一、 課程設計要求；
採用中小規模積體電路、mc14433a/d轉換器等電路進行設計三位半數字電壓表。要求如下：
1、直流電壓測量範圍 1999—0001v；199.9—0.1v；19.99—0.01v；1.999—0.001v；
2、交流電壓測量範圍 1999—199v；
3、3位半數碼顯示。
二、 方案設計及論證；
方案設計一：本設計實際上是將被測模擬量轉換為數字量，並進行實時數字顯示，主要由以下幾部分構成：量程轉換電路、ac-dc轉換電路、3位半a/d轉換單元電路、基準電源單元電路、解碼驅動單元以及數碼管顯示單元。
其中a/d轉換器選用三位半mc14433，基準電源選用mc1403，解碼驅動器則cd4511，另加四個共陰極led發光數碼管。原理框圖如下：
方案設計二：電路中涉及到得積體電路有74ls47、adc0804、at89c51。本電路採用lm7805整合穩壓電路，電路由變壓器、整流電路、濾波電路、穩壓電路組成。
方案設計三：mega8微控制器、op07整合運算放大器、模擬開關cd4066、1602lcd液晶顯示器、三斜積分式a／d轉換器。原理框圖如下：
方案比較：由於3位半雙積分式a/d轉換器mc14433可以滿足設計要求，其轉換精度為讀數的±0.05%±1字，並能很方便地判斷出是否超欠量程，以便於量程的自動切換功能的實現，其中整合了雙積分式a/d轉換器所有的cmos模擬電路和數位電路。
具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓範圍寬，精度高等特點，並且具有自動校零和自動極性轉換功能，只要外接少量的阻容件即可構成乙個完整的a/d轉換器，另外**只有10元多點，是較好的選擇， mc1403整合精密穩壓源作參考電壓，mc1403的輸出電壓為 2.5v，當輸入電壓在4.5～15v 範圍內變化時，輸出電壓的變化不超過3mv，一般只有0.
6mv左右，輸出最大電流為10ma因此選擇方案一。
三、詳細設計；
1、單元電路設計與分析；
㈠mc14433
⑴mc14433型3 位a／d轉換器具有以下特點：
①工作電壓範圍是4.5v~8v。典型值為5v，功耗約8mw。
②a／d轉換精度： 0.05％1個字（位十進位制相當於11位二進位制），轉換速率為3~10次／秒。
③具有自動調零和自動轉換極性之功能。
④有多路調製的bcd碼輸出，可以方便的與微機相連，或列印記錄。
⑤能獲得超量程（or）和欠量程（ur）訊號，便於實現自動轉換量程。
⑥具有讀數保持功能。
⑦採用共陰極led動態掃瞄顯示方式，不僅降低了顯示功耗，還使外部接線大為簡化。
⑵引腳功能說明：
vag（1腳）：被測電壓vx和基準電壓vr的參考地。
vr（2腳）：外接基準電壓（2v或200mv）輸入端
當參考電壓vr＝2v 時，滿量程顯示1.999v；vr＝200mv時，滿量程為199.9mv。
可以通過選擇開關來控制千位和十位數碼管的h筆經限流電阻實現對相應的小數點顯示的控制。
vx（3腳）：被測電壓輸入端
r1（4腳）、r1 ／c1（5腳）、c1（6腳）：外接積分阻容元件端
c1＝0.1μf（聚酯薄膜電容器），r1＝470kω（2v量程）；
r1＝27kω（200mv量程）。
co1（7腳）、co2（8腳）：外接失調補償電容端，典型值0.1μf。
du（9腳）：實時顯示控制輸入端。若與eoc（14腳）端連線，則每次a / d轉換均顯示。
cp1 （10腳）、cpo （11腳）：時鐘振盪外接電阻端，典型值為470kω。cp1~cp0端外接電阻r9＝330 kω時，fo60hz，取樣速率約為4次／s。
外接電阻變成165kω，此時fo120khz，取樣速率提高到8次／s。
vee （12腳）：電路的電源最負端，接－5v。
vss （13腳）：除cp外所有輸入端的低電平基準（通常與1腳連線）。
eoc（14腳）：轉換週期結束標記輸出端，每一次a / d轉換週期結束，eoc 輸出乙個正脈衝，寬度為時鐘週期的二分之一。
（15腳）：過量程標誌輸出端，當｜vx｜＞vr 時，輸出為低電平。
ds4～ds1 （16～19腳）：多路選通脈衝輸入端，ds1對應於千位，ds2 對應於百位，ds3 對應於十位，ds4對應於個位。
q0～q3 （20～23腳）：bcd碼資料輸出端，ds2、ds3、ds4選通脈衝期間，輸出三位完整的十進位制數，在ds1選通脈衝期間，輸出千位0或1及過量程、欠量程和被測電壓極性標誌訊號。
⑶工作原理：
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輸出多路調製脈衝訊號。ds選通脈衝高電平，則表示對應的數字被選通，此時該資料在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（msb），ds4則對應最低位（lsb）。在對應ds2、ds3和ds4選通期間，q0~q3輸出bcd碼全位資料，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。或1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代表千位數的數字。若其值為1，則代表千位數的數字顯示為0；反之，若其值為0，千位數的數字顯示為1。
q2表示被測電壓的極性，q2的電平為1，表示極性為正，即vx>0，q2的電平為0，表示極性為負，即vx<0。顯示數的負號（負電壓）由mc1413中的乙隻電晶體控制，符號位「一」段的陰極與千位數的陰極接在一起，當輸入訊號vx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「一」段（即g段）點亮；當輸入訊號vx為正電壓時，q2端輸出置「1」，負號控制位使反相器導通，電阻接地，使「一」旁路而熄滅。
小數點顯示是由正電源通過限流電阻供電燃亮小數點。若量程不通則選通對應的小數點。
過量程是當輸入電壓vx超過量程範圍時，輸出過量程標誌訊號/or。
當q3=0，q0=1時，表示vx處於過量程狀態。
當q3=1，q0=1時，表示vx屬於欠量程狀態。
當/or=0時，|vx|>1999，則溢位；|vx|>vr，則/or輸出低電平。
當/or=1時，表示|vx|㈡精密基準電源mc1403
a / d轉換需要外接標準電壓源作參考電壓。標準電壓源的精度應當高於a / d轉換器的精度。本實驗採用mc1403整合精密穩壓源作參考電壓，mc1403的輸出電壓為 2.
5v，當輸入電壓在4.5～15v 範圍內變化時，輸出電壓的變化不超過3mv，一般只有0.6mv左右，輸出最大電流為10ma。
㈢七路達林頓電晶體列陣mc1413
mc1413採用npn達林頓復合電晶體的結構，因此有很高的電流增益和很高的輸入阻抗，可直接接受mos或cmos積體電路的輸出訊號，並把電壓訊號轉換成足夠大的電流訊號驅動各種負載。該電路內含有7個集電極開路反相器（也稱oc門）。mc1413採用16引腳的雙列直插式封裝。
每一驅動器輸出端均接有一釋放電感負載能量的抑制二極體。
㈣過載閃爍報警電路mc4013
現利用雙d觸發器cd4013的一半作二分頻器。 作觸發器復位訊號eoc作時鐘脈衝。常態下， or』＝1→ q』＝1→ bi』＝1，能正常顯示；一旦發生超量程，or』＝0，eoc訊號經二分頻後加至cd45511的端，令顯示器低頻閃爍。
1/2cd4013有兩個作用：第一，將eoc窄脈衝變成方波；第二，對feoc進行二分頻，降低閃爍頻率以取得最佳報警效果。例如，當f0＝50khz時，feoc＝f0/16400≈3hz，經二分頻後f＝1.
5hz方波，週期t＝0.67s。這樣， 端就加上交替變化的高、低電平，強迫led顯示器以1.
5hz的低頻進行閃爍，以示超量程報警。
㈤顯示及小數點控制電路；
從mc14433輸出的bcd碼經過cd4511解碼後，連線到四個七段數碼管，其中千位只連線b,c和g端，使其只顯示1和負號。
當vx＞2v時，or端呈低電平，mc4013分頻使段解碼驅動器cd4511的消隱控制端以0、1迴圈顯示，使強迫共陰極顯示器低頻進行閃爍。位選通訊號經過反相器分別接4只數碼管的公共陰極，在ds1～ds4位選通訊號的控制下進行動態掃瞄顯示。反相器有兩個作用：
第一，將ds1～ds4反相成低電平有效，以便接led數碼管的公共陰極；第二，增加驅動能力。利用mc1403向mc14433提供2v的基準電壓，rp為精密多圈電位器。實選r2＝470kω時f0≈50khz。
排阻為筆段限流電阻。負極性顯示的原理是，當ds＝1（正好掃到千位）且vx＜0時，從q2端輸出負極性訊號（低電平），加至mc1413的第5腳。因mc1413屬於集電極開路輸出（oc門），故第12腳無輸出，相當於開路。
＋5v電壓就經過限流電阻接千位led的g段，由於此時千位已被選中並且該位公共陰極接低電平，故g段發光，顯示負極性符號。
㈥讀數保持電路；
在eoc端與du端串入100kω電阻。當開關s斷開時能正常進行a/d轉換，顯示值被不斷地重新整理；閉合s時du＝0，a/d 轉換結果就長期保持下來，此時a/d 處於鎖存狀態。保持時間即開關閉合時間。
㈦量程選擇及電壓跟隨器；
vx 是輸入的測量電壓。量程的轉換由乙個電阻分壓網路實現，各檔輸出電壓和輸入的測量電壓分壓比為分別為 1 ： 1 ， 1 ：
10 ， 1 ： 100，1：1000。
檔位分四檔，各檔測量電壓範圍為：
1、直流電壓測量範圍 1999—0001v；199.9—0.1v；19.99—0.01v；1.999—0.001v；
2、交流電壓測量範圍 1999—199v
檔位切換由一組撥碼開關實現。取的電阻值越大，電路的輸入電阻越大，效能越好。
數字電壓表設計報告
湖南人文科技學院 課程設計報告 課程名稱 課程設計 設計題目 數字電壓表 系別 通訊與控制工程系 專業 自動化 班級 二班 學生姓名 蔡少毅彭永權孫喜豔 學號 09421301 09421320 09421339 起止日期 2009年6月8日 2009年6月19日 指導教師李朝鵬 教研室主任謝四蓮 ...
數字電壓表內容
1引言1 2總體設計方案1 2.1設計思路1 2.2總體設計框圖2 3設計與原理分析2 3.1輸入過壓保護電路2 3.2 a d轉換電路2 3.2.1 adc0809的結構3 3.2.2 adc0809工作時序圖4 3.3 adc0809與at89s51介面電路4 3.4驅動與顯示電路5 3.4.1...
微控制器數字電壓表設計
唐山學院 微控制器課程設計 題目微控制器數字電壓表設計 系 部 班級姓名 學號指導教師 2012 年 12 月 24 日至 12 月 28 日共 1 周 微控制器原理及應用課程設計任務書 課程設計成績評定表 1引言 1 2 微控制器簡介 2 2.1 概述 2 2.2 發展歷史 2 2.3 基本結構 ...