数字电子表设计.doc

1111111器件介绍：MC14433是美国Motorola公司推出的单片3 1/2位A/D转换器，其中集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路。具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器，其主要功能特性如下： 精度：读数的0.05%1字模拟电压输入量程：1.999V和199.9mV两档转换速率：2-25次/s输入阻抗：大于1000M电源电压：4.8V8V功耗：8mW（5V电源电压时，典型值）采用字位动态扫描BCD码输出方式，即千、百、十、个位BCD码分时在Q0Q3轮流输出，同时在DS1DS4端输出同步字位选通脉冲，很方便实现LED的动态显示。 MC14433的引脚说明：1. Pin1(VAG)模拟地，为高科技阻输入端，被测电压和基准电压的接入地。2. Pin2(VR)基准电压，此引脚为外接基准电压的输入端。MC14433只要一个正基准电压即可测量正、负极性的电压。此外，VR端只要加上一个大于5个时钟周期的负脉冲(VR)，就能够复为至转换周期的起始点。3. Pin3(Vx)被测电压的输入端，MC14433属于双积分型A/D转换器，因而被测电压与基准电压有以下关系： 因此，满量程的Vx=VR。当满量程选为1.999V，VR可取2.000V，而当满量程为199.9mV时，VR取200.0mV，在实际的应用电路中，根据需要，VR值可在200mV2.000V之间选取。4. Pin4-Pin6(R1/C1，C1)外接积分元件端。 次三个引脚外接积分电阻和电容，积分电容一般选0.1uF聚脂薄膜电容，如果需每秒转换4次，时钟频率选为66kHz，在2.000V满量程时，电阻R1约为470k，而满量程为200mV时，R1取27k。5. Pin7、Pin8(C01、C02)外接失调补偿电容端，电容一般也选0.1uF聚脂薄膜电容即可。6. Pin9(DU)更新显示控制端，此引脚用来控制转换结果的输出。如果在积分器反向积分周期之前，DU端输入一个正跳变脉冲，该转换周期所得到的结果将被送入输出锁存器，经多路开关选择后输出。否则继续输出上一个转换周期所测量的数据。这个作用可用于保存测量数据，若不需要保存数据而是直接输出测量数据，将DU端与EOC引脚直接短接即可。7. Pin10、Pin11(CLK1、CLK0)时钟外接元件端，MC14433内置了时钟振荡电路，对时钟频率要求不高的场合，可选择一个电阻即可设定时钟频率，时钟频率为66kHz时，外接电阻取300k即可。 若需要较高的时钟频率稳定度，则需采用外接石英晶体或LC电路，参考附图。8. Pin12(VEE负电源端。VEE是整个电路的电压最低点，此引脚的电流约为0.8mA，驱动电流并不流经此引脚，故对提供此负电压的电源供给电流要求不高。8. Pin13(Vss)数字电路的负电源引脚。Vss工作电压范围为VDD-5VVssVEE。除CLK0外，所有输出端均以Vss为低电平基准。9. Pin14(EOC)转换周期结束标志位。每个转换周期结束时，EOC将输出一个正脉冲信号。10. Pin15( )过量程标志位，当|Vx|VREF时，输出为低电平。11. Pin16、17、18、19(DS4、DS3、DS2、DS1)多路选通脉冲输出端。DS1、DS2、DS3和DS4分别对应千位、百位、十位、个位选通信号。当某一位DS信号有效（高电平）时，所对应的数据从Q0、Q1、Q2和Q3输出，两个选通脉冲之间的间隔为2个时钟周期，以保证数据有充分的稳定时间。12. Pin20、21、22、23(Q0、Q1、Q2、Q3)BCD码数据输出端。该A/D转换器以BCD码的方式输出，通过多路开关分时选通输出个位、十位、百位和千位的BCD数据。同时在DS1期间输出的千位BCD码还包含过量程、欠量程和极性标志信息，这些信息所代表的意义见下表。13. Pin24(VDD)正电源电压端。MC14433千位BCD码标志意义MSD编码内容Q3 Q2 Q1 Q1BCD 7段数码显示+01 1 1 0不显示-01 0 1 0+0 UR1 1 1 1-0 UR1 0 1 1+11 1 0 04-1 (仅显示b和c段)-10 0 0 00-1 (仅显示b和c段)+1 OR0 1 1 17-1 (仅显示b和c段)-1 OR0 0 1 13-1 (仅显示b和c段)双积分型 AD 转换器的工作原理 双积分型 AD 转换器属于间接型 AD 转换器，它是把待转换的输入模拟电压先转换为一个中间变量，例如时间 T ；然后再对中间变量量化编码，得出转换结果，这种 AD 转换器多称为电压 - 时间变换型（简称 VT 型）。图 7.11 给出的是 VT 型双积分式 AD 转换器的原理图。在DS1有效时输出千位数据，DS4有效时输出个位数据。每个选通脉冲宽度为18个时钟周期。两个相邻脉冲之间的间隔为2个时钟周期。DSl有效时输出的千位数据的含义如下：Q3位表示千位，如Q3=1，则千位为0，如Q3=0，则千位为1。Q2位表示极性，Q2=1表示输入电压为正，反之为负。Q0位=1时表示超出量程范围，在Q0=1时为欠量程，Q0=0时为过量程。MC14433可通过74LS244与 CPU的数据总线相连，其连接方法如图9-29所示。图9-29 MC14433接口将DU与EOC相连，这样每次A/D转换结束后，数据都被更新。EOC信号还可作为中断申请信号，在转换结束后申请中断。中断响应后即可读入数据，根据输出选通脉冲的时序，先用查询方法判断是否为DS1有效。若是DS1有效，则按Q0，Q2，Q3来决定是否超量程、信号的极性及千位为1还是0。然后等待DS2周期，读入百位数的BCD码。在DS3、DS4周期内分别读入十位和个位的BCD码。读入数据的程序流程图如图9-30所示。图9-30 读入数据的程序流程图DS1有效时输出千位数据，DS4有效时输出个位数据。每个选通脉冲宽度为18个时钟周期。两个相邻脉冲之间的间隔为2个时钟周期。DSl有效时输出的千位数据的含义如下：Q3位表示千位，如Q3=1，则千位为0，如Q3=0，则千位为1。Q2位表示极性，Q2=1表示输入电压为正，反之为负。Q0位=1时表示超出量程范围，在Q0=1时为欠量程，Q0=0时为过量程。MC14433可通过74LS244与 CPU的数据总线相连，其连接方法如图9-29所示。图9-29 MC14433接口将DU与EOC相连，这样每次A/D转换结束后，数据都被更新。EOC信号还可作为中断申请信号，在转换结束后申请中断。中断响应后即可读入数据，根据输出选通脉冲的时序，先用查询方法判断是否为DS1有效。若是DS1有效，则按Q0，Q2，Q3来决定是否超量程、信号的极性及千位为1还是0。然后等待DS2周期，读入百位数的BCD码。在DS3、DS4周期内分别读入十位和个位的BCD码。读入数据的程序流程图如图9-30所示。图9-29 MC14433接口将DU与EOC相连，这样每次A/D转换结束后，数据都被更新。EOC信号还可作为中断申请信号，在转换结束后申请中断。中断响应后即可读入数据，根据输出选通脉冲的时序，先用查询方法判断是否为DS1有效。若是DS1有效，则按Q0，Q2，Q3来决定是否超量程、信号的极性及千位为1还是0。然后等待DS2周期，读入百位数的BCD码。在DS3、DS4周期内分别读入十位和个位的BCD码。读入数据的程序流程图如图9-30所示。 引脚功能说明： VAG（1脚）：被测电压VX和基准电压VR的参考地 VR（2脚）：外接基准电压（2V或200mV）输入端 VX（3脚）：被测电压输入端R1（4脚）、R1 C1（5脚）、C1（6脚）：外接积分阻容元件端C10.1f（聚酯薄膜电容器），R1470K（2V量程）；R127K（200mV量程）。 C01（7脚）、C02（8脚）：外接失调补偿电容端，典型值0.1f。 DU（9脚）：实时显示控制输入端。若与EOC（14脚）端连接，则每次A / D转换均显示。 CP1 （10脚）、CPo （11脚）：时钟振荡外接电阻端，典型值为470K。 VEE （12脚）：电路的电源最负端，接5V。 VSS （13脚）：除CP外所有输入端的低电平基准（通常与1脚连接）。 EOC（14脚）：转换周期结束标记输出端，每一次A / D转换周期结束， EOC 输出一个正脉冲，宽度为时钟周期的二分之一。 （15脚）：过量程标志输出端，当VXVR 时，输出为低电平。 DS4DS1 （1619脚）：多路选通脉冲输入端，DS1对应于千位，DS2 对应于百位，DS3 对应于十位，DS4对应于个位。实验内容 本实验要求按图183组装并调试好一台三位半直流数字电压表，实验时应一步步地进行。1、 数码显示部分的组装与调试 (1) 建议将4只数码管插入40P集成电路插座上，将4个数码管同名笔划段与显示译码的相应输出端连在一起，其中最高位只要将b、c、g三笔划段接入电路，按图183接好连线，但暂不插所有的芯片，待用。 (2) 插好芯片CC4511与MC1413，并将CC4511的输入端A、B、C、D接至拨码开关对应的A、B、C、D四个插口处；将MC1413的1、2、3、4脚接至逻辑开关输出插口上。 (3) 将MC1413的2脚置“1”，1、3、4脚置“0”，接通电源，拨动码盘（按“”或“”键）自09变化，检查数码管是否按码盘的指示值变化。 (4) 按实验原理说明3(5)项的要求，检查译码显示是否正常。 (5) 分别将MC1413的3、4、1脚单独置“1”，重复(3)的内容。 如果所有4位数码管显示正常，则去掉数字译码显示部分的电源，备用。 2、 标准电压源的连接和调整 插上MC1403基准电源，用标准数字电压表检查输出是否为2.5V，然后调整10K电位器，使其输出电压为2.00V，调整结束后去掉电源线，供总装时备用。 3、 总装总调 (1) 插好芯片MC14433，接图183接好全部线路。 (2) 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。 (3) 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。 (4) 用标准数字电压表（或用数字万用表代）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。 (5) 改变输入电压VX极性，使Vi1.000V，检查“”是否显示，并按(4)方法校准显示值。 (6) 在+1.999V01.999V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。 至此一个测量范围在1.999的三位半数字直流电压表调试成功。 4、 记录输入电压为1.999，1.500，1.000，0.500，0.000时（标准数字电压表的读数）被调数字电压表的显示值，列表记录之。 5、 用自制数字电压表测量正、负电源电压。如何测量，试设计扩程测量电路。 *6、若积分电容C1、C02(0.1F)换用普通金属化纸介电容时，观察测量精度的变化。Q0Q3 （2023脚）：BCD码数据输出端，DS2、DS3、DS4选通脉冲期间，输出三位完整的十进制数，在DS1选通脉冲期间，输出千位0或1及过量程、欠量程和被测电压极性标志信号。 CC14433具有自动调零，自动极性转换等功能。可测量正或负的电压值。当CP1 、CP0 端接入470K 电阻时，时钟频率66KHz，每秒钟可进行4次A / D转换。它的使用调试简便，能与微处理机或其它数字系统兼容，广泛用于数字面板表，数字万用表，数字温度计，数字量具及遥测、遥控系统。 3、位直流数字电压表的组成（实验线路） 线路结构如图183