数据。
○20端～○23端：对应为0Q ~3Q ，分别是A/D 转换结果数据输出BCD 代码的对
低位（LSD ），次低位，次高位和最高位输出端。
○
24端：DD V ，整个电路的正电源端。
3.3 七段锁存—译码—驱动器CD4511的介绍
CD4511是专用于将二-十进制代码（BCD ）转换成七段显示信号的专用标准译码器，它由四位闩锁（锁存器）、七段译码器电路和驱动器三部分组成，如图1-6所示：
图1-6 CD4511功能图
（1）四位闩锁（LATCH ）：它的功能是将输入的A ，B ，C 和D 代码寄存起来，该电路具有锁存功能，在锁存允许端LE 端（即LATCH ENABLE ）控制下起闩锁电路的功能作用。
当LE=“1”时，闩锁器处于锁存状态，四位闩锁封锁输入，此时它的输出为 前一次LE=“0”时输入的BCD 码；当LE=“0”时，闩锁处于选通状态，输出即为输入的代码。
由此可见，利用LE 端的控制作用可以讲某一时刻的输入BCD 代码寄存下来，使输出不再随输入变化。
（2）七段译码电路：将来自四位闩锁输出的BCD 代码译成七段显示码输出，MC4511中的七段译码器有两个控制端。
○1LT （LAMPTEST ）灯测试端。当LT =“0”时，七段译码器输出全为“1”，发光数码管各段全亮显示；当LT =“1”时译码器输出状态由BI 端控制。
○
2BI （BLANKING ）消隐端。当BI =“0”时，控制译码器为全“0”输出，发光数码管各段全亮显示；当BI =“1”时，译码器正常输出，发光数码管正常显示。
上述两个控制端配合使用，可使译码器完成显示上的一些特殊功能。
（3）驱动器：利用内部设置的NPN管构成的射极输出器，加强驱动能力，使译码器输出驱动电流可达20mA。
CD4511电源电压
V的范围为5V~15V。它可与NMOS电路或TTL电路兼容
DD
工作。
CD4511采用16引线双列直插式封装，如图1-7所示：
图1-7 CD4511引脚图
其真值表见2-1所示：
表2-1 CD4511真值表
注明：“*”表示取决于原来LE=0时的BCD码
使用CD4511时应注意输出端不允许短路，应用时电路输出端需要外接限流电阻。
3.4 七路达林顿驱动器阵列MC1413的介绍
MC1413采用NPN 达林顿复合晶体管的结构，因此具有很高的电流增益和很高的输入阻抗，可直接接受MOS 或CMOS 集成电路的输出信号，并把电压信号转换成足够大的电流信号驱动各种负载。该电路内含有7个集电极开路反相器（也称OC 门）。MC1413电路结构和引脚如图1-8所示，它采用16引脚的双列直插式封装。每一驱动器输出端均接有一释放电感负载能量的抑制二极管。
图1-8 MC1413引脚和电路内部结构图 图1-9 MC1403引脚图
3.5 高精度低漂移能隙基准电源MC1403的介绍
MC1403的输出电压的温度系数为零，即输出电压与温度无关。该电路的特点是：①温度系数小；②躁声小；③输入电压范围大，稳定性能好，当输入电压从+4.5V 变化到+15V 时，输出电压值变化量03V mV ?<；④输出电压值准确度较高，在2.475V ～2.525V 以内；⑤压差小，适用于低压电源；⑥负载能力小，该电源最大输出电流为10mA 。
MC1403采用8引线双列直插标准封装，如上图1-9所示。
4. 课程设计调试的要点
4.1 电路调试
（1）在电路上加电源电压。DD V ＝+5V ，EE V ＝-5V 。
（2）用示波器观察MC14433的11 脚CLK f 时钟频率。调整电阻2R 使其等于66kHz 。
（3）采用稳压电源，调整其输出电压为1.999V 或199mV ，以此作为模拟量输入信号X V ，此值需用标准数字电压表监视，然后调整基准电压R V 的电位器，使LED 显示量为1.999V 或199 mV ，此时将电位器值固定好。
（4）观察MC14433第6脚处的积分波形。调整电阻1R 值使X V 为1.999V 或199 mV 时，积分器输出既不饱和，又能得到最大不失真的摆幅。
4.2 功能调试
（1）检查自动调零功能。当MC14433的端口X V 与AG V 短路或X V 端没有信号输入时，LED 显示器应显示0000。
（2）检查超量程溢出功能。调节X V 值，当X V 为2V （或X V ＞R V ）时，观察LED 发光数码管是否有闪烁显示告警作用，此时____
OR 端应为低电平。
（3）检查自动极性转换功能。将+1.990V 和-1.990V 先后加到X V 端，两次读数之差为翻转误差，根据MOTOROLA 公司规定，正负极性转换时允许个位有±1个字的误差。
（4）测试线性度误差。将输入信号X V 从0V 增大到1.999V ，输出几个采样值，其X V 值用标准数字电压表监视。然后与LED 显示数值相比较，其最大偏差为线性误差。
（5）将信号电压X V 极性变反，重复步骤（4）。
（6）当MC14433的9脚与14脚直接相连时，观察是否有EOC 信号。当DU 端置0时，观察LED 显示数字是否锁存。
（7）调试分压器，检查各量程是否准确。
5. 课程设计器材和供参考选择的元器件
6. 课程设计报告结论
6.1 按设计内容要求整理实验数据及调试中的波形
MC14433是132
位的双积分式 A/D 转换器，转换速度每秒1～10次，量程为1.999V 或199.9mV ，以 BCD 码的形式输出，其中，1DS ~4DS 多路选通脉冲
输出，1DS 为千位，4DS 为个位，其输出选通脉冲时序图如下图1-10：
图1-10 MC14433输出选通脉冲时序图
在控制逻辑电路的控制下，实现一次转换的过程如下，如图1-11所示：
图1-11 双斜积分式A/D 转换
6.2 画出设计内容中的电路图，接线图
在Multisim平台上对该电路进行仿真时，发现该软件不完美，找不到所需要的元件，如MC14433。这里展示的一份由ICL7106 A/D 转换电路组成的数字电压表(数字面板表)电路，如图1-12所示
图1-12 ICL7106 A/D 转换电路组成的数字电压表电路
6.3 总结设计数字电压表的体会
（1）数字电压表的具体应用电路是有很多种的，只要掌握了一些最基本的应用，就可以举一反三地、越来越熟练地按照自己的构思，得心应手地设计好数字电压表电路。
（2）尽管数字电压表的输入阻抗可以达到上1000兆欧姆，但是，这个阻抗仅仅是对输入信号而言的，与通常电力系统泛称的“绝缘电阻”有着天壤之别。因此，千万不能把高于芯片供电电压的任何电压输入到电路中，以免造成损失或者危险。
（3）数字电压表属于一种测量工具，其本身的好坏直接影响到测量结果，因此，上面所有例子中，其使用的电阻要求精度均不能低于1%，在分流、分压和标准电阻链中，最好能够使用0.5%或者0.1%精度的电阻。
（4）不要在电路没有加上工作电源之前就加上信号，这很容易损坏芯片。断掉工作电源前也必须先把信号撤掉。
（5）数字电压表(数字面板表)的使用和扩展应用，还必须很好阅读产品供货商提供的说明书，千万不要急于送电使用它。
参考文献
[1]高吉祥.电子技术基础—实验与课程设计.北京：电子工业出版社.2002年2月：168~312.
[2]黄永定.电子线路实验与课程设计.北京：机械工业出版社.2005年8月：193~268.
[3]康华光.电子技术基础数字部分（第五版）.北京：高等教育出版社，2006年1月：444~ 460.
[4]陈尚松.电子测量与仪器（第2版）.北京：电子工业出版社，2009年1月：172~213.
[5]黄志玮.全国大学生电子竞赛训练教程.北京：电子工业出版社，2005年1月：45~185.
电子技术课程设计报告 专业班级： 学生学号： 学生姓名： 指导教师： 设计时间： 自动化与电气工程学院
设计课题题目： 多量程直流数字电压表 一、设计任务与要求 1．设计并制作一个直流稳压电源，设计要求为 （1） 输入电压为220V （2） 输出电压为±5V 2．设计一个2 13 直流数字电压表，设计要求为 分辨率 （1） 测量量程：基本量程：200mV 0.1mV 扩展量程：2V 1mV 20mV 0.01mV （2） 测量范围： 0mV~2V (3 ) 显示范围：十进制数0~1999 （4） 使用双积分A/D 转换器ICL7107完成直流电压的数字化转换 二、电路原理分析与方案设计 1. 设计要求分析 数字电压表由电阻网络（量程调整）、直流放大（运放组成）、电压极性判断、A/D 转换、数码（液晶）显示等部分组成。 直流数字电压表主要完成对电位器或外部电压的测量与显示。因此，为了适应不同大小的的待测模拟电压信号，应该有测量量程的选择功能。ICL7107是双积分式三位半A/D 转换器，可构成基本量程200Mv,而扩展量程20V 可由电阻电位器分压，2V 量程可由运放放大。 2. 方案设计 （1）±5V 直流稳压电源 首先通过中心抽头的18V 电源变压器，输出电压经过四个二极管组成的桥式整流电路整流后通过电容滤波，然后通过三端稳压管LM7805和KV7905分别对正负电压进行稳压，在对输出电压进行滤波，从而得到较为稳定的±5V 直流稳压电源。 （2）2 13 直流数字电压表 将输入电压分别通过电阻电位器和μA741运放放大器进行缩小和放大，将输出信号输入到ICL7107 A/D 转换器V-IN 端，经过A/D 转换电路、参考电压电路、复位电路、时钟电路等电路完成数据转换及传输，最后通过2 13 数码管进行显示。 三、单元电路分析与设计 1．单元电路原理分析 电源： (1) 电源变压器
数字电压表 译文 引言 这是一个很容易建立并且非常准确和有用的数字电压表。它被设计成一个面板仪表，可用于直流电源供应器或其他需要有一个准确电压指示的地方。该电路采用的ADC（模拟数字转换器）集成电路CL7107由Intersil公司生产。该IC采用40引脚的情况下整合了所有必要的电路模拟信号转换为数字，可以直接驱动4个7段LED显示。在IC中内置的电路是数字转换器，比较器，一个时钟，一个解码器和一个7段LED显示驱动器模拟。在这里它描述了一个可以显示在0-1999电压范围的直流电压电路。 LED显示屏数字电压表技术规格 - 特征 电源电压：.............+ / - 5V（对称）。 电源要求：.............200mA（最大）。 测量范围：.............+ / - 0-1,999V在四个范围。 精度：.................0.1％。 特征： 小尺寸。 简易建筑。 成本低。 简单的调整。 易于读取距离。 很少的外部元件。 数字电压表的基本原则 为了了解电路的运作的原则，说明ADC的集成电路工程是必要的。该集成电路具有以下非常重要的特点： 准确性。 抗干扰性。 无需要一个采样保持电路。 它有一个内置的时钟。 它不需要精度高的外部元件。 一个模拟数字转换器(ADC)，从现在起更好的称为双斜率转换器或集成转换器。这种类型的转换器通常优于其他类型，因为它提供了准确，简洁的设计和它可以将相对不重要的噪音变得非常可靠。如果将电路分两个阶段描述，该电路的操作将更好的理解。在第一阶段的输入集成电压和最后阶段的输出集成电压中有一个电压与输入电压成正比。在预设的时间结
1.设计主要内容及要求； 设计一个多功能数字电压表。 要求：1）硬件电路设计，包括原理图和PCB板图。 2）数字电压表软件设计。 3）要求能够测量并显示直流电压、交流电压，测量范围0.002V---2V。 2.对设计论文撰写内容、格式、字数的要求； （1）.课程设计论文是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。 （2）.学生应撰写的内容为：中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等。课程设计论文的结构及各部分内容要求可参照《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》执行。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。 （3）.论文要求打印，打印时按《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》的要求进行打印。 （4）. 课程设计论文装订顺序为：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。 3.时间进度安排；
中文摘要 随着微型计算机及微电子技术在测试领域中的广泛应用，仪器仪表在测量原理、准确度、灵敏度、可靠性、多种功能及自动化水平等方面都发生了巨大的变化，逐步形成了完全突破传统概念的新一代仪器——智能仪器。智能化是现代仪器仪表的发展趋势，许多嵌入式系统、电子技术和现场总线领域的新技术被应用于智能仪器仪表的设计，尤其是嵌入式系统的许多新的理念极大地促进了智能仪器仪表技术的发展。 今年来，随着大规模集成电路的发展，有单片A/D转换器构成的数字电压表获得了迅速普及和广泛应用，它是目前在电子测量及维修工作中最常用、最得力的一种工具类数字仪表。数字电压表具有很高的性价比，其主要优点是准确度高、分辨力强测试功能完善、测量速率快、显示直观。 测试仪器的智能化已是现代仪器仪表发展的主流方向。因此学习智能仪器的工作原理、掌握新技术和设计方法无疑是十分重要的。 关键词智能，数字，电压表，仪器仪表
DIY数字显示直流电压表 最近想做一个电源，因为经常DIY，没有一个电源不像样子，虽然是业余的，但是电压有时也会有不同的电压值，如做成固定的电压应用起来就不方便，如做成可调的，电源值就不能直观的展示出来，每调一次就用万用表量一起也不方便。如果有一个电压表装在电源上就方便多了，指针式的表头读起数来总是有点别扭，所以就想找一个数字式的电压表头。因此在这样的背景下自己通过DIY 制作了一个4位数字显示的电压表头。 做数字式电压表用什么IC好呢？选来选去最后决定用ICL7017吧！定好芯片就开要画个完整的电路图。既然要做就做好点，不想用洞洞板来接线路板，电线飞来飞去的有点头痛的感觉，所以还要画一块PCB板。电路图及PCB板的设计如下图示：
有了图就要准备物料了，不想一个一个的写出来，给个物料清单吧如下 组件编号 组件数值组件规格用量 号 C1 0.1uF 瓷片电容±20% 50V 1 C2 100P 瓷片电容±5% 50V 1 C3 0.1uF 金属膜电容±5% 63V 1 C4 0.1uF 独石电容±5% 63V 1 C6 0.22uF 金属膜电容±5% 63V 1 C5 0.47uF 金属膜电容±5% 63V 1 C7,C8 10uF/25V 电解电容+80-20% 2 R1 150Ω金属膜电阻±1% 1/4W 1 R8 1K 金属膜电阻±1% 1/4W 1 R9 1M 1/2W 金属膜电阻±1% 1/2W 1 R7 1M 金属膜电阻±1% 1/4W 1 R3 2.95K 金属膜电阻±1% 1/4W 1 R2,R5 10K 金属膜电阻±1% 1/4W 2 R4 20K 金属膜电阻±1% 1/4W 1 R6 154K 金属膜电阻±1% 1/4W 1 R10 470K 金属膜电阻±1% 1/4W 1 VR2 5K 精密微调电阻922C0 W 502 1 D2,D3 4148 ST 1N4148 DO-35 2 J1,J2 DC5V 鱼骨针2pin 2 D1 DIODE 1N4004 DO-41 1 DS1~4 HS-5161BS2 共阳8段数码管 4 U1 ICL7107 IC ICL7107CPLZ DIP-40 1 U2 TC4069 IC TC4069UBP DIP-14 1 U3 TL431 IC TL431A TO-92 1 IC插座14 pin 2.54mm 1 IC插座40 pin 2.54mm 1 PCB光板36x68x1.6mm 双面FR-4 1 塑料外壳尺寸要与PCB板配合，网上购的 1 镙丝 4 锡线适量 工具就是电子爱好者的常用工具了
7107是一块直流电压表，要想测交流电，需先把交流转换成直流 本电路中，输入的是0～200.0mV 的交流信号，输出的是0～200.0mV 的直流信号，从信号幅度来看，并不要求电路进行任何放大，但是，正是电路本身具有的放大作用，才保证了其几乎没有损失地进行AC －DC 的信号转换。因此，这里使用的是低功耗的高阻输入运算放大器，其不灵敏区仅仅只有2mV 左右，在普通数字万用表中大量使用，电路大同小异 ICL7107 安装电压表头时的一些要点：按照测量＝±199.9mV 来说明。
1.辨认引脚：芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的左下方为第一脚。也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一脚了。 许多厂家会在第一脚旁边打上一个小圆点作为标记。 知道了第一脚之后，按照反时针方向去走，依次是第 2 至第40 引脚。（1 脚与40 脚遥遥相对）。 2.牢记关键点的电压：芯片第一脚是供电，正确电压是DC5V 。第36 脚是基准电压，正确数值是100mV，第26 引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在－3V 至－5V 都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。芯片第31 引脚是信号输入引脚，可以输入±199.9mV 的电压。在一开始，可以把它接地，造成"0"信号输入，以方便测试。 3.注意芯片27,28,29 引脚的元件数值，它们是0.22uF,47K,0.47uF 阻容网络，这三个元件属于芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容。芯片的33 和34 脚接的104 电容也不能使用磁片电容。 4.注意接地引脚：芯片的电源地是21 脚，模拟地是32 脚，信号地是30 脚，基准地是35 脚，通常使用情况下，这4 个引脚都接地，在一些有特殊要求的应用中（例如测量电阻或者比例测量），30 脚或35 脚就可能不接地而是按照需要接到其他电压上。－－本文不讨论特殊要求应用。 5.负电压产生电路：负电压电源可以从电路外部直接使用7905 等芯片来提供，但是这要求供电需要正负电源，通常采用简单方法，利用一个+5V 供电就可以解决问题。比较常用的方法是利用ICL7660 或者NE555 等电路来得到，这样需要增加硬件成本。我们常用一只NPN 三极管，两只电阻，一个电感来进行信号放大，把芯片38 脚的振荡信号串接一个20K －56K 的电阻连接到三极管"B"极，在三极管"C"极串接一个电阻（为了保护）和一个电感（提高交流放大倍数），在正常工作时，三极管的"C"极电压为2.4V －2.8V 为最好。这样，在三极管的"C"极有放大的交流信号，把这个信号通过2 只4u7 电容和2 支1N4148 二极管，构成倍压整流电路，可以得到负电压供给ICL7107 的26 脚使用。这个电压，最好是在－3.2V 到－4.2V 之间。 6.如果上面的所有连接和电压数值都是正常的，也没有"短路"或者"开路"故障，那么，电路就应该可以正常工作了。利用一个电位器和指针万用表的电阻X1 档，我们可以分别调整出50mV,100mV,190 mV 三种电压来，把它们依次输入到ICL7107 的第31 脚，数码管应该对应分别显示50.0,100.0,190.0 的数值，允许有2 －3 个字的误差。如果差别太大，可以微调一下36 脚的电压。 7.比例读数：把31 脚与36 脚短路，就是把基准电压作为信号输入到芯片的信号端，这时候，数码管显示的数值最好是100.0 ，通常在99.7 －100.3 之间，越接近100.0 越好。这个测试是看看芯片的比例读数转换情况，与基准电压具体是多少mV 无关，也无法在外部进行调整这个读数。如果差的太多，就需要更换芯片了。 8.ICL7107 也经常使用在±1.999V 量程，这时候，芯片27,28,29 引脚的元件数值，更换为0.22uF,470K,0.047uF 阻容网络，并且把36 脚基准调整到1.000V 就可以使用在±1.999V 量程了。 9.这种数字电压表头，被广泛应用在许多测量场合，它是进行模拟－数字转换的最基本，最简单而又最低价位的一个方法，是作为数字化测量的一种最基本的技能。
设计制作一个简易数字电压表 目录 一、设计要求................................................................................................ 错误！未定义书签。 二、设计方案、电路图和工作原理............................................................ 错误！未定义书签。 三、软件仿真................................................................................................ 错误！未定义书签。 四、PCB设计............................................................................................... 错误！未定义书签。 五、元器件清单表........................................................................................ 错误！未定义书签。 五、焊接和调试............................................................................................ 错误！未定义书签。 六、过程照片................................................................................................ 错误！未定义书签。 七、总结、心得及其他................................................................................ 错误！未定义书签。 八、指导老师评定........................................................................................ 错误！未定义书签。 目录 二．课程设计任务与要求 2.1 设计目的 2.2 设计要求 三．设计思路 3.1 方案选择 3.2 系统框图 四．课程设计框图及工作原理 4.1 工作原理 4.2 ICL7107的工作原理
电气测量技术 课程设计 题目：交流电压表设计 学院：电气信息工程学院 专业班级：电气工程及其自动化1623 姓名：黄铭（201650712326） 完成时间：2017年5月26
目录 引言 (2) 1 测量原理及系统结构 (2) 2 硬件电路设计 (3) 2.1 A/D转换模块 (3) 2.2 单片机系统 (4) 2.2.1 AT89C51性能和功能 (4) 2.3 复位电路和时钟电路 (5) 2.3.1 复位电路设计 (5) 2.3.2 时钟电路设计 (5) 2.4 LED显示系统设计 (6) 2.4.1 LED显示器的选择 (6) 2.4.2 LED显示器与单片机接口设计 (7) 2.5 总体电路设计 (7) 3 软件设计 (9) 3.1 程序设计总方案 (9) 3.2 系统子程序设计 (9) 3.2.1 初始化程序 (9) 3.2.2 A/D转换子程序 (9) 3.2.3 显示子程序 (10) 4 仿真调试及测试结果 (11) 4.1 软件调试 (11)
4.2 显示结果及误差分析 (11) 4.2.1 显示结果 (11) 4.2.2 误差分析 (13) 结论 (14) 参考文献 (15) 引言 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。而且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。数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、测量速度快等特而得到广泛应用。 传统的指针式刻度电压表功能单一，进度低，容易引起视差和视觉疲劳，因而不能满足数字化时代的需要。采用单片机的数字电压表，将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的
1 引言 数字电压表的基本工作原理是利用A/D转换电路将待测的模拟信号转换成数字信号，通过相应换算后将测试结果以数字形式显示出来的一种电压表。较之于一般的模拟电压表，数字电压表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优点。 电压表的数字化测量，关键在于如何把随时连续变化的模拟量转化成数字量，完成这种转换的电路叫模数转换器]1[（A/D）。数字电压表的核心部件就是A/D转换器，由于各种不同的A/D转换原理构成了各种不同类型的DVM。一般说来，A/D 转换的方式可分为两类：积分式和逐次逼近式。 积分式A/D转换器是先用积分器将输入的模拟电压转换成时间或频率，再将其数字化。根据转化的中间量不同，它又分为U-T（电压-时间）式和U-F（电压-频率）式两种。 逐次逼近式A/D转换器分为比较式和斜坡电压式，根据不同的工作原理，比较式又分为逐次比较式及零平衡式等。斜坡电压式又分为线性斜坡式和阶梯斜坡式两种。 在高精度数字电压表中，常采用由积分式和比较式相结合起来的复合式A/D转换器。本设计以AT89C51单片机为核心，以逐次比较型A/D转换器ADC0808、液晶显示器LCD1602为主体，构造了一款简易的数字电压表，能够测量1路0～5V 直流电压，最小分辨率0.02V。
2 仿真软件介绍 2.1 仿真软件简介 2.1.1 Proteus 6 Professional ISIS 6 Professiona软件是它不仅具有其它EDA工具软件的仿真]2[功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。它从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、A VR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。 ISIS 6 Professiona软件具有的功能：原理布图；PCB自动或人工布线；SPICE 电路仿真。 2.1.2 Keil uVision2 Keil提供了包括C编译器、宏汇编]3[、连接器、库管理和一个功能强大仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。 Keil C51集成开发环境主要由菜单栏、工具栏、源文件编辑窗口、工程窗口和输出窗口五部分组成。工具栏为一组快捷工具图标，主要包括基本文件工具栏、建造工具栏和调试工具栏，基本文件工具栏包括新建、打开、拷贝、粘贴等基本操作。建造工具栏主要包括文件编译、目标文件编译连接、所有目标文件编译连接、目标选项和一个目标选择窗口。调试工具栏位于最后，主要包括一些仿真调试源程序的基本操作，如单步、复位、全速运行等。在工具栏下面，默认有三个窗口。左边的工程窗口包含一个工程的目标（target）、组（group）和项目文件。右边为源文件编辑窗口，编辑窗口实质上就是一个文件编辑器，我们可以在这里对源文件进行编辑、修改、粘贴等。下边的为输出窗口，源文件编译之后的结果显示在输出窗口中，会出现通过或错误（包括错误类型及行号）的提示。
单片机课程设计报告 简易数字电压表 一、设计任务与要求 1.电压表的测量范围为0-5V; 2.测量精度约为20mV。 二、方案设计与论证 方案一： 选择MC14433A/D转换器、CD4511等元器件设计电路： 方案二： 用单片机设计电路：
设计采用STC89C52单片机、A/D转换器ADC0809和共阴数码管为主要硬件，分析了数字电压表Proteus软件仿真电路设计及编程方法。将单片机应用于测量技术中，采用ADC0809将模拟信号转化为数字信号，用STC89C52实现数据的处理。通过数码管以扫描的方式完成显示。 方案比较： 方案1：3为半双积分式A/D转换器MC14433转换精度为读数的±0.05%±1字，并能很方便地判断出是否超欠量程，以便于量程的自动切换功能的实现，其中集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路。具有输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能。缺点是工作速度低，且外围电路需配基准电源，短译码驱动器和位驱动器，电路较复杂。 方案2：设计电路简单。易于控制，且性能稳定；单调试过程需要一定的编程基础，可利用Proteus软件仿真电路设计和调试。Proteus软件是一种电路分析和实物模拟仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以进行仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路，是集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能强大，具有系统资源丰富、硬件投入少、形象直观等优点，因此可用此软件方便调试电路。 经过以上两种方案的特点比较，方案二中的电路设计采用比较常见的元器件，对这种方案有一定的专业基础，故采用第二种方案。 三、单元电路设计与参数计算 1 A/D转换模块
基于51单片机数字电压表的设计 基于51单片机数字电压表的设计 摘要：本文介绍了基于STC89C52单片机为核心的，以AD0809数模转换芯片作为采样，以四位八段数码管作为显示的具有测量功能的具有一定精度的数字电压表。在实现基础功能的情况下，另外还可以扩展串行口通信，时钟，等其他一系列功能，使系统达到了良好的设计效果和要求。本课题主要解决A/D转换，数据处理及显示控制等三个模块。 关键词：STC89C52；数字电压表；模数转换；数字信号
Abstract：This paper introduces STC89C52 SCM as the core based on AD0809 analog-to-digital conversion chip, as sampled to four seven segment digital tube as display with certain with measuring function of digital voltmeter accuracy. The basic function in realizing circumstance, also can expand serial port communication, clock, and other series of function, make the system to achieve a good design effect and requirements.This subject mainly to solve AD, data processing and display control three modules. Key words: Digital voltmeter; Frequency-field; Digital signal 本设计在分析研究和总结了单片机技术的发展历史及趋势的基础上，以使用可靠，经济，精度高等设计原则为目标，设计出基于单片机的数字测量电压表。单片机有着微处理所具备的功能，它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征。 单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，可用软件控制来实现，并能够实现智能化。由于单片机具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此，现在单片机控制范畴无所不在，例如通信产品，家用电器，智能化仪器仪表，过程控制和专用控制装置等等，单片机的应用领域越来越广泛。 1 系统构成 该电压表的测量电路主要由三个模块组成：A/D转换模块、数据处理模块及显示控制模块。A/D转换主要由芯片ADC0809来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。数据处理则由芯片STC89C51来完成，其负责把ADC0809传送来的数字量，经一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；另外它还控制着ADC0809芯片的工作。显示模块主要由7段数码管显示测量到的电压值 系统构成框图 2 系统硬件设计 2.1 电源电路原理 由于本系统的主控芯片是单片机，所以应提供五伏的恒流源作为单片机的基准电压。主要原理是用变压器将220V交流电压进行变压，然后经过电桥整流，将交流电变为直流电源，经过稳压管稳压，得到稳定的5V电源供单片机使用。 电桥由整流二极管1N4007所搭建的电
目录 摘要 (1) Abstract: (1) 1 引言 (2) 2 设计总体方案 (2) 2.1设计要求 (2) 2.2 设计方案 (2) 3 硬件电路设计 (3) 3.1 A/D转换模块 (3) 3.2 单片机系统 (4) 3.2.1 AT89C51性能和功能 (4) 3.3 复位电路和时钟电路 (5) 3.3.1 复位电路设计 (5) 3.3.2 时钟电路设计 (6) 3.4 LED显示系统设计 (6) 3.4.1 LED显示器的选择 (6) 3.4.2 LED显示器与单片机接口设计 (7) 3.5 总体电路设计 (7) 4 程序设计 (9) 4.1 程序设计总方案 (9) 4.2 系统子程序设计 (9) 4.2.1 初始化程序 (9) 4.2.2 A/D转换子程序 (9) 4.2.3 显示子程序 (10) 5 仿真 (10) 5.1 软件调试 (10) 5.2 显示结果及误差分析 (11) 5.2.1 显示结果 (11) 5.2.2 误差分析 (13) 结论 (14) 参考文献 (14)
附录一程序代码 (16) 附录二仪器设备清单 (18) 致谢...................................................................................................................... 错误！未定义书签。
基于单片机的简易数字电压表的设计 摘要:本文介绍了一种基于单片机的简易数字电压表的设计。该设计主要由三个模块组成：A/D转换模块，数据处理模块及显示模块。A/D转换主要由芯片ADC0808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AT89C51来完成，其负责把ADC0808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；此外,它还控制着ADC0808芯片工作。 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0-5V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:单片机；数字电压表；A/D转换；AT89C51；ADC0808 Design of Simple Digital Voltmeter Based on Single-chip Microcontroller Abstract:This paper which introduces a kind of simple digital voltmeter is based on single-chip microcontroller design. The circuit of the voltage meter is mainly consisted of three mould pieces: A/D converting mould piece, A/D converting is mainly completed by the ADC0808, it converts the collected analog data into the digital data and transmits the outcome to the manifestation controlling mould piece. Data processing is mainly completed by the AT89C51 chip, it processes the data produced by the ADC0808 chip and generates the right manifestation codes, also transmits the codes to the manifestation controlling mould piece. Also, the AT89C51 chip controls the ADC0808 chip to work. The voltmeter features in simple electrical circuit, lower use of elements, low cost, moreover, its measuring precision and reliability. The voltmeter is capable of measuring voltage inputs from 1 route ranging from 0 to 5 volt, and displaying the measurements though a digital code tube of 7 pieces of LED. Keywords:Single-chip microcontroller; Digital voltmeter; A/D converter; AT89C51; ADC0808
毕业设计（论文） 题目：数字电压表的设计与制作年级专业：电气自动化14321班 学生姓名：秦小钧 指导教师：杨海蓉
2016年 10 月 13 日 毕业设计任务书 毕业设计题目：数字电压表的设计与制作 题目类型工程设计题目来源学生自选题 毕业设计时间从 2016/09/25 至 2016/10/13 1.毕业设计内容要求： 采用AT89S52作MCU，ADC0809（或其他芯片）进行AD转换，测量电压的范围为直流0-5V 电压，四位数码管显示。 2.主要参考资料 [1]万福君，潘松峰.单片微机原理系统设计与应用[M],中国科学技术大学出版社,01年8月第2版 [2]周责魁. 控制仪表与计算机控制装置[M] ,化学工业出版社,02年9月第1版 [3]李青. 电路与电子技术基础[L] ,浙江科学技术出版社,05年2月第1版 [4]陈乐. 过程控制与仪表[M], 中国计量学院出版社,07年3月 [5]孙育才. 新型AT89S52系列单片机及其应用[M] ，清华大学出版社,05年5月第1版3.毕业设计进度安排
摘要 本设计由A/D转换、数据处理及显示控制等组成，测量0～5V范围内的输入电压值，由4位共阳8段数码管扫描显示，最大分辨率0.1V，误差±0.05V。数字电压表的核心为AT89S52单片机和ADC0832 A/D转换集成芯片。 关键词：数字电压表；单片机；AT89S52； ADC0832
第一章设计方案的选择 1.1功能要求及设计目标 采用AT89S52作MCU，ADC0809（或其他芯片）进行AD转换，测量电压的范围为直流0-5V电压，四位数码管显示。(设计并制作出实物为优）. 1.2 系统设计方案 AT89S52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器 AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。 AT89S5与AT89c52相比，前者的性能比后者高，所以本设计采用AT89S52芯片。 数模转换芯片：
毕业设计 姓名：孟冬冬 专业：电气自动化 班级：电气1001班 设计课题：数字电压表的设计指导教师：杨喜录 电子信息工程系印制 二○一二年九月
宝鸡职业技术学院毕业设计任务书 姓名：孟冬冬 专业：电气自动化 班级：电气1001班 设计课题：数字电压表的设计 指导教师：杨喜录 电子信息工程系印制 二○一二年九月
引言 数字电压表是采用数字化电路测量的电压仪表。它以其高准确度、高可靠性、高分辨率、高性价比、读数清晰方便、测量速度快、输入阻抗高等优良特性而倍受人们的青睐。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表(如：温度计、湿度计、酸度计、重量、厚度仪等)，几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化仪表等各个领域。因此对数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。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。目前，由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等领域，显示出强大的生命力。与此同时，由DVM 扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。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。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。 系统概述 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字系统。 该系统（如图1所示）可由MC14433--32 1位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。
专业资料 《电子测量技术》直流数字电压表设计 院系软件职业技术学院 专业应用技术2班 学生姓名郭妍 学号 5103130016
目录 一、题目及设计要求……………………………………………………………………3页 二、主要技术……………………………………………………………………………3页 三、方案选择…………………………………………………………………………… 3页 四、电路设计原理……………………………………………………………………… 3页 4.1 模数转换………………………………………………………………………… 4页 4.2 数字处理及控制……………………………………………………………………5页 五、电路图分介绍……………………………………………………………………… 5页 5.1 AT89C51介绍………………………………………………………………………6页 5.2排阻介绍……………………………………………………………………………7页 5.3 晶振电路……………………………………………………………………………7页 5.4 复位电路……………………………………………………………………………8页 5.5 ADC0808介绍………………………………………………………………………8页 5.6共阴极数码管………………………………………………………………………9页 5.7模拟输入电路………………………………………………………………………9页5.8总设计图……………………………………………………………………………10页 5.9仿真图………………………………………………………………………………10页 六、设计程序……………………………………………………………………………11页 七、心得体会……………………………………………………………………………14 页
一、简易数字电压表的设计 l．功能要求 简易数字电压表可以测量0～5V的8路输入电压值，并在四位LED数码管上轮流显示或单路选择显示。测量最小分辨率为0.019 V，测量误差约为土0.02V。 2．方案论证 按系统功能实现要求，决定控制系统采用AT89C52单片机，A／D转换采用ADC0809。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行8路其它A／D转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。数字电压表系统设计方案框图如图1-1。 图1-1 数字电压表系统设计方案 3．系统硬件电路的设计 简易数字电压测量电路由A／D转换、数据处理及显示控制等组成，电路原理图如图1-2所示。A／D转换由集成电路0809完成。0809具有8路模拟输人端口，地址线(23～25脚)可决定对哪一路模拟输入作A／D转换，22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存，6脚为测试控制，当输入一个2us宽高电平脉冲时，就开始A／D 转换，7脚为A／D转换结束标志，当A／D转换结束时，7脚输出高电平，9脚为A／D 转换数据输出允许控制，当OE脚为高电平时，A／D转换数据从该端口输出，10脚为0809的时钟输入端，利用单片机30脚的六分频晶振频率再通过14024二分频得到1 MHz时钟。单片机的P1、P3.0～P3.3端口作为四位LED数码管显示控制。P3.5端口用作单路显示／循环显示转换按钮，P3.6端口用作单路显示时选择通道。P0端口作A／D转换数据读入用，P2端口用作0809的A／D转换控制。 4．系统程序的设计 （1）初始化程序 系统上电时，初始化程序将70H～77H内存单元清0，P2口置0。 （2）主程序
积分式直流数字电压表 摘要:51系列单片机具有两个以上16通道定时器(TIME0和TIME1)，每个通道可选择为输入捕获、输出捕获和PWM方式来测量脉宽，8路8位A/D转换器。当需大于8位的A/D转换时，可以用片内16位的定时器外接运放、比较器和多路开关实现双积分A/D转换。TL082是JFETINPUT运放；LM358作为比较器；MC4066是多路开关。51单片机P1口的P10、P11、P12作为输出，控制MC4066多路开关的输入选择；INT0作为中断输入口，捕捉LM358比较器的输出电平跳变。 关键字：双积分A/D，输出比较，输入捕捉，分辨率
一、系统方案论证与比较 为了完成上面的设计要求，将整个积分式直流数字万用表的设计分为四部分：积分、过零比较部分，控制部分，显示部分和供电部分。原理图如图1.1所示。 图G-1-1 1、单片机的选择 方案一：采用ATMEL公司生产的8位单片机AT89C51作为双积分A/D转换器的核心，此次单片机价格相对便宜，容易购买。此设计中控制功能比较多，因此需要用到的输入输出口比较多， AT89C51足可以满足控制要求，且选用此单片机不需外接扩展电路，因此节省了资源，降低了成本；并且可以达到很高的精度和实现此次设计的各种要求。 方案二：采用MOTOROLA公司生产的8位单片机MC68HC908GP32作为双积分A/D 转换器的核心，该单片机只具有两个输入输出口，虽然也能满足以上各种要求，但需要外接扩展电路，这不但在使用上增加了难度而且也增加了设计成本，浪费了资源。使电路边的比较复杂，在实际调试中也增加了难度。 鉴于以上分析，拟选择方案一。 2、积分器、过零比较器电路 方案一：该方案的系统框图如图1.2所示。运放为LM311、比较器为LM339、多路开关为MC14052。MC68HC908GP32单片机的PTD5、PTD4作为输出控制MC14052多路开关的输入选择。PTD7作为输入口，捕捉LM339比较器的输出跳变。C为积分电容，常取0.1μF左右的聚丙烯电容,R为积分电阻,可取100K左右,Vi为输入电压,-E为负的基准电压。此电路只对输入信号进行了一次信号放大，也就是只进行了一次积分。此电路，积分波形不明显，不容易在示波器上调试出来。 方案二：该方案的系统原理图如图1.3所示。C1为积分电容，常取0.22μF 左右的聚丙烯电容，R2为积分电阻，可取500k左右，U2A为积分运放，U2A、C1、R2构成了积分器，U2B是过零检测运放。VIN为输入电压，VREF为基准电压，AGND 为转换器的参考零点。VREF和参考零点以R9、R10、R11分压产生。TL082是JFETINPUT运放；LM358作为比较器；MC4066是多路开关。此电路有自己单独的基准电压，并且它的基准电压根据测量的不同范围的电压，可以进行调节，因此更
数字电压表电路图 2008年01月11日 23:38 本站原创作者：本站用户评论（0） 关键字： 数字电压表电路图 ICL7107 安装电压表头时的一些要点：按照测量＝±199.9mV 来说明。 1.辨认引脚：芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的左下方为第一脚。 也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一脚了。 许多厂家会在第一脚旁边打上一个小圆点作为标记。
知道了第一脚之后，按照反时针方向去走，依次是第 2 至第 40 引脚。（1 脚与 40 脚遥遥相对）。 2.牢记关键点的电压：芯片第一脚是供电，正确电压是 DC5V 。第 36 脚是基准电压，正确数值是 100mV，第 26 引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在－3V 至－5V 都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。芯片第 31 引脚是信号输入引脚，可以输入±199.9mV 的电压。在一开始，可以把它接地，造成“0”信号输入，以方便测试。 3.注意芯片 27,28,29 引脚的元件数值，它们是 0.22uF,47K,0.47uF 阻容网络，这三个元件属于芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容。芯片的 33 和 34 脚接的 104 电容也不能使用磁片电容。 4.注意接地引脚：芯片的电源地是 21 脚，模拟地是 32 脚，信号地是 30 脚，基准地是 35 脚，通常使用情况下，这 4 个引脚都接地，在一些有特殊要求的应用中（例如测量电阻或者比例测量），30 脚或 35 脚就可能不接地而是按照需要接到其他电压上。－－本文不讨论特殊要求应用。 5.负电压产生电路：负电压电源可以从电路外部直接使用 7905 等芯片来提供，但是这要求供电需要正负电源，通常采用简单方法，利用一个 +5V 供电就可以解决问题。比较常用的方法是利用 ICL7660 或者 NE555 等电路来得到，这样需要增加硬件成本。我们常用一只 NPN 三极管，两只电阻，一个电感来进行信号放大，把芯片 38 脚的振荡信号串接一个 20K －56K 的电阻连接到三极管“B”极，在三极管“C”极串接一个电阻（为了保护）和一个电感（提高交流放大倍数），在正常工作时，三极管的“C”极电压为 2.4V － 2.8V 为最好。这样，在三极管的“C”极有放大的交流信号，把这个信号通过 2 只 4u7 电容和 2 支 1N4148 二极管，构成倍压整流电路，可以得到负电压供给 ICL7107 的 26 脚使用。这个电压，最好是在－3.2V 到－4.2V 之间。 6.如果上面的所有连接和电压数值都是正常的，也没有“短路”或者“开路”故障，那么，电路就应该可以正常工作了。利用一个电位器和指针万用表的电阻 X1 档，我们可以分别调整出50mV,100mV,190 mV 三种电压来，把它们依次输入到 ICL7107 的第 31 脚，数码管应该对应分别显示 50.0,100.0,190.0 的数值，允许有 2 －3 个字的误差。如果差别太大，可以微调一下 36 脚的电压。 7.比例读数：把 31 脚与 36 脚短路，就是把基准电压作为信号输入到芯片的信号端，这时候，数码管显示的数值最好是 100.0 ，通常在 99.7 － 100.3 之间，越接近 100.0 越好。这个测试是看看芯片的比例读数转换情况，与基准电压具体是多少 mV 无关，也无法在外部进行调整这个读数。如果差的太多，就需要更换芯片了。