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MC14433 CD4511 MC1413 MC1403 应用数字电压表电路图

发布时间:2009-10-24 17:53:35  来源:资料室    作者:   更新20200330 113504

 

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—位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 位数字电压表,  位是指十进制数0000~1999。所谓3位是指个位、十位、百位,其数字范围均为0~9,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: 位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:
 
位数字电压表通过位选信号DS1~DS4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。DS1~DS4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Q0~Q3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,Q0~Q3输出BCD全位数据,即以8421码方式输出对应的数字0~9.在DS1选通期间,Q0~Q3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Q0~Q3的输出内容如下:
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UX>0,Q2的电平为0,表示极性为负,即UX<0。显示数的负号(负电压)由MC1413中的一只晶体管控制,符号位的“-’阴极与千位数阴极接在一起,当输入信号UX为负电压时,Q2端输出置“0”, Q2 负号控制位使得驱动器不工作,通过限流电阻RM 使显示器的“-”(即g 段)点亮;当输入信号UX为正电压时,Q2端输出置“1”,负号控制位使达林顿驱动器导通,电阻RM接地,使“-”旁路而熄灭。小数点显示是由
正电源通过限流电阻RDP供电燃亮小数点。若量程不同则选通对应的小数点。过量程是当输入电压UX超过量程范围时,输出过量程标志信号OR

OR = 0 时,|UX|>1999,则溢出。|UX|>UROR 输出低电平。
OR = 1时,表示|UX|<UR 。平时OR输出为高电平,表示被测量在量程内。
MC14433的OR端与MC4511的消隐端BI 直接相连,当UX超出量程范围时,OR输出低电平,即OR = 0 →BI = 0 ,MC4511译码器输出全0,使发光数码管显示数字熄灭,而负号和小数点依然发亮。

                       图1 位数显电压表电路图

位A/D转换器MC14433
在数字仪表中,MC14433电路是一个低功耗 
位双积分式A/D转换器。和其它典型的双积分A/D转换器类似,MC14433A/D转换器由积分器、比较器、计数器和控制电路组成。如果必要设计应用者可参考相关参考书。使用MC14433时只要外接两个电阻(分别是片内RC 振荡器外接电阻和积分电阻RI)和两个电容(分别是积分电容CI和自动调零补偿电容C0)就能执行  位的A/D转换。
MC14433内部模拟电路实现了如下功能:1)提高A/D 转换器的输入阻抗,使输入阻抗可达l00MΩ以上;2)和外接的RI、CI构成一个积分放大器,完成V/T 转换即电压—时间的转换;3)构造了电压比较器,完成“0”电平检出,将输入电压与零电压进行比较,根据两者的差值决定极性输出是“1”还是“0”。比较器的输出用作内部数字控制电路的一个判别信号;4)与外接电容器C0构成自动调零电路。

除“模拟电路”以外,MC14433 内部含有四位十进制计数器,对反积分时间进行3位半BCD码计数(0~1999),并锁存于  位十进制代码数据寄存器,在控制逻辑和实时取数信号(DU)作用下,实现A/D转换结果的锁定和存储。借助于多路选择开关,从高位到低位逐位输出BCD码Q0~Q3,并输出相应位的多路选通脉冲标志信号DS1~DS4实现  位数码的扫描方式(多路调制方式)输出。

MC14433内部的控制逻辑是A/D 转换的指挥中心,它统一控制各部分电路的工作。根据比较器的输出极性接通电子模拟开关,完成A/D转换各个阶段的开关转换,产生定时转换信号以及过量程等功能标志信号。在对基准电压VREF 进行积分时,控制逻辑令4位计数器开始计数,完成A/D 转换。

MC14433内部具有时钟发生器,它通过外接电阻构成的反馈,井利用内部电容形成振荡,产生节拍时钟脉冲,使电路统一动作,这是一种施密特触发式正反馈RC 多谐振荡器,一般外接电阻为360kΩ时,振荡频率为100kHz;当外接电阻为470kΩ时,振荡频率则为66kHz,当外接电阻为750kΩ时,振荡频率为50kHz。若采用外时钟频率。则不要外接电阻,时钟频率信号从CPI(10脚)端输入,时钟脉冲CP 信号可从CPO(原文资料为CLKO)(11脚)处获得。MC14433内部可实现极性检测,用于显示输入电压UX 的正负极性;而它的过载指示(溢出)的功能是当输入电压Vx 超出量程范围时,输出过量程标志OR(低有效)。

MC14433是双斜率双积分A/D 转换器,采用电压—时间间隔(V/T)方式,通过先后对被测模拟量电压UX和基准电压VREF 的两次积分,将输入的被测电压转换成与其平均值成正比的时间间隔,用计数器测出这个时间间隔对应的脉冲数目,即可得到被测电压的数字值。双积分过程可以做如下概要理解:

首先对被测电压UX 进行固定时间T1、固定斜率的积分,其中T1=4000Tcp。显然,不同的输入电压积分的结果不同(不妨理解为输出曲线的高度不同)。然后再以固定电压VREF 以及由RI,CI所决定的积分常数按照固定斜率反向积分直至积分器输出归零,显然对于上述一次积分过程形成的不同电压而言,这一次的积分时间必然不同。于是对第二次积分过程历经的时间用时钟脉冲计数,则该数N就是被测电压对应的数字量。由此实现了A/D转换。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0.1μF。RI的选取与量程有关,量程为2V时,取RI为470kΩ;量程为200mV时,取RI为27kΩ。
选取RI 和CI 的计算公式如下:

式中,ΔUC为积分电容上充电电压幅度,
ΔUC = VDD - UX(max) - ΔU,ΔU = 0.5V,


例如,假定CI=0.1μF,VDD=5V,fCLK=66kHz。当UX(max)=2V 时,代入上式可得RI=480kΩ,取RI=470kΩ。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。

MC14433 采用24引线双列直插式封装,外引线排列,参考图1的引脚标注,各主要引脚功能说明如下:
(1) 端:VAG,模拟地,是高阻输入端,作为输入被测电压UX和基准电压VREF的参考点地。
(2) 端:RREF,外接基准电压输入端。
(3) 端:UX,是被测电压输入端。
(4) 端:RI,外接积分电阻端。
(5) 端:RI/CI,外接积分元件电阻和电容的公共接点。
(6) 端,C1,外接积分电容端,积分波形由该端输出。
(7) 和 (8) 端:C01和C02,外接失调补偿电容端。推荐外接失调补偿电容C0取0.1μF。
(9) 端:DU,实时输出控制端,主要控制转换结果的输出,若在双积分放电周期即阶段5开始前,在DU端输入一正脉冲,则该周期转换结果将被送入输出锁存器并经多路开关输出,否则输出端继续输出锁存器中原来的转换结果。若该端通过一电阻和EOC 短接,则每次转换的结果都将被输出。
(10) 端:CPI (CLKI),时钟信号输入端。
(11) 端:CPO (CLKO),时钟信号输出端。
(12) 端:VEE,负电源端,是整个电路的电源最负端,主要作为模拟电路部分的负电源,该端典型电流约为0.8mA,所有输出驱动电路的电流不流过该端,而是流向VSS端。
(13) 端:VSS 负电源端.
(14) 端:EOC,转换周期结束标志输出端,每一A/D转换周期结束,EOC端输出一正脉冲,其脉冲宽度为时钟信号周期的1/2。
(15) 端:OR ,过量程标志输出端,当|UX|>VREF 时,OR输出低电平,正常量程OR为高电平。
(16)~(19) 端:对应为DS4~DS1,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。
(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:利用内部设置的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的范围为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.该电路内含有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:
① 温度系数小;② 噪声小;③ 输入电压范围大,稳定性能好,当输入电压从+4.5V变化到+15V时,输出电压值变化量小于3mV;④输出电压值准确度较高,y。值在2.475V~2.525V 以内;⑤ 压差小,适用于低压电源;⑥ 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2 CD4511 引脚功能图及其真值表

 

 图3 MC1413管脚功能图及内部结构                    图4 MC1403引脚功能图


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  • 数字电压表电路精度? 匿名 于2017-04-27 21:23:07发布
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