數字電壓表製作報告
一、製作目的
通過電子技術的綜合製作，熟悉一般電子電路綜合製作過程、製作要求、應完成的工作內容和具體的製作方法。通過製作有助於複習、鞏固以往的學習內容，達到靈活應用的目的。製作完成後在實驗室進行自行安裝、除錯，從而加強學生的動手能力。
在該過程中培養從事製作工作的整體概念。
二、製作要求
1、利用所學的知識，通過上網或到圖書館查閱資料，製作三個實現數字萬用表的方案；只要求寫出實驗原理，畫出原理功能框圖，描述其功能。
2、其中對將要實驗方案3 1/2數字電壓表，需採用中、小規模積體電路、mc14433 a/d轉換器等電路進行製作，寫出已確定方案詳細工作原理，計算出引數。
3、技術指標：
ⅰ、測量直流電壓1999-1v；199.9-0.1v；19.99-0.01v；1.999-0.001v；
ⅱ、測量交流電壓1999-199v；
ⅲ、三位半顯示；
ⅳ、比較製作方案與總體製作；
ⅴ、根據製作過程寫出詳細的課程製作報告；
三、製作方案及原理
基於mc14433的數字電壓表
基於mc14433的數字電壓表
基於mc14433的數字電壓表電路可大致分為五個模組，分別為基準電壓模組；a/d轉換模組；字形解碼驅動模組；顯示電路模組；字位驅動模組。由上圖可以清楚地看出，交流電流經過ac/dc轉換成直流，經過電阻分壓集穩壓放大後進入雙積分轉換器mc14433測量，再通過cd4511解碼器經過a/d轉換器位選電路送到led顯示，完成電壓測試。選用a/d轉換晶元mc14433、cd4511、mc1413、mc1403實現電壓的測量，用四位數碼管顯示出最後的轉換電壓結果。
缺點是工作速度低，優點是精度較高，工作效能比較穩定，抗干擾能力比較強。器件**合適，採購方便，成本低，易實施。上述電路結構簡單，易實施，**合適且工作精度高，比較穩定，抗干擾能力強。
四、３１/２位數字電壓表工作原理
部件構成：
◆ 三位半a/d轉換器(mc14433)：將輸入的模擬訊號轉換成數碼訊號。
◆ 基準電壓（mc1403）：提供精密電壓，供a/d轉換器做參考電壓。
◆ 解碼器（mc4511）：將二—十進位制（bcd）碼轉換成七段訊號。
◆ 驅動器（mc1413）：驅動顯示器的a，b，c，d，e，f，g七個發光段，驅動發光數碼管（led）進行顯示。
◆ 顯示器：將解碼輸出的七段訊號進行數字顯示，讀出a/d轉換結果。
工作過程：
三位半數字電壓表通過位選訊號ds1～ds4進行動態掃瞄顯示，由於mc14433電路的a／d轉換結果是採用bcd碼多路調製方法輸出，只要配上一塊解碼器，就可以將轉換結果以數字方式實現四位數字的led發光數碼管動態掃瞄顯示。ds1～ds4輸出多路調製選通脈衝訊號。ds選通脈衝為高電平時表示對應的數字被選通，此時該位資料在q0～q3端輸出。
每個ds選通脈衝高電平寬度為18個時鐘脈衝週期，兩個相鄰選通脈衝之間間隔2個時鐘脈衝週期。ds和eoc的時序關係是在eoc 脈衝結束後，緊接著是ds1輸出正脈衝。以下依次為ds2，ds3和ds4。
其中ds1對應最高位(msd)，ds4則對應最低位(lsd)。在對應ds2，ds3和ds4選通期間，q0～q3輸出bcd全位資料，即以8421碼方式輸出對應的數字0～9．在ds1選通期間，q0～q3輸出千位的半位數0或l及過量程、欠量程和極性標誌訊號。
在位選訊號ds1選通期間q0～q3的輸出內容如下：
q3表示千位數，q3=0代表千位數的數宇顯示為1，q3=1代表千位數的數字顯示為0。q2表示被測電壓的極性，q2的電平為1，表示極性為正，即ux>0，q2的電平為0，表示極性為負，即ux<0。顯示數的負號(負電壓)由mc1413中的乙隻電晶體控制，符號位的「-』陰極與千位數陰極接在一起，當輸入訊號ux為負電壓時，q2端輸出置「0」， q2 負號控制位使得驅動器不工作，通過限流電阻rm 使顯示器的「-」(即g 段)點亮；當輸入訊號ux為正電壓時，q2端輸出置「1」，負號控制位使達林頓驅動器導通，電阻rm接地，使「-」旁路而熄滅。
小數點顯示是由正電源通過限流電阻rdp供電燃亮小數點。若量程不同則選通對應的小數點。過量程是當輸入電壓ux超過量程範圍時，輸出過量程標誌訊號。
當= 0 時，|ux|>1999，則溢位。|ux|>ur則輸出低電平。當= 1時，表示|ux|1. 三位半a／d轉換器mc14433
在數字儀表中，mc14433電路是乙個低功耗三位半雙積分式a／d轉換器。和其它典型的雙積分a/d轉換器類似，mc14433a／d轉換器由積分器、比較器、計數器和控制電路組成。如果必要製作應用者可參考相關參考書。
使用mc14433時只要外接兩個電阻(分別是片內rc 振盪器外接電阻和積分電阻ri)和兩個電容(分別是積分電容ci和自動調零補償電容c0)就能執行三位半的a／d轉換。
mc14433內部模擬電路實現了如下功能：（1）提高a／d 轉換器的輸入阻抗，使輸入阻抗可達l00mω以上；（2）和外接的ri、ci構成乙個積分放大器，完成v／t 轉換即電壓—時間的轉換；（3）構造了電壓比較器，完成「0」電平檢出，將輸入電壓與零電壓進行比較，根據兩者的差值決定極性輸出是「1」還是「0」。比較器的輸出用作內部數字控制電路的乙個判別訊號；（4）與外接電容器c0構成自動調零電路。
mc14433原理框圖
除「模擬電路」以外，mc14433 內部含有四位十進位制計數器，對反積分時間進行3位半bcd碼計數(0～1999)，並鎖存於三位半十進位制**資料暫存器，在控制邏輯和實時取數訊號(du)作用下，實現a／d轉換結果的鎖定和儲存。借助於多路選擇開關，從高位到低位逐位輸出bcd碼q0～q3，並輸出相應位的多路選通脈衝標誌訊號ds1～ds4實現三位半數碼的掃瞄方式（多路調製方式）輸出。
mc14433內部的控制邏輯是a／d 轉換的指揮中心，它統一控制各部分電路的工作。根據比較器的輸出極性接通電子模擬開關，完成a／d轉換各個階段的開關轉換，產生定時轉換訊號以及過量程等功能標誌訊號。在對基準電壓vref 進行積分時，控制邏輯令4位計數器開始計數，完成a／d 轉換。
mc14433內部具有時鐘發生器，它通過外接電阻構成的反饋，井利用內部電容形成振盪，產生節拍時鐘脈衝，使電路統一動作，這是一種施密特觸發式正反饋rc 多諧振盪器，一般外接電阻為360kω時，振盪頻率為100khz；當外接電阻為470kω時，振盪頻率則為66khz，當外接電阻為750kω時，振盪頻率為50khz。若採用外時鐘頻率。則不要外接電阻，時鐘頻率訊號從cpi(10腳)端輸入，時鐘脈衝cp 訊號可從cpo(原文資料為clko)(11腳)處獲得。
mc14433內部可實現極性檢測，用於顯示輸入電壓ux 的正負極性；而它的過載指示(溢位)的功能是當輸入電壓vx 超出量程範圍時，輸出過量程標誌or（低有效）。
mc14433是雙斜率雙積分a／d 轉換器，採用電壓—時間間隔(v／t)方式，通過先後對被測模擬量電壓ux和基準電壓vref 的兩次積分，將輸入的被測電壓轉換成與其平均值成正比的時間間隔，用計數器測出這個時間間隔對應的脈衝數目，即可得到被測電壓的數字值。雙積分過程可以做如下概要理解：
首先對被測電壓ux 進行固定時間t1、固定斜率的積分，其中t1=4000tcp。顯然，不同的輸入電壓積分的結果不同（不妨理解為輸出曲線的高度不同）。然後再以固定電壓vref 以及由ri,ci所決定的積分常數按照固定斜率反向積分直至積分器輸出歸零，顯然對於上述一次積分過程形成的不同電壓而言，這一次的積分時間必然不同。
於是對第二次積分過程歷經的時間用時鐘脈衝計數，則該數n就是被測電壓對應的數字量。由此實現了a／d轉換。積分電阻電容的選擇應根據實際條件而定。
若時鐘頻率為66khz，ci一般取0.1μf。ri的選取與量程有關，量程為2v時，取ri為470kω；量程為200mv時，取ri為27kω。
選取ri 和ci 的計算公式如下：
式中，δuc為積分電容上充電電壓幅度,δuc = vdd - ux(max) - δu,δu = 0.5v,
例如，假定ci=0.1μf，vdd=5v，fclk=66khz。當ux(max)=2v 時，代入上式可得ri=480kω，取ri=470kω。
mc14433製作了自動調零線路，足以保證精確的轉換結果。mc14433a／d轉換週期約需16000個時鐘脈衝數，若時鐘頻率為48khz，則每秒可轉換3次，若時鐘頻率為86khz，則每秒可轉換4次。
mc14433 採用24引線雙列直插式封裝，外引線排列，參考右圖的引腳標註，各主要引腳功能說明如下：
(1) 端：vag，模擬地，是高阻輸入端，作為輸入被測電壓ux和基準電壓vref的參考點地。
(2) 端：rref，外接基準電壓輸入端。
(3) 端：ux，是被測電壓輸入端。
(4) 端：ri，外接積分電阻端。
(5) 端：ri／ci，外接積分元件電阻和電容的公共接點。
(6) 端，c1，外接積分電容端，積分波形由該端輸出。
(7) 和 (8) 端：c01和c02，外接失調補償電容端。推薦外接失調補償電容c0取0.1μf。
(9) 端：du，實時輸出控制端，主要控制轉換結果的輸出，若在雙積分放電週期即階段5開始前，在du端輸入一正脈衝，則該週期轉換結果將被送入輸出鎖存器並經多路開關輸出，否則輸出端繼續輸出鎖存器中原來的轉換結果。若該端通過一電阻和eoc 短接，則每次轉換的結果都將被輸出。
(10) 端：cpi (clki)，時鐘訊號輸入端。
(11) 端：cpo (clko)，時鐘訊號輸出端。
(12) 端：vee，負電源端，是整個電路的電源最負端，主要作為模擬電路部分的負電源，該端典型電流約為0.8ma，所有輸出驅動電路的電流不流過該端，而是流向vss端。
(13) 端：vss 負電源端．
(14) 端：eoc，轉換週期結束標誌輸出端，每一a／d轉換週期結束，eoc端輸出一正脈衝，其脈衝寬度為時鐘訊號週期的1／2。
(15) 端：or ，過量程標誌輸出端，當|ux|>vref 時，or輸出低電平，正常量程or為高電平。
(16)～(19) 端：對應為ds4～ds1，分別是多路調製選通脈衝訊號個位、十位、百位和千位輸出端，當ds端輸出高電平時，表示此刻q。～q3 輸出的bcd **是該對應位上的資料。
(20)～（23）端：對應為q0-q3，分別是a／d 轉換結果資料輸出bcd**的最低位(lsb)、次低位、次高位和最高位輸出端。
(24) 端：vdd，整個電路的正電源端
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