实训三 数字电压表指导书.doc

实训三 数字电压表一、实训内容与要求1设计数字电压表电路。2测量范围：直流电压01.999V，019.99V，0199.9V，01999V。3组装调试 位数字电压表。4画出数字电压表电路图，对电路进行组装调试。二、数字电压表电路组成及工作原理数字电压表是将被测模拟量电压转换为数字量，并进行实时数字显示的测试仪表。采用MC14433-位A/D转换器构成的数字电压表如图1所示。其中MC1413是七路达林顿驱动器阵列，CD4511是七段锁存-译码-驱动器，MC1403是能隙基准电源，电路采用LED显示。本电路是位数字电压表，位是指所能显示的十进制数范围为00001999，所谓3位是指个位，十位，百位，其数字范围均为09。而所谓位是指千位数，它不能从0变化到9，而只能由0变到1，即二值状态，所以称为位。 图1 数字电压表组成结构1电路各部分的功能位A/D转换器：将输入的模拟信号转换成数字信号。基准电源：提供精密电压，供A/D转换器作参考电压。译码器：将二-十进制（BCD）码转换成七段信号。驱动器：驱动显示器的a、b、c、d、e、f、g七个发光段，驱动发光数码管（LED）进行显示。显示器：将译码输出的七段信号进行数字显示，读出A/D转换结果。2电路工作过程位数字电压表通过位选信号进行动态扫描显示，由于MC1433电路的A/D转换结果是采用BCD码多路调制方法输出，只要配上一块译码器，就可以将转换结果以数字方式实现四位数字的LED发光数码管动态扫描显示。输出多路调制选通脉冲信号，选通脉冲为高电平，则表示对应的数位被选通，此时该位数据在端输出。每个选通脉冲高电平宽度为18个时钟脉冲周期，两个相邻选通脉冲之间间隔2个时钟脉冲周期。和的时序关系是在脉冲结束后，紧接着是输出正脉冲。以下依次为、和。其中对应最高位（），则对应最低位（）。在对应、和选通期间，输出BCD全位数据，即以8421码方式输出对应的数字09。在选通期间，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。三、主要元器件选择1位A/D转换器MC14433MC14433是一个低功耗位双积分式A/D转换器。采用24引线双列直插式封装，外引线排列如图2所示，各引脚端功能说明如下：端：，模拟地，是高阻输入端，作为输入被测电压和基准电压的接入地。端：，基准电压端，是外接基准电压输入端，若此端加一个大于5个时钟周期的负脉冲（电平），则系统复位到转换周期的起点。图2 位A/D转换器MC14433外引线排列图端：，是被测电压输入端。端：，外接积分电阻端。端：/，外接积分元件电阻和电容的接点。端：，外接积分电容端，积分波形由该端输出。端和端：和，外接失调补偿电容端。推荐该两端外接失调补偿电容取0.1F。端：，实时输出控制端，主要控制转换结果的输出，若在双积分放电周期即阶段5开始前，在端输入一正脉冲，则该周期转换结果将被送入输出锁存器并经多路开关输出，否则输出端继续输出锁存器中原来的转换结果，若该端通过一电阻和短接，则每次转换的结果都将被输出。端：，时钟信号输入端。11端：，时钟信号输出端。12端：，负电源端，是整个电路的电源最负端，主要作为模拟电路部分的负电源，该端典型电流约为0.8mA，所有输出驱动电路的电流不流过该端，而是流向端。13端：，负电源端。14端：，转换周期结束标志输出端，每一A/D转换周期结束，端输出一正脉冲，其脉冲宽度为时钟信号周期的1/2。15端：，过量程标志输出端，当 时，输出低电平，正常量程内为高电平。16端19端：对应为，分别是多路调制选通脉冲信号个位、十位、百位和千位输出端。当端输出高电平时，表示此刻输出的BCD代码是该对应位上的数据。20端23端：对应为，分别是A/D转换结果数据输出BCD代码的对低位（），次低位，次高位和最高位输出端。24端：，整个电路的正电源端。积分电阻电容的选择应根据实际条件而定，若时钟频率为66kHz，一般取0.1F ，的选取与量程有关，量程为2V时，取470K；量程为200mV时，取27K。选取和的计算公式如下： 式中， 为积分电容上充电电压幅度 0.5V MC14433A/D转换器设计了自动调零线路，其中缓冲器和积分器采用模拟调零方式，而比较器采用数字调零方式。在自动调零时，把缓冲器和积分器的失调电压存放在一个失调补偿电容上，而比较器的失调电压用数字形式存放在内部的寄存器中，A/D转换系统自动扣除电容上和寄存器中的失调电压，就可得到精确的转换结果。A/D转换周期约需16000个时钟脉冲数，若时钟频率为48KHz，则每秒可转换3次，若时钟频率为64KHz，则每秒可转换4次。2七段锁存-译码-驱动器CD4511CD4511是专用于将二-十进制代码（BCD）转换成七段显示信号的专用标准译码器，输入为BCD码，输出为a、b、c、d、e、f、g七段显示驱动电压信号。其驱动电流可达20 mA。CD4511电源电压范围为515V。它可与CMOS电路或TTL电路兼容工作。CD4511采用16引线双列直插式封装（见图3）。使用CD4511时应注意输出端不允许短路。应用时电路输出端需外接限流电阻。图3 CD4511外引线排列图3七路达林顿驱动器阵列MC1413MC1413采用NPN达林顿复合晶体管的结构，因此具有很高的电流增益和很高的输入阻抗，可直接接受MOS或CMOS集成电路的输出信号，并把电压信号转换成足够大的电流信号驱动各种负载。该电路内含有7个集电极开路反相器（也称OC门）。MC1413电路结构和引脚如图4所示，它采用16引线的双列直插式封装。每一驱动器输出端均接有一释放电感负载能量的抑制二极管。4高精度低漂移能隙基准电源MC1403MC1403的输出电压的温度系数为零，即输出电压与温度无关。该电路的特点是：温度系数小；躁声小；输入电压范围大，稳定性能好，当输入电压从+4.5V变化到+15V时，输出电压值变化量小于3mV；输出电压值准确度较高，在2.475V2.525V 以内；压差小，适用于低压电源；负载能力小，该电源最大输出电流为10mA。MC1403采用8引线双列直插标准封装，如图5所示。 图4 MC1413电路结构和引脚排列 图5 MC1403外引脚排列图四、组装调试加电源电压。+5V，-5V。用示波器观察MC14433的11 脚时钟频率。调整电阻使其等于66kHz。采用稳压电源，调整其输出电压为1.999V或199mV，以此作为模拟量输入信号，此值需用标准数字电压表监视，然后调整基准电压的电位器，使LED显示量为1.999V或199 mV，此时将电位器值固定好。观察MC14433第6脚处的积分波形。调整电阻值使为1.999V或199 mV 时，积分器输出既不饱和，又能得到最大不失真的摆幅。检查自动调零功能。当MC14433的端口与短路或端没有信号输入时，LED显示器应显示0000。检查超量程溢出功能。调节值，当为2V（或）时，观察LED发光数码管是否有闪烁显示告警作用，此时端应为低电平。检查自动极性转换功能。将+1.990V和-1.990V先后加到端，两次读数之差为翻转误差，根据MOTOROLA公司规定，正负极性转换时允许个位有1个字的误差。测试线性度误差。将输入信号从0V增大到1.999V，输出几个采样值，其值用标准数字电压表监视。然后与LED显示数值相比较，其最大偏差为线性误差。将信号电压极性变反，重复步骤。当MC14433的9脚与