测量仪表之-数字电压表的设计

摘要：数字电压表是常用的测量仪表之一，与同级别的指针式电压表相比较，使用方便，测量更准确，因此广泛使用。它由模拟电路和数字电路两部分组成，模拟部分包括转换式输入放大器、基准电压源和A/D转换电路。数字部分包括时钟源、计数器、译码驱动显示及逻辑控制。
关键词：A/D转换器  译码驱动  显示

引言
数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，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。本章重点介绍单片A/D 转换器以及由它们构成各种新型数字电压表的工作原理。
数字电压表具有以下十大特点：⑴ 显示清晰直观，读数准确  传统的模拟式仪表必须借助于指针和刻度盘进行读数，在读数过程中不可避免地会引入人为的测量误差（例如视差），并且容易造成视觉疲劳。数字电压表则采用先进的数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳数现象，测量结果就是惟一的，不仅保证读数的客观性与准确性，还符合人们的读数习惯，能缩短读数和记录的时间。新型数字电压表还增加了标志符显示功能，包括测量项目符号、单位符号和特殊符号。⑵ 显示位数  显示位数通常为3位～8位判定数字仪表的位数有两条原则：①能显示从0～9所有数字的位是整数值；②分数位的数值是以最大显示值中最高位数字为分子，用满量程时最高位数字做分母。⑶ 准确度高准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。它表示测量结果与真值的一致程度，也反映了测量误差的大小，准确度愈高，测量误差愈小。。数字电压表的准确度远优于模拟式电压表。⑷ 分辨率高  数字电压表在最低电压量程上末位1个字所代表的电压值，称做仪表的分辨力，它反映仪表灵敏度的高低。分辨力随显示位数的增加而提高。数字电压表的分辨力指标亦可用分辨率来表示。分辨率是指所能显示的最小数字（零除外）与最大数字的百分比。更不得将分辨力（或分辨率）误以为是类似于准确度的一项指标。实际上分辨力仅与仪表显示位数有关，而准确度则取决于A/D 转换器等的总误差。从测量角度看，分辨力是“虚”指标（与测量误差无关），准确度才是“实”指标（代表测量误差的大小）。因此，任意增加显示位数来提高仪表分辨力的方案是不可取的。原因就在于这样达到的高分辨力指标将失去意义。换言之，从设计DVM的角度看，分辨力应受准确度的制约，并与之相适应。⑸ 测量范围宽  多量程DVM一般可测0～1000V直流电压，配上高压探头还可测量上万伏的高压。（6） 扩展能力强  在数字电压表的基础上、还可扩展成各种通用及专用数字仪表、数字多用表（DMM）和智能仪器，以满足不同的需要。⑺ 测量速率快  数字电压表在每秒钟内对被测电压的测量次数叫测量速率，单位是“次／秒”。它主要取决于A/D 转换器的转换速率，其倒数是测量周期。3位、5位DVM的测量速率分别为几次每秒、几十次每秒。8位DVM采用降位的方法，测量速率可达10万次／秒。⑻输入阻抗高  数字电压表具有很高的输入阻抗，通常为10MΩ～10000MΩ，最高可达1TΩ。在测量时从被测电路上吸取的电流极小，不会影响被测信号源的工作状态，能减小由信号源内阻引起的测量误差。⑼集成度高，微功耗  新型数字电压表普遍采用CMOS大规模集成电路，整机功耗很低。⑽抗干扰能力强  5½位以下的DVM大多采用积分式A/D转换器，其串模抑制比（SMR）、共模抑制比（CMR）分别可达100dB、80dB～120dB。高档DVM还采用数字滤波、浮地保护等先进技术，进一步提高了抗干扰能力，CMR可达180dB。









毕业设计说明书目录
1．引言………………………………………………………………………………1
2．方案论证…………………………………………………………………………2
2．1方案一……………………………………………………………………2
2．2方案二……………………………………………………………………3
3．各电路设计和论证………………………………………………………………4             
3.1  电源电路的设证………………………………………………………………4
3．1．1 方案一…………………………………………………………………4
3．1．2 方案二…………………………………………………………………5
3.2 A/D转换器译码电路的设证……………………………………………………7
3．2．1 方案一…………………………………………………………………7
3．2．2 方案二…………………………………………………………………7
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3．3驱动电路设计和论证…………………………………………………………10
3．3．1 方案一…………………………………………………………………10
3．3．2 方案二 ………………………………………………………………11
3. 4元器件的功能及引脚图
3. 4. 1七段锁存—译码—驱动器CD4511……………………………………11
3. 4. 2高精度低漂移能隙基准电源MC1403…………………………………13
3. 4. 3七段达林顿驱动器阵列MC1413……………………………………15
4．电路原理图和工作原理…………………………………………………………16
5．电路的调试………………………………………………………………………17
6． 附图………………………………………………………………………………19
7．参考文献…………………………………………………………………………20

参考文献
①《常用电子元器件简明手册》，沈任元，吴勇，机械工业出版社，2004。
②《模拟集成电路原理与应用》，吴运昌，华南里工大学出版社，2003。
③《模拟电子技术基础》，沈任元，吴勇机械工业出版社，2003。
④《数字电子技术基础》，沈任元，吴勇机械工业出版社，2003。
⑤《电路基础》，胡翔俊，陆忠亮，王爱英高等教育出版社，1996。
⑥《电子CAD技术》，关键，张晓娟，朱旭平电子工业出版社，2004。
⑦《电子产品工艺》，樊会灵，机械工业出版社，2002。
⑧《专用集成电路原理与应用》，王国定，上海科学技术文献出版社，1985。
⑨《中国集成电路大全》，国防工业出版社，1985。
⑩《CMOS集成电路原理与应用》，沈雷，上海科学技术文献出版社，1985。