数字电压表设计_精品文档.ppt

1、 1.1.了解数字电压表的基本构成，熟悉了解数字电压表的基本构成，熟悉3 位半双积分位半双积分 型型A/D转换器转换器MC14433(TC14433)的性能及其的性能及其 引脚功能引脚功能;1.2.掌握通用直流数字电压表的设计方法、测试与调掌握通用直流数字电压表的设计方法、测试与调 试技术。试技术。2.1.2.1.设计实验任务：设计实验任务：设计实验任务：设计实验任务：设计一个设计一个设计一个设计一个3 位半的直流位半的直流数字电压表数字电压表数字电压表数字电压表.2.2.2.2.数字电压表主要指标与功能要求：数字电压表主要指标与功能要求：数字电压表主要指标与功能要求：数字电压表主要指标与功能

2、要求：1)1)直流电压测量范围：直流电压测量范围：直流电压测量范围：直流电压测量范围：-2.02.000V+2.000V2.000V;2)2)具有正负电压具有正负电压具有正负电压具有正负电压极性、极性、极性、极性、测量测量测量测量超量程、小数点显示。超量程、小数点显示。超量程、小数点显示。超量程、小数点显示。数字电压表数字电压表数字电压表数字电压表设计设计 2022/10/3112.2.设计实验任务与要求设计实验任务与要求设计实验任务与要求设计实验任务与要求:1.1.实验目的实验目的实验目的实验目的:2022/10/3123.3.数字电压表的测量原理与主要器件性能分析数字电压表的测量原理与主要

3、器件性能分析数字电压表的测量原理与主要器件性能分析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直流数字电压表的核心器件是一个间接型直流数字电压表的核心器件是一个间接型直流数字电压表的核心器件是一个间接型A/DA/D转换转换转换转换器：器：器：器：3.1.3.1.双积分双积分双积分双积分A/DA/D转换器转换器转换器转换器 1).1).转换方式转换方式转换方式转换方式 ：V-T型间接转换型间接转换ADC。输入的输入的输入的输入的模拟电压信模拟电压信模拟电压信模拟电压信号号号号变换变换变换变换成易于准确测量的成易于准确测量的成易于准确测量的成易于准确测量的时间量时间

4、量时间量时间量，然后在这个，然后在这个，然后在这个，然后在这个时间宽度时间宽度时间宽度时间宽度里用计数器里用计数器里用计数器里用计数器计时计时计时计时，计数，计数，计数，计数结果结果结果结果就是就是就是就是正比于正比于正比于正比于输入输入输入输入模拟电压信模拟电压信模拟电压信模拟电压信号号号号的数字量。的数字量。的数字量。的数字量。2).2).电路结构电路结构电路结构电路结构 :图图-1是这种转换器的原理电路，是这种转换器的原理电路，积分器积分器积分器积分器A1A1:定时信号控制开关定时信号控制开关S2,Qn为不同电平时，为不同电平时，极性相反的输入电压极性相反的输入电压Vx和参考电压和参考电

5、压 VREF将分别加到积分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。过零比较器过零比较器过零比较器过零比较器A2A2:确定积分器的输出电压确定积分器的输出电压V0过零的时刻过零的时刻,V00时时比较器输出比较器输出VC为低电平；当为低电平；当V00时时(t=t=t1)，从过零从过零比较器比较器A2翻转，翻转，输出由输出由低电平低电平跳到跳到高电平高电平打开闸门起，打开闸门起，计数器计数器计数器计数器在在CP作用下从作用下从0开始计数开始计数，经过预定时间，经过预定时间T1=t2-t1(预置数预置数N)以后产生溢出以后产

6、生溢出脉冲，通过逻辑控制电路使开关脉冲，通过逻辑控制电路使开关S1换接换接换接换接基准电压基准电压VR,定时积分定时积分结束结束.Vom=VXT1/RC(=VXN1/Rcfo)第第2积分积分对对对对基准电压基准电压基准电压基准电压进行进行进行进行定值定值定值定值积分积分积分积分:当当t=t2时，积分器时，积分器A1对对基准电压基准电压基准电压基准电压VREF做做反向积分反向积分，其输出电压，其输出电压 VO线性下降。当线性下降。当 VO=0，比较器比较器A2再次翻再次翻转转，S输出由高电平跳变到低电平，闸门关闭停止计数。输出由高电平跳变到低电平，闸门关闭停止计数。定值积分定值积分定值积分定值积

7、分结束时结束时结束时结束时VO=Vom-VREFT/RC，定值积分时间定值积分时间定值积分时间定值积分时间为为 T2=t3-t2=N2/f f0结论：结论：结论：结论：VX VREFN2/N13)3)数字电压表的数字电压表的数字电压表的数字电压表的双积分双积分A/D转换工作原理转换工作原理转换工作原理转换工作原理：2022/10/315多路选择开关多路选择开关多路选择开关多路选择开关锁存器锁存器锁存器锁存器个个个个十十十十百百百百千千千千时钟时钟时钟时钟溢出溢出极性极性判别判别控制逻辑控制逻辑控制逻辑控制逻辑CMOSCMOS模拟电路模拟电路模拟电路模拟电路1515.OR16-1916-19 D

8、S1-DS420-2320-23.Q0-Q3R R9 9.DU1414.EOC.EOCR R2.2.V VREFREF1.1.VAG3 3.Vx图图-2 MC14433的电路结构图的电路结构图1111.CLK01010.CLK14 5 6 7 84 5 6 7 82022/10/316(VAG)电压电压电压电压接地端接地端接地端接地端，(VR)基准电压基准电压基准电压基准电压，外接基准电压端。，外接基准电压端。MC14433的正基准电压可测量正、负电压。的正基准电压可测量正、负电压。VX:被测电压输入端，被测电压输入端，MC14433为双积分为双积分型型A/D转换器，未知电压与基准电压有以下关

9、转换器，未知电压与基准电压有以下关系系:读数读数=(VX/VR)1999.满量程的满量程的Vx=VR。满。满量程量程:1.999V(R1.R1/C1.C1)外接积分电阻电容外接积分电阻电容元件端元件端；(C01、C02)外接失调补偿电容端外接失调补偿电容端(DU)A/D转换结果转换结果输出显示控制端输出显示控制端，如与，如与脚相联，则每次转换结果都显示脚相联，则每次转换结果都显示.(CLK1、CLK0)时钟外接元件时钟外接元件端端,选选择电阻即可设定时钟频率，如时钟频率为择电阻即可设定时钟频率，如时钟频率为66kHz时，外接电阻取时，外接电阻取300k。(VEE:负电源端负电源端负电源端负电源

10、端。VEE的电流约为的电流约为0.8mA，驱，驱动电流并不流经此引脚，对此负电压的电源动电流并不流经此引脚，对此负电压的电源电流要求不高。电流要求不高。(VSS):输出输出信号信号接地端；接地端；(EOC):转换转换周期周期结束结束标示标示输出端输出端.OR过量程过量程标志输出端标志输出端；:多路选通脉冲输入端多路选通脉冲输入端DS4:个个.DS3:十十.DS2:百百.DS1:千位千位.21.22.(23):BCD码码数据输出端数据输出端数据输出端数据输出端.(24):VDD：正电源端正电源端正电源端正电源端4)MC144334)MC14433电路的引脚说明电路的引脚说明电路的引脚说明电路的引

11、脚说明2022/10/317龙龙龙龙从从从从玉玉玉玉数数数数电电电电课课课课件件件件图图图图-3.-3.采用采用采用采用MC14433MC14433的电压表参考电路的电压表参考电路的电压表参考电路的电压表参考电路MC14433MC14433CC4511CC4511MC1413MC1413 千千 百百 十十 个个16 15 14 13 91VAG2VR3VX4R15R1/C6C17CO18CO29DU10CP111CP212VEEVDD24Q323Q222Q121Q320DS119DS218DS317DS416OR15EOC14VSS131 2 3 4 1 2 3 4 5 5 6 7 8 6 7

12、 86D2C1B7A4BI85VYa137Ya137YbYb121266Yc114Yc114Yd102Yd102Ye91Ye91Yf159Yf159Yg1410Yg1410R RR R0.1u0.1u470k-5v+5vMC1403V VX X3 163 16+5v12R R过过量量程程负极性负极性100100100100YgYg2022/10/3183.2.3.2.数字电压表测量电压的转换与显示过程数字电压表测量电压的转换与显示过程数字电压表测量电压的转换与显示过程数字电压表测量电压的转换与显示过程：1).被测直流电压被测直流电压VX经经A/D转换后以转换后以动态扫描动态扫描动态扫描动态扫描

13、形式输出形式输出形式输出形式输出，数字量输出端，数字量输出端Q0 Q1 Q2 Q3 上的数字信号经七段译码器上的数字信号经七段译码器CC4511译码后顺序输出。位选信号译码后顺序输出。位选信号DS1 DS4通过位选开关通过位选开关MC1413分别控制着千分别控制着千/百百/十十/个位上的个位上的4只只LED数数码管的阴极。由于码管的阴极。由于选通选通重复重复频率较高频率较高，看到看到四位数码管四位数码管同时显示同时显示的效果。的效果。2)当参考电压当参考电压VR2V 时时，满量程显示，满量程显示1.999V；VR200mV时，满量程为时，满量程为199.9mV。可以通过选择开关来控制千位和十位

14、数码管的。可以通过选择开关来控制千位和十位数码管的h段段经限流电阻实经限流电阻实现对相应的小数点显示的控制。现对相应的小数点显示的控制。选作自动量程控制！选作自动量程控制！3).最高位最高位(千位千位)显示时，显示时，只接只接LED数码管的数码管的b、c段，段，千位只显示千位只显示1或不显示，或不显示，用用千位千位的的g段段来来显示显示模拟量的模拟量的负值负值(正值不显示正值不显示)，由，由MC14433的的Q2 端端.通过通过MC1413的负极性控制的负极性控制 g段段。4).精密基准电源精密基准电源MC1403:A/D转换采用转换采用MC1403集成精密稳压源作集成精密稳压源作A/D转转换

15、的参考电压，换的参考电压，MC1403的输出电压为的输出电压为 2.5V，电压变化在，电压变化在3 0.6mV.输出输出最大电流为最大电流为10mA。5)MC1413采用采用NPN达林顿复合晶体管的结构达林顿复合晶体管的结构,电流增益大，输入阻抗高，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个集电极开路反个集电极开路反相器（相器（OC门）。门）。MC1413电路为电路为16引脚双列直插式封装。每一驱动器输出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。端均接有一释放电感负载能量的抑制

16、二极管。2022/10/3194.4.数字电压表的安装调试数字电压表的安装调试数字电压表的安装调试数字电压表的安装调试4.1.4.1.数码显示部分的组装与调试数码显示部分的组装与调试数码显示部分的组装与调试数码显示部分的组装与调试 1)先将先将后三位后三位数码管同名笔划段与显示译码数码管同名笔划段与显示译码CC4511的相应输出端连在的相应输出端连在一起，最高位数码管只将一起，最高位数码管只将b、c、g三笔划段接入电路。三笔划段接入电路。2)插好芯片插好芯片CC4511与与MC1413，试将，试将CC4511的输入端的输入端A、B、C、D接接至拨码开关对应的至拨码开关对应的A、B、C、D四个插口处；将四个插口处；将MC1413的的1、2、3、4脚脚接至逻辑开关输出插口上。接至逻辑开关输出插口上。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。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。4.2.4.2.标准电压源的连接和调整：标准电压源的连接和调整：标准电压源的连接和调整：标准电压源的连接和调整：插上插上MC1403基准电源，用标准数字电压表检查输出是否为基准电源，用