三位半电压表电路的设计.pdf
.量程转换模块量程转换模块Output采用多量程选择的分压电阻网络，可设计四个分压电阻大小分别为900K，90K，9K和1K。用无触点模拟开关实现量程的切换。基准电压模块基准电压模块这个模块由 MC1403 和电位器构成,提供精密电压，供 A/D 转换器作参考电压.3 1/23 1/2 位位 A/DA/D 电路模块电路模块.直流数字电压表的核心器件是一个间接型A/D转换器，这个模块由 MC14433 和积分元件构成,将输入的模拟信号转换成数字信号。字形译码驱动电路模块字形译码驱动电路模块这个模块由 MC4511 构成,将二十进制(BCD)码转换成七段信号。显示电路模块显示电路模块这个模块由 LG5641AH 构成,将译码器输出的七段信号进行数字显示，读出 A/D 转换结果。（2）实验芯片简介：数字显示电压表将被测模拟量转换为数字量，并进行实时数字显示。该系统（如图 1 所示）可采用 MC14433三位半 A/D 转换器、MC1413 七路达林顿驱动器阵列、CD4511 BCD 到七段锁存-译码-驱动器、能隙基准电源 MC1403 和共阴极 LED 发光数码管组成。本系统是三位半数字电压表,三位半是指十进制数 00001999。所谓3 位是-1-指个位、十位、百位，其数字围均为 09，而所谓半位是指千位数，它不能从 0 变化到 9，而只能由 0 变到 l，即二值状态，所以称为半位。各部分的功能如下：三位半 A/D 转换器(MC14433)：将输入的模拟信号转换成数字信号。基准电源(MC1403)：提供精密电压，供 A/D 转换器作参考电压。译码器(MC4511)：将二十进制(BCD)码转换成七段信号。驱动器(MC1413)：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：将译码器输出的七段信号进行数字显示，读出 A/D 转换结果。工作过程如下：三位半数字电压表通过位选信号 DS1DS4进行动态扫描显示，由于 MC14433 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。DS1DS4输出多路调制选通脉冲信号。DS 选通脉冲为高电平时表示对应的数位被选通，此时该位数据在Q0Q3端输出。每个 DS 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。DS 和 EOC 的时序关系是在 EOC 脉冲结束后，紧接着是 DS1 输出正脉冲。以下依次为DS2，DS3和 DS4。其中DS1对应最高位(MSD)，DS4则对应最低位(LSD)。在对应 DS2，DS3和 DS4选通期间，Q0Q3输出 BCD 全位数据，即以 8421码方式输出对应的数字 09在 DS1 选通期间，Q0Q3输出千位的半位数 0 或 l 及过量程、欠量程和极性标志信号。在位选信号 DS1 选通期间 Q0Q3的输出容如下：-2-Q3表示千位数，Q3=0 代表千位数的数宇显示为 1，Q3=1 代表千位数的数字显示为0。Q2表示被测电压的极性，Q2的电平为 1，表示极性为正，即 UX0；Q2的电平为 0，表示极性为负，即 UX1999，则溢出。|UX|UR则OR 输出低电平。当OR=1 时，表示|UX|VREF时，OR 输出低电平，正常量程 OR为高电平。(16)(19)端：对应为 DS4DS1，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 DS 端输出高电平时，表示此刻 Q。Q3输出的 BCD 代码是该对应位上的数据。(20)（23）端：对应为 Q0-Q3，分别是 A/D 转换结果数据输出 BCD 代码的最低位(LSB)、次低位、次高位和最高位输出端。(24)端：VDD，整个电路的正电源端。2七段锁存-译码-驱动器 CD4511 CD4511 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，它由 4 位锁存器，7 段译码电路和驱动器三布分组成。(1)四位锁存器(LATCH)：它的功能是将输入的 A，B，C 和 D 代码寄存起来，该电路具有锁存功能，在锁存允许端（LE 端，即 LATCHENABLE）控制下起锁存数据的作用。当 LE=1 时，锁存器处于锁存状态，四位锁存器封锁输入，此时它的输出为前一次 LE=0时输入的 BCD 码；当 LE=0 时，锁存器处于选通状态，输出即为输入的代码。由此可见，利用LE 端的控制作用可以将某一时刻的输入 BCD 代码寄存下来，使输出不再随输入变化。-7-(2)七段译码电路：将来自四位锁存器输出的 BCD 代码译成七段显示码输出，MC4511中的七段译码器有两个控制端：LT(LAMP TEST)灯测试端。当 LT=0时，七段译码器输出全 1，发光数码管各段全亮显示；当 LT=1 时，译码器输出状态由 BI 端控制。BI(BLANKING)消隐端。当 BI=0 时，控制译码器为全 0 输出，发光数码管各段熄灭。BI=1 时，译码器正常输出，发光数码管正常显示。上述两个控制端配合使用，可使译码器完成显示上的一些特殊功能。(3)驱动器：利用部设置的 NPN 管构成的射极输出器，加强驱动能力，使译码器输出驱动电流可达 20mA。CD4511 电源电压 VDD的围为 5V-15V，它可与 NMOS 电路或 TTL 电路兼容工作。CD4511 采用 16 引线双列直插式封装，引脚分配和真值表参见图 2。使用 CD451l 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。3七路达林顿驱动器阵列 MC1413 MC1413 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 该电路含有7个集电极开路反相器(也称OC0门)。MC1413电路结构和引脚如图 3 所示，它采用 16 引脚的双列直插式封装。每一驱动器输出端均接有一释放电感负载能量的续流二极管。4高精度低漂移能隙基准电源 MC1403 MC1403 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；噪声小；输入电压围大，稳定性能好,当输入电压从+45V-8-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，y。值在2.475V2.525V 以；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 用 8 条引线双列直插标准封装，如图 4 所示。图 1 数字电压表结构图-9-参数计算积分电阻电容的选择：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，CI一般取 0.1F。RI的选取与量程有关。量程为 2V 时，取 RI为 470k；量程为 200mV 时，取 RI为 27 k。选取 RI和 CI的计算公式如下：RI=UX(MAX)*T/(CI*UC)式中，UC为积分电容上充电电压幅度,UC=VDD-UX(MAX)-U,U=0.5V;T=4000/fclk例如，假定 CI=0.1F，VDD=5V，fCLK=66kHz。当 UX(max)=2V 时，代入上式可得 RI=480k，取 RI=470k。MC14433 设计了自动调零线路，足以保证精确的转换结果。MC14433A/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 86kHz，则每秒可转换 4 次。-10-
