1、天津电子信息职业技术学院数字万用表课程设计课程报告论文题目 ： 三位半数字万用表姓名 ： 陈星宇（02）系别 ： 网络技术系专业 ： 物联网应用技术班级 ： 物联 S11-1指导教师 ： 王青目录一课程设计的目的 1二设计题目和要求 1三总体方案 2四方案比较 3五基本原理 4六单元电路设计 56.2 AC/DC 转换电路 86.3 电压、电流信号衰减电路 .86.4 电阻测量电路 .96.5 电容测量 .11八所用元器件 13九设计心得和体会 13十一实验测得波形图 15参考文献 170三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
2、、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：
3、（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。2、交、直流电流；3、电阻、电容；4、三位半数字显示。1三总体方案方案一：
4、由 MC14433A/D 转换器构成的 3 1/2 位数字万用表原理：该系统中将待测直流电压 Vx 加到 MC14433 芯片的 3 脚，经 MC14433完成 A/D 转换后，通过 CD4511 七段锁存/译码/驱动器送到 LED 显示，LED 位选是由 MC14433 的 DS4-DS1 经 MC1413 反向后提供，MC1403 为 MC144433 提供基准电压。测交流时则需经 AC-DC 转换。原理框图：参考电压源量 程转 换AC-DC 转换 A/D 转换器CD4511 译码器4 位数码管交流电？ 是否方案二：由 ICL7106 构成的 3 1/2 为数字万用表原理：该系统采用 IC
5、L7106、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。输入电压经量程转换进入 ICL7106 进行 A/D 转换，直接在数码器上显示。ICL7106 只有液晶笔段及背电极驱动，没有小数点驱动端。为显示小数点，需另加外围电路。原理框图：2LED显示器ICL7106振荡电路基准电压分压电路+输入_方案三：由 ICL7136 构成的 3 1/2 为数字万用表其原理、原理框图与 ICL7106 大致相同。有以下改进：1、在模拟电路的输出端增加了过零检测器和极性触发器；2、在缓冲器和积分器之间增加了一个自动调零模拟开关 SAZ。四方案比
6、较由上表可知，项目 MC14433 ICL7106转换速率 310 次/s 0.115 次/s输入阻抗 1000M 10000M2000V（200mV 量程） 1000V（100mV 量程）基准电压2000V（2V 量程） 1000V（1V 量程）封装形式 DIP-24 DIP-40电源电压 双电源供电，电源电压范围是+4.5V+8V。一般取典型值+5V单电源供电，电源电压范围是 715V，典型值为 9V显示器 共阴极 LED 显示器 LCD 显示器显示方式 动态扫描方式，驱动线少 静态显示，驱动线多显示特点 亮度高，亮暗对比度大，显示清晰，色彩绚丽，寿命长，功耗高亮度低，亮暗对比度小，寿命短
7、，微功耗输出功能 具有 BCD 码输出，可配计算机进行数据处理，自动控制自动打印结果无 BCD 码输出，不能配计算机或打印机外围电路 需配基准电 b 源，短译码驱动器和位驱动器，电路较复杂外围电路简单，只需 5 个电阻和 5 个电容3（1）MC14433 与 ICL7106 比较前者具有转换速率高、输入阻抗低、电压范围大等优点，MC14433 转换准确度比较高，相当于二进制 11 位的 A/D 转换器，还具有价格低廉、抗干扰性强之优点。（2）3 位半双积分式 A/D 转换器 MC14433 可以满足设计要求，适合实验室应用，其功能也较全面。ICL7106 采用大规模集成电路芯片，价格昂贵实验室
8、不易提供且不符合设计中用小规模集成芯片的要求。 （3）同 ICL7106 相比 ICL7136 有以下特点：微功耗、输入电流为 1pA、低噪声、能消除超量程时的滞后效应、测量速度低。但总体性能仍不如MC14433。故进行实验时用 MC14433 器件来构成 3 1/2 位数字万用表。五基本原理该系统可采用 MC14433 3 位半 A/D 转换器，MC1413 七路达林顿驱动阵列，CD4511BCD 到七段锁存-译码-驱动器，基准电压 MC1403 和共阴极 LED 发光数码管组成。（1）各部分功能如下：1、3 1/2A/D 转换器：将输入的模拟信号转换成数字信号2、基准电源：提供精密电压，供
9、 A/D 转换器作参考电压3、译码器：将 BCD 码转换成七段信号4、驱动器：驱动显示器的 a,b,c,d,e,f,g 七个发光段，推动发光数码管进行显示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（2）工作过程如下：3 1/2 数 字 万 用 表 通 过 位 选 信 号 DS1 DS4 进 行 动 态 扫 描 显 示 ，其 中 MC14433 用 来 实 现 A/D 转 换 、 计 数 和 控 制 逻 辑 等 主 要 功 能 。 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
10、 译 码 器 ， 就 可 以 将 转 换 结 果 一 数 字 方 式 实 现 四 位 数 字 的LED 发 光 数 码 管 动 态 扫 描 。 DS1 DS4 为 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 数 位 被 选 通 ， 此 时 ， 该 位 数 据 在Q0 Q3端 输 出 。 DS 和 EOC 时 序 关 系 是 在 EOC 脉 冲 结 束 之 后 ， 紧 接 着 是DS1 输 出 正 脉 冲 ， 以 下 依 次 是 DS2、 DS3、 DS4， 其 中 DS1 对 应 高 位（ MSD） DS4 对 应 低 位 （ L
11、SD） 。 对 应 位 选 通 期 间 ， Q0 Q3输 出 以 BCD码 形 式 数 据 ， DS1 选 通 期 间 Q0 Q3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 DS1 选通期间 Q0Q3 的输出内容如下：Q3 表示千位数，Q3 代表千位数的数字。若其值为 1，则代表千位数的数字显示为 0；反之，若其值为 0，千位数的数字显示为 1。Q2 表示被测电压的极性，Q2 的电平为 1，表示极性为正，即 Vx0，Q2 的电平为 0，表示极性为负，即 Vx1999，则溢出；|Vx|Vr，则/OR 输出低电平。当/OR=1
12、 时，表示|Vx| tpL=0.033ms，IC8 仍能集电极开路工作。其波形如图所示V6.67V3V30.033msIC7IC8IC93V下面来计算 IC8 第 3 脚输出电压 V3的平均值。当1 挡，Cx=2000pF 时，其输出电压最大。V 平均=tpo/(tpH + tpL)V3m0.66V3m，其中 V3m 是 IC8 第 3 脚输出电压 V3幅值。设数字表输出最大电压 Vx=2V，其方波幅度V3m= V 平均/0.66=V0/0.66=Vx/0.66=2V/0.663V，其中，V3m= V0= Vx=2V。保持这一档量程不变，下面来验证一下显示的指示值正确与否。例：当1 挡，Cx=
13、200pF 时，V 平均 3=0.2V。此时每个字母代表 1pF。1 挡最小可测到 tpo=0.33ms=11000000Cx。由上述计算可知，Vx=2V 时，IC8 的第 3 脚方波幅度应为 3V，当 555 定时器供电为 5V 时，其 3 脚电压幅度近似为 4V，为此必须加衰减器将电压由 4V 降至3V。 七组装、调试内容 总电路组装与调试：（1) 接通正负电源电压，+5V、-5V；调节电位器，使基准电压为 2V。电容测量部分波形图12（2）将 4 只数码管插入板上，插好芯片 CD4511、MC14433，用 5 个三极管搭成 MC1413，按电路全图接好全部线路。（3）接通电源，检查译码
14、显示是否正常。（4）将输入端接地，接通+5V，5V 电源（先接好地线） ，此时显示器将显示“000”值，如果不是，应检测电源正负电压。用示波器测量、观察DS1DS4 ，Q0Q3 波形，判别故障所在。（5） 用电阻、电位器构成一个简单的输入电压 VX 调节电路，调节电位器，4 位数码将相应变化，然后进入下一步精调。（6） 用数字万用表代测量输入电压，调节电位器，使 VX1.000V，这时被调电路的电压指示值不一定显示“1.000” ，应调整基准电压源，使指示值与标准电压表误差个位数在 5 之内。（7) 改变输入电压 VX 极性，使 Vi1.000V，检查“”是否显示，并校准显示值。（8) 在+1
15、.999V01.999V 量程内再一次仔细调整（调基准电源电压）使全部量程内的误差均不超过个位数在 5 之内。至此调试成功。八所用元器件主要芯片组件名称 型号 个数A/D 转换器 MC14433 1BCD 七段锁存/译码/驱动器 CD4511 1达林顿反向驱动器 MC1413 1能隙基准电源 MC1403 1七段共阴极 LED 数码管 - 4二极管 IN4001 4运算放大器 LM324 2单刀四掷开关 - 5可变电位器 - 4电阻阻值（）1 9 90 100 200 900 1K 10M 2K 3.3K 9K个数 1 1 1 10 1 2 8 1 1 1 2阻值（）6.2K 10K 20K
16、39K 90K 100K 470K 900K 1M 9M 10M个数 1 5 2 1 2 2 1 2 3 1 1电容容值 0.01uF 470uF 100nF 10F13九设计心得和体会这次实习是到大学来后的第一次真正的动手锻炼，虽说以前做过一些实验，但对其主要思想还是不太懂，主要是根据电路图直接搭接。这次和以前就大不一样。第一节课是老师说做万用表，当时脑子里是一点想法都没有，大概该怎么弄呢？也没有思路，唯一知道的就是下来了查资料吧，下课后先去的图书馆，但不让借书就在里面找书看了看，大概有了些了解，后来去网吧查资料但却查不到，主要是不知道从哪个网站查，怎么查，看来这做设计的第一步查资料也要有经
17、验啊！只有差得多了才能查得快找得多而全。找到资料后来是了解原理图，好多都与以前学的电路、模电、数电有关联，也发现了自己的好多不足，对以前的知识掌握的不是太充足，通过这次实习我知道了自己现在开的课是多么有用，以后一定要好好掌握。当然也在后来搭接电路时也出现了很大问题，以至最后没能完美结束，主要原因是没有按实验步骤来，没有把电路板和接线测试好就开始搭接电路，最后因元件问题没能做好，通过这次搭接我懂得无论做任何事情一定要先把准备工作做好，正是要车马未动粮草先行啊！通过这次实习我受益颇多，以后要抓住每次机会多多锻炼自己。问题：Q1 和 Q2 的关系？个数 3 1 3 214Q4 Q3 Q2 Q10 0 0 10 0 1 00 0 1 1这是一个二进制码，当 Q1 为 2 时进一位给 Q2.十、总电路图 十一实验测得波形图DS 断和 Q 端的波形分别如下图所示：15图一16图二17参考文献1、康华光、 电子技术基础模拟部分 第五版 高等教育出版社 2、阎石 电子技术基础数字部分 第五版 高等教育出版社 3、沙占友 新型数字电压表原理与应用 第一版 机械工业出版社4、高吉祥、易凡电子技术基础实验与课程设计第二版 电子工业出版社 5、沙占友 新型数字多用表实用大全 电子工业出版社6、杨刚、周群 电子系统设计与实验 电子工业出版社7、林德杰 电气测试技术 第三版 机械工业出版社
