组成数字电压表的原理与应用
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MC14433组成数字电压表的原理与应用
器件介绍:
MC14433是美国Motorola公司推出的单片3 1/2位A/D转换器,其中集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路。具有外接元件少,输入阻抗高,功耗低,电源电压范围宽,精度高等特点,并且具有自动校零和自动极性转换功能,只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器,其主要功能特性如下:
精度:读数的±0.05%±1字
模拟电压输入量程:1.999V和199.9mV两档
转换速率:2-25次/s
输入阻抗:大于1000MΩ
电源电压:±4.8V—±8V
功耗:8mW(±5V电源电压时,典型值)
采用字位动态扫描BCD码输出方式,即千、百、十、个位BCD码分时在Q0—Q3轮流输出,同时在DS1—DS4端输出同步字位选通脉冲,很方便实现LED的动态显示。
应用:
MC14433最主要的用途是数字电压表,数字温度计等各类数字化仪表及计算机数据采集系统的A/D转换接口。
MC14433的引脚说明:
[1]. Pin1(VAG)—模拟地,为高科
技阻输入端,被测电压和基准电压的接
入地。
[2]. Pin2(V R)—基准电压,此引脚
为外接基准电压的输入端。MC14433只要
一个正基准电压即可测量正、负极性的
电压。此外,V R端只要加上一个大于5
个时钟周期的负脉冲(V R),就能够复为至
转换周期的起始点。
[3]. Pin3(Vx)—被测电压的输入端,MC14433属于双
积分型A/D转换器,因而被测电压与基准电压有以下关系:
因此,满量程的Vx=V
R
。当满量程选为1.999V,V
R
可
取2.000V,而当满量程为199.9mV时,V
R
取200.0mV,在实
际的应用电路中,根据需要,V
R
值可在200mV—2.000V之间
选取。
[4]. Pin4-Pin6(R1/C1,C1)—外接积分元件端。
次三个引脚外接积分电阻和电容,积分电容一般选0.1uF聚脂薄膜电容,如果需每秒转换4次,时钟频率选为66kHz,在2.000V满量程时,电阻R1约为470kΩ,而满量程为200mV时,R1取27kΩ。
[5]. Pin7、Pin8(C
01
、C
02
)—外接失调补偿电容端,电容一般也选0.1uF聚脂薄膜电容即可。
[6]. Pin9(DU)—更新显示控制端,此引脚用来控制转换结果的输出。如果在积分器反向积分周期之前,DU端输入一个正跳变脉冲,该转换周期所得到的结果将被送入输出锁存器,经多路开关选择后输出。否则继续输出上一个转换周期所测量的数据。这个作用可用于保存测量数据,若不需要保存数据而是直接输出测量数据,将DU端与EOC引脚直接短接即可。
[7]. Pin10、Pin11(CLK1、CLK0)—时钟外接元件端,MC14433内置了时钟振荡电路,对时钟频率要求不高的场合,可选择一个电阻即可设定时钟频率,时钟频率为66kHz时,外接电阻取300kΩ即可。
若需要较高的时钟频率稳定度,则需采用外接石英晶体或LC电路,参考附图。
[8]. Pin12(V
EE —负电源端。V
EE
是整个电路
的电压最低点,此引脚的电流约为0.8mA,驱动电流并不流经此引脚,故对提供此负电压的电源供给电流要求不高。
[8]. Pin13(Vss)—数字电路的负电源引
脚。Vss工作电压范围为V
DD -5V≥Vss≥V
EE
。除
CLK0外,所有输出端均以Vss为低电平基准。
[9]. Pin14(EOC)—转换周期结束标志位。
每个转换周期结束时,EOC将输出一个正脉冲
信号。
[10]. Pin15( )—过量程标志位,当|Vx|>V
REF
时,输出为低电平。
[11]. Pin16、17、18、19(DS4、DS3、DS2、DS1)—多路选通脉冲输出端。DS1、DS2、DS3和DS4分别对应千位、百位、十位、个位选通信号。当某一位DS信号有效(高电平)时,所对应的数据从Q0、Q1、Q2和Q3输出,两个选通脉冲之间的间隔为2个时钟周期,以保证数据有充分的稳定时间。
[12]. Pin20、21、22、23(Q0、Q1、Q2、Q3)—BCD码数据输出端。该A/D转换器以BCD 码的方式输出,通过多路开关分时选通输出个位、十位、百位和千位的BCD数据。同时在DS1期间输出的千位BCD码还包含过量程、欠量程和极性标志信息,这些信息所代表的意义见下表。
[13]. Pin24(VDD)—正电源电压端。
数显温度计的设计与制作
一、测温探头的工作原理
如图所示的电路中,电阻R1-R3二极管V1-V3,三极管V1构成温度传感器电路。其中,VD1,VD2串接作为测温探头,R1-R3、VD3、V1构成恒流源电路,给测温探头提供恒定的正向电流。
大家知道,半导体二极管的正向电压降取决于正向电流的大小和温度,当正向电流一定时,正向压降随温度的升高而下降。对于普通的硅二极管1N4148而言,具有约-2.1mV/℃的温度系数,当两个1N4148串接时,总的正向压降与温度的关系约为-4.2mV/℃。理论和实降都已证明,在-50℃~+150℃的范围内,二极管的测温精度可达±0.1℃。与其它温度传感器相比,二极管的温度传感器具有灵敏度高、线性好、简便的特点。而且当二极管的正向电流和温度一定的情况下,其正向压降是非常稳定的。
二、测温显示原理
测量探头把待测温度转换为相应的电压后,因为要实现温度的数字显示,就必须有模拟/数字转换装置。在本电路中,是以Motorola公司生产的A/D转换器MC14433为核心。
MC14433是单片CMOS3 1/2双积分型A/D转换器,该A/D转换器的转换精度高达
±0.05%±1字;转换速率为2-25次/秒;输入阻抗大于1000M欧;外围元件少,电路结构简单;量程为1.999V和199.9mV两档;输出8421BCD代码,经译码后实际LED动态扫描显示。MC14433的第2脚为外接基准电压Vref输入端;第3 脚为被测电压Vin输入端;第1脚为模拟地,此端为高阻输入端,是被测电压和基准电压的地;第15脚为过量程输出标志端OR,平时OR为高电平,当|Vin|>Vref 即超过量程时,OR为低电平。被测电压Vin与其准电压Vin
与基准电压Vref成下列比例关系(当小数点定位于4个LED数码管的十位数时):
输出读数=Vin/Vref×199.9
因为MC14433以扫描方式输出数据,所以只需要用一个译码器就能驱动4只共阴极LED 数码管,其中千位数的数码管只接“b、c”两段。4个LED数码管的公共阴级分别由MC1413中的4个达林顿复合晶体管驱动。
负号由千位数的LED数码管“g段”来显示,显示负号的“g段”由MC14433的Q2控制,当输入负电压时(对应温度为0℃以下),Q2=“0”,显示负号的“g段”通过R15欧电阻点亮;当输入正电压时(对应温度为0℃以上),Q2=“1”使MC1413的另一个达林顿复合晶体管把流过R15的电流旁路到地,使显示负号的“g段”熄灭。
小数点固定在十位数的LED数码管,通过R16给小数点“dp”提供电流,使小数点“dp”点亮。
三、调试
调试前先准好0℃冰水各100℃的沸水。
调试方法如下:
1,将调沸点的电位器调最上端,使Vref为最高电压,把二极管测温探头置于0℃的冰水中,调节调沸冰点电位器,使四只LED数码管显示的读数为“00.0”
2,将二极管测温探头置于100℃的沸水中,调节调点电位器,使得四只LED数码管显示的读数为“100.0”,且MC14433的第15脚的0R为高电平。
经过上述调试后,该数显温度计就可以正常工作了,其测温范围是-50℃~150℃.。该数显温度计的测温范围仅受二极管测温探头的限制,若改用其它的温度传感器,则无需变动附图所示电路的其他部分,就可获得不同测温范围的数显温度计。