基于MC14433數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

1、題目一 數(shù)字式電壓表功能分析A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)字顯示部分將輸入電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并輸出顯示。這部分主要由以下幾部分構(gòu)成：3位半 A/D轉(zhuǎn)換單元電路(MC14433是美國Motorola公司推出的單片3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，其中集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換器1.精度：讀數(shù)的±0.05%±1字2.模擬電壓輸入量程：1.999V和199.9mV兩檔 3.轉(zhuǎn)換速率：2-25次/s 4.輸入阻抗：大于100

2、0M 6.功耗：8mW（±5V電源電壓時(shí)，典型值）MC14433最主要的用途是數(shù)字電壓表，數(shù)字溫度計(jì)等各類數(shù)字化儀表及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換接口。MC14433的引腳說明：1. Pin1(VAG)模擬地，為高阻輸入端，被測電壓和基準(zhǔn)電壓的接入地。2. Pin2(VR)基準(zhǔn)電壓，此引腳為外接基準(zhǔn)電壓的輸入端。MC14433只要一個(gè)正基準(zhǔn)電壓即可測量正、負(fù)極性的電壓。此外，VR端只要加上一個(gè)大于5個(gè)時(shí)鐘周期的負(fù)脈沖(VR)，就能夠復(fù)位為至轉(zhuǎn)換周期的起始點(diǎn)。3. Pin3(Vx)被測電壓的輸入端，MC14433屬于雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，因而被測電壓與基準(zhǔn)電壓有以下關(guān)系：因此，滿量程

3、的Vx=VR。當(dāng)滿量程選為1.999V，VR可取2.000V，而當(dāng)滿量程為199.9mV時(shí)，VR取200.0mV，在實(shí)際的應(yīng)用電路中，根據(jù)需要，VR值可在200mV2.000V之間選取。4. Pin4-Pin6(R1/C1，C1)外接積分元件端。次三個(gè)引腳外接積分電阻和電容，積分電容一般選0.1uF聚脂薄膜電容，如果需每秒轉(zhuǎn)換4次，時(shí)鐘頻率選為66kHz，在2.000V滿量程時(shí)，電阻R1約為470k，而滿量程為200mV時(shí)，R1取27k。5. Pin7、Pin8(C01、C02)外接失調(diào)補(bǔ)償電容端，電容一般也選0.1uF聚脂薄膜電容即可。6. Pin9(DU)更新顯示控制端，此引腳用來控制轉(zhuǎn)換

4、結(jié)果的輸出。如果在積分器反向積分周期之前，DU端輸入一個(gè)正跳變脈沖，該轉(zhuǎn)換周期所得到的結(jié)果將被送入輸出鎖存器，經(jīng)多路開關(guān)選擇后輸出。否則繼續(xù)輸出上一個(gè)轉(zhuǎn)換周期所測量的數(shù)據(jù)。這個(gè)作用可用于保存測量數(shù)據(jù)，若不需要保存數(shù)據(jù)而是直接輸出測量數(shù)據(jù)，將DU端與EOC引腳直接短接即可。7. Pin10、Pin11(CLK1、CLK0)時(shí)鐘外接元件端，MC14433內(nèi)置了時(shí)鐘振蕩電路，對(duì)時(shí)鐘頻率要求不高的場合，可選擇一個(gè)電阻即可設(shè)定時(shí)鐘頻率，時(shí)鐘頻率為66kHz時(shí)，外接電阻取300k即可。若需要較高的時(shí)鐘頻率穩(wěn)定度，則需采用外接石英晶體或LC電路，參考附圖。8. Pin12(VEE負(fù)電源端。VEE是整個(gè)電路的

5、電壓最低點(diǎn)，此引腳的電流約為0.8mA，驅(qū)動(dòng)電流并不流經(jīng)此引腳，故對(duì)提供此負(fù)電壓的電源供給電流要求不高。9. Pin13(Vss)數(shù)字電路的負(fù)電源引腳。Vss工作電壓范圍為VDD-5VVssVEE。除CLK0外，所有輸出端均以Vss為低電平基準(zhǔn)。10. Pin14(EOC)轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標(biāo)志位。每個(gè)轉(zhuǎn)換周期結(jié)束時(shí)，EOC將輸出一個(gè)正脈沖信號(hào)。11. Pin15（OR非）過量程標(biāo)志位，當(dāng)|Vx|>VREF時(shí)， 輸出為低電平。12. Pin16、17、18、19(DS4、DS3、DS2、DS1)多路選通脈沖輸出端。DS1、DS2、DS3和DS4分別對(duì)應(yīng)千位、百位、十位、個(gè)位選通信號(hào)。當(dāng)某一位D

6、S信號(hào)有效（高電平）時(shí)，所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)從Q0、Q1、Q2和Q3輸出，兩個(gè)選通脈沖之間的間隔為2個(gè)時(shí)鐘周期，以保證數(shù)據(jù)有充分的穩(wěn)定時(shí)間。13. Pin20、21、22、23(Q0、Q1、Q2、Q3)BCD碼數(shù)據(jù)輸出端。該A/D轉(zhuǎn)換器以BCD碼的方式輸出，通過多路開關(guān)分時(shí)選通輸出個(gè)位、十位、百位和千位的BCD數(shù)據(jù)。同時(shí)在DS1期間輸出的千位BCD碼還包含過量程、欠量程和極性標(biāo)志信息，這些信息所代表的意義見下表。13. Pin24(VDD)正電源電壓端。),基準(zhǔn)電源單元電路MC1403（MC1403是美國motorola生產(chǎn)的一種新型的參考電壓器件，它是利用一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)的基射結(jié)正向電壓VBE與正溫度

7、系數(shù)的工作在不同電流密度下，兩個(gè)晶體管基射結(jié)電壓差VBE相加而形成的零溫度系數(shù)的參考電壓源。功能配置MC1403 是高精度低漂移能隙基準(zhǔn)電源，它的輸出電壓的溫度系數(shù)為零，即輸出電壓與溫度無關(guān)。MC1403用8條引線雙列直插標(biāo)準(zhǔn)封裝。MC1403引腳圖（PCB 庫）MC1403的主要特性如下：輸出電壓2.475V2.525V（2.5V±1%）最小輸入電壓4.5V（4.515V）3mV負(fù)載調(diào)整率（010mA）1OmV產(chǎn)品特色該電路的特點(diǎn)是： 溫度系數(shù)小； 噪聲小； 輸入電壓范圍大，穩(wěn)定性能好,當(dāng)輸入電壓從+45V變化到+15V時(shí)，輸出電壓值變化量小于3mV；輸出電壓值準(zhǔn)確度較高

8、，y。值在2.475V2.525V 以內(nèi)； 壓差小，適用于低壓電源； 負(fù)載能力小，該電源最大輸出電流為10mA。）、位選驅(qū)動(dòng)電路( MC1413是由美國motorola公司生產(chǎn)的達(dá)林頓陳列反向驅(qū)動(dòng)器，MC1413，由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管（達(dá)林頓管就是兩個(gè)三極管接在一起，極性只認(rèn)前面的三極管。具體接法如下，以兩個(gè)相同極性的三極管為例，前面三極管集電極跟后面三極管集電極相接，前面三極管發(fā)射極跟后面三極管基極相接，前面三極管功率一般比后面三極管小，前面三極管基極為達(dá)林頓管基極，后面三極管發(fā)射極為達(dá)林頓管發(fā)射極，用法跟三極管一樣，放大倍數(shù)是兩個(gè)三極管放大倍數(shù)的乘積。達(dá)林頓管又稱復(fù)合管。他將兩個(gè)三極管串

9、聯(lián)，以組成一只等效的新的三極管。這只等效三極管的放大倍數(shù)是原二者之積，因此它的特點(diǎn)是放大倍數(shù)非常高。達(dá)林頓管的作用一般是在高靈敏的放大電路中放大非常微小的信號(hào)，如大功率開關(guān)電路。在電子學(xué)電路設(shè)計(jì)中，達(dá)林頓接法常用于功率放大器和穩(wěn)壓電源中。復(fù)合管組成原則1 在正確的外加電壓下，每只晶體管均工作在放大區(qū)。第1個(gè)元件的集電極電流或射極電流作第2個(gè)元件的基極電流，真實(shí)電流方向一致。等效晶體管的類型是第一個(gè)原件的類型。達(dá)林頓電路有四種接法：NPN+NPN，PNP+PNP，NPN+PNP，PNP+NPN前二種是同極性接法，后二種是異極性接法。NPN+NPN的同極性接法：B1為B，C1C2為C，E

10、1B2接在一起，那么E2為E。這里也說一下異極性接法。以NPN+PNP為例。設(shè)前一三極管T1的三極為C1B1E1，后一三極管T2的三極為C2B2E2。達(dá)林頓管的接法應(yīng)為：C1B2應(yīng)接一起，E1C2應(yīng)接一起。等效三極管CBE的管腳，C=E2,B=B1，E=E1(即C2）。等效三極管極性，與前一三極管相同。即為NPN型。PNP+NPN的接法與此類同。NPN PNP同極型達(dá)林頓三極管NPN PNP 等效一只三極管異極型達(dá)林頓三極管達(dá)林頓管的典型應(yīng)用1、用于大功率開關(guān)電路、電機(jī)調(diào)速、逆變電路。2、驅(qū)動(dòng)小型繼電器利用CMOS電路經(jīng)過達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)高靈敏度繼電器的電路，如右上圖所示。虛線框內(nèi)是小功率NPN達(dá)

11、林頓管FN020。3、驅(qū)動(dòng)LED智能顯示屏LED智能顯示屏是由微型計(jì)算機(jī)控制，以LED矩陣板作顯示的系統(tǒng)，可用來顯示各種文字及圖案。該系統(tǒng)中的行驅(qū)動(dòng)器和列驅(qū)動(dòng)器均可采用高、高速低壓降的達(dá)林頓管。圖2是用BD683(或BD677)型中功率NPN達(dá)林頓管作為列驅(qū)動(dòng)器，而用BD682(或BD678)型PNP達(dá)林頓管作行驅(qū)動(dòng)器，控制8×8LED矩陣板上相應(yīng)的行(或列)的像素發(fā)光。應(yīng)注意的是，達(dá)林頓管由于內(nèi)部由多只管子及電阻組成，用萬用表測試時(shí)，be結(jié)的正反向阻值與普通三極管不同。對(duì)于高速達(dá)林頓管，有些管子的前級(jí)be結(jié)還反并聯(lián)一只輸入二極管，這時(shí)測出be結(jié)正反向電阻阻值很接近，容易誤判斷為壞管

12、，請注意。4、判斷達(dá)林頓管等效為何種類型的三極管：首先看看第一只管是什么類型的，第一只管是什么類型的，那么這只達(dá)林頓管就是什么類型的，與第二只無關(guān)！更加重要的是，要判斷兩個(gè)晶體管能否形成達(dá)林頓管關(guān)鍵要看電流，如果工作電流沖突，則不能構(gòu)成達(dá)林頓管結(jié)構(gòu)。也可以根據(jù)PNP或者NPN管的標(biāo)志來判斷，其實(shí)本質(zhì)上三極管上所標(biāo)的箭頭也是其工作電流的流向。）組成。MC1413的每一對(duì)達(dá)林頓管都串聯(lián)一個(gè)2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。MC1413工作電壓高，工作電流大，灌電流可以達(dá)到500mA,并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V的

13、電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。)，譯碼驅(qū)動(dòng)單元（CD4511 是一片 CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼-七段碼譯碼器。具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。A0A3：二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸入端 /BI：輸出消隱控制端 LE：數(shù)據(jù)鎖定控制端 /LT：燈測試端 YaYg：數(shù)據(jù)輸出端 VDD：電源正 VSS：電源負(fù)其中a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。LT為燈測試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢

14、查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。ag是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。 下圖是 CD4511和 CD4518配合而成一位計(jì)數(shù)顯示電路，若要多位計(jì)數(shù)，只需將計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)，每級(jí)輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時(shí)可使用300的限流電阻。）以及數(shù)碼管顯

15、示單元。其中 A/D轉(zhuǎn)換器選用三位半 MC14433，基準(zhǔn)電源選用 MC1403，譯碼驅(qū)動(dòng)器則選擇 CD4511，位選電路選用 MC1413，另加四個(gè)共陰極 LED發(fā)光數(shù)碼管。其基本原理框圖如下：三位半數(shù)字電壓表通過位選信號(hào) DS1DS4進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示，由于 TC14433電路的 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果是采用 BCD 碼多路調(diào)制方法輸出，只要配上一塊譯碼器，就可以將轉(zhuǎn)換結(jié)果以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)四位數(shù)字的 LED 發(fā)光數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示。DS1DS4輸出多路調(diào)制脈沖信號(hào)。DS選通脈沖高電平，則表示對(duì)應(yīng)的數(shù)位被選通，此時(shí)該數(shù)據(jù)在 Q0Q3端輸出。每個(gè) DS選通脈沖高電平寬度為 18個(gè)時(shí)鐘脈沖周期。兩個(gè)相鄰選通脈沖之間間隔 2個(gè)時(shí)鐘脈沖周期。DS和 EOC的時(shí)序關(guān)系是在EOC 脈沖結(jié)束后，緊接著是 DS1輸出正脈沖。以下依次為 DS2、DS3和 DS4。其中 DS1對(duì)應(yīng)最高位（MSB），DS4 則對(duì)應(yīng)最低位（LSB）。小數(shù)點(diǎn)顯示是由正電源通過限流電阻 Rdp供電燃亮小數(shù)點(diǎn)。過量程是當(dāng)輸入電壓 Vx超過量程范圍時(shí)，輸出過量程標(biāo)志信號(hào)/OR。當(dāng) Q3=0，Q0