三位半電壓表電路的設(shè)計(jì)

.z......資料....量程轉(zhuǎn)換模塊OutputOutput采用多量程選擇的分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，可設(shè)計(jì)四個(gè)分壓電阻大小分別為900KΩ，90KΩ，9KΩ和1KΩ。用無觸點(diǎn)模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)量程的切換?；鶞?zhǔn)電壓模塊這個(gè)模塊由MC1403和電位器構(gòu)成,提供精細(xì)電壓，供A/D轉(zhuǎn)換器作參考電壓.31/2位A/D電路模塊直流數(shù)字電壓表的核心器件是一個(gè)間接型A/D轉(zhuǎn)換器，這個(gè)模塊由MC14433和積分元件構(gòu)成,將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。字形譯碼驅(qū)動(dòng)電路模塊這個(gè)模塊由MC4511構(gòu)成,將二—十進(jìn)制(BCD)碼轉(zhuǎn)換成七段信號(hào)。顯示電路模塊這個(gè)模塊由LG5641AH構(gòu)成,將譯碼器輸出的七段信號(hào)進(jìn)展數(shù)字顯示，讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果?！?〕實(shí)驗(yàn)芯片簡介：數(shù)字顯示電壓表將被測模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并進(jìn)展實(shí)時(shí)數(shù)字顯示。該系統(tǒng)〔如圖1所示〕可采用MC14433—三位半A/D轉(zhuǎn)換器、MC1413七路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器陣列、CD4511BCD到七段鎖存-譯碼-驅(qū)動(dòng)器、能隙基準(zhǔn)電源MC1403和共陰極LED發(fā)光數(shù)碼管組成。本系統(tǒng)是三位半數(shù)字電壓表,三位半是指十進(jìn)制數(shù)0000～1999。所謂3位是指個(gè)位、十位、百位，其數(shù)字圍均為0～9，而所謂半位是指千位數(shù)，它不能從0變化到9，而只能由0變到l，即二值狀態(tài)，所以稱為半位。各局部的功能如下：

三位半A/D轉(zhuǎn)換器(MC14433)：將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

基準(zhǔn)電源(MC1403)：提供精細(xì)電壓，供A/D轉(zhuǎn)換器作參考電壓。

譯碼器(MC4511)：將二—十進(jìn)制(BCD)碼轉(zhuǎn)換成七段信號(hào)。

驅(qū)動(dòng)器(MC1413)：驅(qū)動(dòng)顯示器的a，b，c，d，e，f，g七個(gè)發(fā)光段，驅(qū)動(dòng)發(fā)光數(shù)碼管(LED)進(jìn)展顯示。顯示器：將譯碼器輸出的七段信號(hào)進(jìn)展數(shù)字顯示，讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。工作過程如下：

三位半數(shù)字電壓表通過位選信號(hào)DS1～DS4進(jìn)展動(dòng)態(tài)掃描顯示，由于MC14433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。DS1～DS4輸出多路調(diào)制選通脈沖信號(hào)。DS選通脈沖為高電平時(shí)表示對(duì)應(yīng)的數(shù)位被選通，此時(shí)該位數(shù)據(jù)在Q0～Q3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脈沖完畢后，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(MSD)，DS4則對(duì)應(yīng)最低位(LSD)。在對(duì)應(yīng)DS2，DS3和DS4選通期間，Q0～Q3輸出BCD全位數(shù)據(jù)，即以8421碼方式輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字0～9．在DS1選通期間，Q0～Q3輸出千位的半位數(shù)0或l及過量程、欠量程和極性標(biāo)志信號(hào)。在位選信號(hào)DS1選通期間Q0～Q3的輸出容如下：Q3表示千位數(shù)，Q3=0代表千位數(shù)的數(shù)宇顯示為1，Q3=1代表千位數(shù)的數(shù)字顯示為0。Q2表示被測電壓的極性，Q2的電平為1，表示極性為正，即U*>0；Q2的電平為0，表示極性為負(fù)，即U*<0。顯示數(shù)的負(fù)號(hào)(負(fù)電壓)由MC1413中的一只晶體管控制，符號(hào)位的“-’陰極與千位數(shù)陰極接在一起，當(dāng)輸入信號(hào)U*為負(fù)電壓時(shí)，Q2端輸出置“0”，Q2負(fù)號(hào)控制位使得驅(qū)動(dòng)器不工作，通過限流電阻RM使顯示器的“-〞(即g段)點(diǎn)亮；當(dāng)輸入信號(hào)U*為正電壓時(shí)，Q2端輸出置“1”，負(fù)號(hào)控制位使達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器導(dǎo)通，電阻RM接地，使“-〞旁路而熄滅。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)。假設(shè)量程不同則選通對(duì)應(yīng)的小數(shù)點(diǎn)。過量程是當(dāng)輸入電壓U*超過量程圍時(shí)，輸出過量程標(biāo)志信號(hào)。當(dāng)Q3=0,Q0=1時(shí)，表示U*處于過量程狀態(tài)；當(dāng)Q3=1，Q0=1時(shí)，表示U*處于欠量程狀態(tài)。當(dāng)=0時(shí)，|U*|>1999，則溢出。|U*|>UR則輸出低電平。當(dāng)=1時(shí)，表示|U*|<UR。平時(shí)OR輸出為高電平，表示被測量在量程。MC14433的端與MC4511的消隱端直接相連，當(dāng)U*超出量程圍時(shí)，輸出低電平，即=0→=0，MC4511譯碼器輸出全0，使發(fā)光數(shù)碼管顯示數(shù)字熄滅，而負(fù)號(hào)和小數(shù)點(diǎn)依然發(fā)亮。1.三位半A／D轉(zhuǎn)換器MC14433在數(shù)字儀表中，MC14433電路是一個(gè)低功耗三位半雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器。和其它典型的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器類似，MC14433A/D轉(zhuǎn)換器由積分器、比較器、計(jì)數(shù)器和控制電路組成。如果必要設(shè)計(jì)應(yīng)用者可參考相關(guān)參考書。使用MC14433時(shí)只要外接兩個(gè)電阻(分別是片RC振蕩器外接電阻和積分電阻RI)和兩個(gè)電容(分別是積分電容CI和自動(dòng)調(diào)零補(bǔ)償電容C0)就能執(zhí)行三位半的A/D轉(zhuǎn)換。

MC14433部模擬電路實(shí)現(xiàn)了如下功能：〔1〕提高A/D轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗，使輸入阻抗可達(dá)l00MΩ以上；〔2〕和外接的RI、CI構(gòu)成一個(gè)積分放大器，完成V/T轉(zhuǎn)換即電壓—時(shí)間的轉(zhuǎn)換；〔3〕構(gòu)造了電壓比較器，完成“0”電平檢出，將輸入電壓與零電壓進(jìn)展比較，根據(jù)兩者的差值決定極性輸出是“1”還是“0”。比較器的輸出用作部數(shù)字控制電路的一個(gè)判別信號(hào)；〔4〕與外接電容器C0構(gòu)成自動(dòng)調(diào)零電路。除“模擬電路〞以外，MC14433部含有四位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，對(duì)反積分時(shí)間進(jìn)展3位半BCD碼計(jì)數(shù)(0～1999)，并鎖存于三位半十進(jìn)制代碼數(shù)據(jù)存放器，在控制邏輯和實(shí)時(shí)取數(shù)信號(hào)(DU)作用下，實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的鎖定和存儲(chǔ)。借助于多路選擇開關(guān)，從高位到低位逐位輸出BCD碼Q0～Q3，并輸出相應(yīng)位的多路選通脈沖標(biāo)志信號(hào)DS1～DS4實(shí)現(xiàn)三位半數(shù)碼的掃描方式〔多路調(diào)制方式〕輸出。MC14433部的控制邏輯是A/D轉(zhuǎn)換的指揮中心，它統(tǒng)一控制各局部電路的工作。根據(jù)比較器的輸出極性接通電子模擬開關(guān)，完成A/D轉(zhuǎn)換各個(gè)階段的開關(guān)轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生定時(shí)轉(zhuǎn)換信號(hào)以及過量程等功能標(biāo)志信號(hào)。在對(duì)基準(zhǔn)電壓VREF進(jìn)展積分時(shí)，控制邏輯令4位計(jì)數(shù)器開場計(jì)數(shù)，完成A/D轉(zhuǎn)換。MC14433部具有時(shí)鐘發(fā)生器，它通過外接電阻構(gòu)成的反響，井利用部電容形成振蕩，產(chǎn)生節(jié)拍時(shí)鐘脈沖，使電路統(tǒng)一動(dòng)作，這是一種施密特觸發(fā)式正反響RC多諧振蕩器，一般外接電阻為360kΩ時(shí)，振蕩頻率為100kHz；當(dāng)外接電阻為470kΩ時(shí)，振蕩頻率則為66kHz，當(dāng)外接電阻為750kΩ時(shí)，振蕩頻率為50kHz。假設(shè)采用外時(shí)鐘頻率。則不要外接電阻，時(shí)鐘頻率信號(hào)從CPI(10腳)端輸入，時(shí)鐘脈沖CP信號(hào)可從CPO(原文資料為CLKO)(11腳)處獲得。MC14433部可實(shí)現(xiàn)極性檢測，用于顯示輸入電壓U*的正負(fù)極性；而它的過載指示(溢出)的功能是當(dāng)輸入電壓V*超出量程圍時(shí)，輸出過量程標(biāo)志OR〔低有效〕。MC14433是雙斜率雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，采用電壓—時(shí)間間隔(V/T)方式，通過先后對(duì)被測模擬量電壓U*和基準(zhǔn)電壓VREF的兩次積分，將輸入的被測電壓轉(zhuǎn)換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔，用計(jì)數(shù)器測出這個(gè)時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)目，即可得到被測電壓的數(shù)字值。雙積分過程可以做如下概要理解：首先對(duì)被測電壓U*進(jìn)展固定時(shí)間T1、固定斜率的積分，其中T1=4000Tcp。顯然，不同的輸入電壓積分的結(jié)果不同〔不妨理解為輸出曲線的高度不同〕。然后再以固定電壓VREF以及由RI,CI所決定的積分常數(shù)按照固定斜率反向積分直至積分器輸出歸零，顯然對(duì)于上述一次積分過程形成的不同電壓而言，這一次的積分時(shí)間必然不同。于是對(duì)第二次積分過程歷經(jīng)的時(shí)間用時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，則該數(shù)N就是被測電壓對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。由此實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。積分電阻電容的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際條件而定。假設(shè)時(shí)鐘頻率為66kHz，CI一般取0.1μF。RI的選取與量程有關(guān)，量程為2V時(shí)，取RI為470kΩ；量程為200mV時(shí)，取RI為27kΩ。選取RI和CI的計(jì)算公式如下：式中，ΔUC為積分電容上充電電壓幅度,ΔUC=VDD-U*(ma*)-ΔU,ΔU=0.5V,例如，假定CI=0.1μF，VDD=5V，fCLK=66kHz。當(dāng)U*(ma*)=2V時(shí)，代入上式可得RI=480kΩ，取RI=470kΩ。MC14433設(shè)計(jì)了自動(dòng)調(diào)零線路，足以保證準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換結(jié)果。MC14433A/D轉(zhuǎn)換周期約需16000個(gè)時(shí)鐘脈沖數(shù)，假設(shè)時(shí)鐘頻率為48kHz，則每秒可轉(zhuǎn)換3次，假設(shè)時(shí)鐘頻率為86kHz，則每秒可轉(zhuǎn)換4次。MC14433采用24引線雙列直插式封裝，外引線排列，參考圖1的引腳標(biāo)注，各主要引腳功能說明如下：

(1)端：VAG，模擬地，是高阻輸入端，作為輸入被測電壓U*和基準(zhǔn)電壓VREF的參考點(diǎn)地。

(2)端：RREF，外接基準(zhǔn)電壓輸入端。

(3)端：U*，是被測電壓輸入端。

(4)端：RI，外接積分電阻端。

(5)端：RI/CI，外接積分元件電阻和電容的公共接點(diǎn)。

(6)端，C1，外接積分電容端，積分波形由該端輸出。

(7)和(8)端：C01和C02，外接失調(diào)補(bǔ)償電容端。推薦外接失調(diào)補(bǔ)償電容C0取0.1μF。

(9)端：DU，實(shí)時(shí)輸出控制端，主要控制轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出，假設(shè)在雙積分放電周期即階段5開場前，在DU端輸入一正脈沖，則該周期轉(zhuǎn)換結(jié)果將被送入輸出鎖存器并經(jīng)多路開關(guān)輸出，否則輸出端繼續(xù)輸出鎖存器中原來的轉(zhuǎn)換結(jié)果。假設(shè)該端通過一電阻和EOC短接，則每次轉(zhuǎn)換的結(jié)果都將被輸出。

(10)端：CPI(CLKI)，時(shí)鐘信號(hào)輸入端。

(11)端：CPO(CLKO)，時(shí)鐘信號(hào)輸出端。

(12)端：VEE，負(fù)電源端，是整個(gè)電路的電源最負(fù)端，主要作為模擬電路局部的負(fù)電源，該端典型電流約為0.8mA，所有輸出驅(qū)動(dòng)電路的電流不流過該端，而是流向VSS端。

(13)端：VSS負(fù)電源端．

(14)端：EOC，轉(zhuǎn)換周期完畢標(biāo)志輸出端，每一A/D轉(zhuǎn)換周期完畢，EOC端輸出一正脈沖，其脈沖寬度為時(shí)鐘信號(hào)周期的1/2。

(15)端：OR，過量程標(biāo)志輸出端，當(dāng)|U*|>VREF時(shí)，OR輸出低電平，正常量程OR為高電平。

(16)～(19)端：對(duì)應(yīng)為DS4～DS1，分別是多路調(diào)制選通脈沖信號(hào)個(gè)位、十位、百位和千位輸出端，當(dāng)DS端輸出高電平時(shí)，表示此刻Q。～Q3輸出的BCD代碼是該對(duì)應(yīng)位上的數(shù)據(jù)。

(20)～〔23〕端：對(duì)應(yīng)為Q0-Q3，分別是A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)輸出BCD代碼的最低位(LSB)、次低位、次高位和最高位輸出端。

(24)端：VDD，整個(gè)電路的正電源端。2．七段鎖存-譯碼-驅(qū)動(dòng)器CD4511CD4511是專用于將二-十進(jìn)制代碼(BCD)轉(zhuǎn)換成七段顯示信號(hào)的專用標(biāo)準(zhǔn)譯碼器，它由4位鎖存器，7段譯碼電路和驅(qū)動(dòng)器三布分組成。

(1)四位鎖存器(LATCH)：它的功能是將輸入的A，B，C和D代碼存放起來，該電路具有鎖存功能，在鎖存允許端〔LE端，即LATCHENABLE〕控制下起鎖存數(shù)據(jù)的作用。

當(dāng)LE=1時(shí)，鎖存器處于鎖存狀態(tài)，四位鎖存器封鎖輸入，此時(shí)它的輸出為前一次LE=0時(shí)輸入的BCD碼；

當(dāng)LE=0時(shí)，鎖存器處于選通狀態(tài)，輸出即為輸入的代碼。

由此可見，利用LE端的控制作用可以將*一時(shí)刻的輸入BCD代碼存放下來，使輸出不再隨輸入變化。

(2)七段譯碼電路：將來自四位鎖存器輸出的BCD代碼譯成七段顯示碼輸出，MC4511中的七段譯碼器有兩個(gè)控制端：

①LT(LAMPTEST)燈測試端。當(dāng)LT=0時(shí)，七段譯碼器輸出全1，發(fā)光數(shù)碼管各段全亮顯示；當(dāng)LT=1時(shí)，譯碼器輸出狀態(tài)由BI端控制。

②BI(BLANKING)消隱端。當(dāng)BI=0時(shí)，控制譯碼器為全0輸出，發(fā)光數(shù)碼管各段熄滅。BI=1時(shí)，譯碼器正常輸出，發(fā)光數(shù)碼管正常顯示。

上述兩個(gè)控制端配合使用，可使譯碼器完成顯示上的一些特殊功能。

(3)驅(qū)動(dòng)器：利用部設(shè)置的NPN管構(gòu)成的射極輸出器，加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，使譯碼器輸出驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)20mA。CD4511電源電壓VDD的圍為5V-15V，它可與NMOS電路或TTL電路兼容工作。

CD4511采用16引線雙列直插式封裝，引腳分配和真值表參見圖2。

使用CD451l時(shí)應(yīng)注意輸出端不允許短路，應(yīng)用時(shí)電路輸出端需外接限流電阻。3．七路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器陣列MC1413

MC1413采用NPN達(dá)林頓復(fù)合晶體管的構(gòu)造，因此具有很高的電流增益和很高的輸入阻抗，可直接承受MOS或CMOS集成電路的輸出信號(hào)，并把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成足夠大的電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載．該電路含有7個(gè)集電極開路反相器(也稱OC0門)。MC1413電路構(gòu)造和引腳如圖3所示，它采用16引腳的雙列直插式封裝。每一驅(qū)動(dòng)器輸出端均接有一釋放電感負(fù)載能量的續(xù)流二極管。4．高精度低漂移能隙基準(zhǔn)電源MC1