电子技术 课程设计报告
题目名称：直流数字电压表的设计 姓 名： 学 号： 班 级： 指导教师：
目录
一·摘要
二·课程设计与任务要求 （一）设计目的 （二）设计要求
三·总体设计思路与方案选择 四·所用器件介绍
（一）双积分MC14433功能介绍 （二）MC14511B功能介绍 （三）MC1413功能介绍
（四）基准电源MC1403功能介绍
五·设计框图与工作原理，测量电压的转换与显示原理 六·数字电压表的安装调试 七·元器件清单 八·心得体会 九·参考文献
直流数字电压表
一·摘要：
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，读数时也非常的方便，抗干扰能力强等优点而被广泛应用。
数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，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。PZ158A系列直流数字电压表具有6½位显示，可测量0.1µV—1000V直流电压。该表由于采用了微处理器和脉冲调宽模数转换技术，自动校零，数字模拟滤波等技术，从而赋予本表极其稳定的零位和良好的线性和抗干扰能力，本表还带有RS232C接口，可方便地与计算机系统相连接，组成数据采集系统。采用八位VFD或LED显示，其中PZ158A/1为单量程（0.2V）VFD显示，读数清晰，光色
柔和，适宜在科研、工业、国防等各种领域内使用。
本设计给出基于MC14433双积分模数转换器的一种电压测量电路。数字电压表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。该系统由MC144333位半A\D转换器、MC1413七路达林顿驱动器阵列、MC4543BCD七段锁存-译码-驱动器、基准电源MC1403和共阳极LED发光数码管组成。本次设计的简单直流数字电压表的具体功能是：最高量程为1999V，分四个档位量程，即0~1.999V，0~19.99V0~199.9V，0~1999V，可以通过调档开关来实现各个档位。 直流数字电压表具有如下特点：
1显示清晰直观，读数准确； 2准确度高； 3分辨率高； 4测量范围宽； 5扩展能力强； 6集成度高，功耗低； 7抗干扰能力强。
二·课程设计任务与要求
2.1设计目的：
1了解直流数字电压表的基本构成，熟悉3位半双积分型A / D转换器MC14433(TC14433)的性能及其引脚功能;
2.掌握通用直流数字电压表的设计方法、测试与调试技术。
3掌握双积分A/D转换的工作原理和集成双积分A/D转换器件的设计方法； 4加强计算机运用·查阅资料和独立完成电路设计的能力；
2.2设计要求：
1）设计直流数字电压表；
2直流电压测量范围：0V~1.999V，0V~19.99V，0V~199.9V，0V~1999V。 3）直流输入电阻大于100kΩ。
4）画出完整的设计电路图,写出总结报告。 5）选做内容：自动量程转换。
三·总体设计思路与方案选择
方案选择：
根据设计要求和功能的实现，我们考虑了如下三个方案：
由于MC14433具有功耗低，外接元件少，输入阻抗高，电源电压范围宽，可测量正负电压值，精度高，调试简单等特点，且具有自动调零和自动极性转换功能。所以选择方案三。 其原理框图为：
四·所用器件介绍，课程设计框图与工作原理：
（一）双积分MC14433功能介绍
图2是双积分ADC的电路原理图。电路主要由积分器、比较器、计数器、JK触发器和控制开关组成。由JK触发器的输出QS控制单刀双置开关选择积分器的输入电压。当QS=0时，积分器对取样电压vI(nTS)做定时积分；当QS=1时，积分器对基准电压-VREF做定压积分。vI(nTS)与-VREF电压极性相反，这里设取样电压
vI(nTS)为正，则-VREF为负。
图2 双积分ADC电路原理图
图3双积分ADC工作波形
1．定时积分
在确定的时间内对取样电压进行积分即是定时积分。
启动信号S输入负窄脉冲（S=0），使计数器、JK触发器QS清零，开关S1选择取样电压作积分器输入。同时开关S2闭合，使积分电容放电，vO=0。负脉冲消失后（S=1），开关S2断开，积分器对取样电压做积分，积分器输出电压下降，vO 0，比较器输出逻辑1。允许n位二进制计数器对周期脉冲CP计数。当进位C=1时，下一个CP脉冲使计数器复零、JK触发器QS=1，定时积分结束，定压积分开始。
取启动信号S的负脉冲刚消失的时刻为时间零点，并设时钟脉冲CP的周期为TCP。则对取样电压的积分时间T1为
T1=2nTCP
是确定不变的。积分器输出电压为
1vI(nTS)
vO(t) v(nT)d v(0) t ISO
RC RC0
t
积分器输出电压与时间成线性关系，其斜率是负的，与取样电压vI(nTS)和积分器的时间常数RC有关。vI(nTS)越大，负斜率也越大。定时积分的工作波形如图3所示，图中绘出了2个取样电压的情况。
定时积分结束时的积分器输出电压为
vI(nTS)2nTCP
vO(T1) T1 vI(nTS)
RCRC
与取样电压成正比。
2．定压积分
在定时积分期间，当计数器的进位C=1时，下一个CP脉冲使计数器复零和JK触发器QS=1，开关S1选择基准电压-VREF，积分器开始对基准电压-VREF做定压积分。由于比较器输出逻辑1，计数器从0继续计数。与此同时，积分器输出电压上升
1VREF2nTCP
vO(t) ( VREF)d vO(T1) (t T1) vI(nTS) RCT1RCRC
t
积分器输出电压同样与时间成线性关系，其斜率是正常数，与基准电压VREF和积分器的时间常数RC有关。定压积分的工作波形如图11.3.9所示。当vO(t) 0时，比较器输出逻辑0，计数器停止计数，并保持计数结果B（通常为自然二进制数）。 Z从定压积分开始到计数器刚停止计数（vO(t) 0）的时间T2为
T2 BZTCP
并且，在计数器停止计数时刻，积分器输出电压为0，即
VREF2nTCP
vO(T1 T2) T2 vI(nTS) 0
RCRC
所以
2nTCPT2 vI(nTS)
VREF
定压积分时间T2与取样电压成正比。在此期间，计数器从0开始对周期脉冲CP计数，直到停止并保持计数值BZ。所以