数字电压表设计.ppt

1、1,1.1.了解数字电压表的基本构成，熟悉3 位半双积分 型A / D转换器MC14433(TC14433)的性能及其 引脚功能; 1.2.掌握通用直流数字电压表的设计方法、测试与调 试技术。,2.1.设计实验任务： 设计一个3 位半的直流数字电压表. 2.2.数字电压表主要指标与功能要求： 1)直流电压测量范围：-2.0 00V +2.000V; 2)具有正负电压极性、测量超量程、小数点显示。,数字电压表设计,2020/7/3,1,2. 设计实验任务与要求:,1.实验目的:,2,2020/7/3,2,3. 数字电压表的测量原理与主要器件性能分析,直流数字电压表的核心器件是一个间接型A / D

2、转换器： 3.1.双积分A/D转换器 1).转换方式 ：V-T型间接转换ADC。输入的模拟电压信号变换成易于准确测量的时间量，然后在这个时间宽度里用计数器计时，计数结果就是正比于输入模拟电压信号的数字量。 2).电路结构 :图-1是这种转换器的原理电路， 积分器A1:定时信号控制开关S2,Qn为不同电平时，极性相反的输入电压Vx和参考电压 VREF将分别加到积分器的输入端，进行两次方向相反的积分，积分时间常数=RC。 过零比较器A2:确定积分器的输出电压V0过零的时刻, V00时比较器输出VC为低电平；当V00时(t= t=t1)，从过零比较器A2翻转，输出由低电平跳到高电平打开闸门起，计数器

3、在CP作用下从0开始计数，经过预定时间T1= t2-t1(预置数N)以后产生溢出脉冲，通过逻辑控制电路使开关S1换接基准电压VR,定时积分结束. Vom=VXT1/RC(=VXN1/Rcfo) 第2积分对基准电压进行定值积分:当t=t2时，积分器A1对基准电压VREF做反向积分 ，其输出电压 VO线性下降。当 VO=0，比较器A2再次翻转，S输出由高电平跳变到低电平，闸门关闭停止计数。定值积分结束时VO=Vom-VREFT/RC，定值积分时间为 T2=t3-t2=N2/f 0 结论：VX VREFN2/N1,3)数字电压表的双积分A/D转换工作原理：,5,2020/7/3,5,多路选择开关,锁

4、存器,个,十,百,千,时钟,溢出,极性判别,控制逻辑,CMOS模拟电路, 15.OR,16-19 DS1-DS4,20-23.Q0-Q3,R,9.DU, 14.EOC,R,2.VREF,1.VAG,3.Vx,图-2 MC14433的电路结构图,11.CLK0,10.CLK1,4 5 6 7 8,6,2020/7/3,6,(VAG)电压接地端， (VR)基准电压，外接基准电压端。MC14433的正基准电压可测量正、负电压。 VX :被测电压输入端，MC14433为双积分型A/D转换器，未知电压与基准电压有以下关系:读数=(VX/VR)1999. 满量程的Vx=VR。满量程:1.999V (R1.

5、R1/C1.C1)外接积分电阻电容元件端 ； (C01、C02)外接失调补偿电容端 (DU)A/D转换结果输出显示控制端，如与脚相联，则每次转换结果都显示. (CLK1、CLK0)时钟外接元件端, 选择电阻即可设定时钟频率，如时钟频率为66kHz时，外接电阻取300k。 (VEE:负电源端。VEE的电流约为0.8mA，驱动电流并不流经此引脚，对此负电压的电源电流要求不高。 (VSS ):输出信号接地端； (EOC):转换周期结束标示输出端.,OR过量程标志输出端； :多路选通脉冲输入端DS4:个.DS3:十.DS2:百.DS1:千位. 21.22.(23): BCD码数据输出端. (24):

6、VDD：正电源端,4) MC14433电路的引脚说明,7,2020/7/3,7,龙从玉数电课件,图-3. 采用MC14433的电压表参考电路,MC14433,CC4511,MC1413,千 百 十 个 16 15 14 13 9,VAG VR VX R1 R1/C C1 CO1 CO2 DU CP1 CP2 VEE,VDD 24 Q3 23 Q2 22 Q1 21 Q3 20 DS1 19 DS2 18 DS3 17 DS4 16 OR 15 EOC 14 VSS 13,1 2 3 4 5 6 7 8,6 D 2 C 1 B 7 A 4 BI 8,5V,Ya 13 7 Yb 12 6 Yc 1

7、1 4 Yd 10 2 Ye 9 1 Yf 15 9 Yg 14 10,R,R,0.1u,0.1u,470k,-5v,+5v,MC 1403,VX,3 16,+5v,12,R,过量程,负极性,100,Yg,8,2020/7/3,8,3.2.数字电压表测量电压的转换与显示过程：,1).被测直流电压VX经A / D转换后以动态扫描形式输出，数字量输出端Q0 Q1 Q2 Q3 上的数字信号经七段译码器CC4511译码后顺序输出。位选信号DS1 DS4通过位选开关MC1413分别控制着千/百/十/个位上的4只LED数码管的阴极。由于选通重复频率较高，看到四位数码管同时显示的效果。 2)当参考电压VR2

8、V 时，满量程显示1.999V；VR200mV时，满量程为199.9mV。可以通过选择开关来控制千位和十位数码管的h段经限流电阻实现对相应的小数点显示的控制。选作自动量程控制！ 3).最高位(千位)显示时，只接LED数码管的b、c段，千位只显示1或不显示，用千位的g段来显示模拟量的负值(正值不显示)，由MC14433的Q2 端.通过MC1413的负极性控制 g段。 4).精密基准电源MC1403:A / D转换采用MC1403集成精密稳压源作A / D转换的参考电压，MC1403的输出电压为 2.5V，电压变化在3 0.6mV.输出最大电流为10mA。 5) MC1413采用NPN达林顿复合晶

9、体管的结构, 电流增益大，输入阻抗高，能把电压信号转换成电流信号驱动各种负载。电路内含有7个集电极开路反相器（OC门）。MC1413电路为16引脚双列直插式封装。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。,9,2020/7/3,9,4.数字电压表的安装调试,4.1.数码显示部分的组装与调试 1) 先将后三位数码管同名笔划段与显示译码CC4511的相应输出端连在一起，最高位数码管只将b、c、g三笔划段接入电路。 2) 插好芯片CC4511与MC1413，试将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

10、口上。 3)用检查动态显示的方法分别检查数码管的显示数及选通情况。,4.2. 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。,Vi Vo GND,8 7 6 5 MC1403 1 2 3 4,16 15 14 12 12 11 10 9 MC1413 1 2 3 4 5 6 7 8,10,2020/7/3,10,1)接线：按设计电路接好线路，并插上MC(TC)14433及MC1413等芯片。 2) 通电显示检查：接通+5V、-5V电源及地线，当输入端接地，此时显示 器将显示“00

11、0”值，否则，应依次检测电源正负电压，用示波器测量、 观察DS1DS4 ，Q0Q3波形，判别故障所在。 3) 电压粗测：调节输入电压VX 的高低，4位输出显示数码应相应变化，然 后进入下一步精调。 4)测量基准校正： 用标准数字万用表（示波器）测量输入电压，调节电位器，使 VX1.000V，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) 测量电压极性显示检查：改变输入电压VX极性，使Vi1.000V，检查 是否有“” 显示，并校准显示值。 6) 在+1.999V01.999V量程内再一次仔细调整(调基准电压)使全部量 程内的误差均不超过个位数在5之内。,分别列表记录输入电压为1

12、.999，1.500，1.000，0.500，0.000时的标准数字电压表的测量读数与制作数字电压表的测量显示值，计算测量误差，确定仪器的测量误差等级。,4.4.测定设计制作数字电压表的误差等级：,4. 3. 总装测试的方法与步骤：,11,2020/7/3,11,*5.量程转换电路的设计： 利用MC14433(TC14433)的超量程信号OR,可直接用来控制双向移位寄存器74LS194的移位方向，其移位脉冲CP由MC14433的EOC 、DS1、 DS2、Q0组成：,74LS194,MC14433,74LS74,74LS86,Q0 DS1 DS2 EOC 20 19 18 14,5 1Q,3

13、1CP,1,=1,=1,=1,=1,Q0 Q1 Q2 Q3 15 14 13 12,A B C D E,16 1 3 4 5 6 10 9 8 VCC CR D0 D1 D2 D3 S1S0 GND,15 OR,1 1RD,1SD 4,VCC,见教材P269,DSL 7,CP 11,&,图-4自动量程转换电路,信号超过当前量，OR=0且MC14433在位选通信号DS1的输出Q0=1,形成一个移位脉冲送到移位寄存器，使之产生一次位移。因S1=0.S0=0使74ls194向右移升量程；欠量程时OR=1，Q0=1,但S1=1.S2=0使74ls194向左移降量程；,12,2020/7/3,12,6.1.根据直流电压表设计实验的要求，利用现有元 器件设计实验电路，画出实验电路图； 6.2.计算电路元件参数； 6.3.安装数字电压表电路，记录分步调试步骤，逐 级进行测试与