多路数据实时监控系统

多路数据实时监控系统

一、实验目的

1．学会一种小型电子系统—多路数据巡回检测、实时监控与显示电路的一般设计方法。

2．掌握模拟、数字、A/D、D/A等电路的综合应用技巧。

3．熟悉并掌握相关集成器件的性能参数及应用。

二、设计原理

多路数据实时监控系统常用于自动化工业生产或大型设备（如激光器）中，经常需要对生产过程或运行状态的各种工作参数（如压力、温度、流量、电压、电流等）实时的巡回检测、监视并报警，以确保系统的稳定可靠性。

（一）电路组成与框图

本课题介绍的多路数据实时监控系统要求不间断地分别对温度、电压输入实时地进行检测、监控并实现报警等功能，并对输入的温度、电压通过A/D转换显示。框图如5-8-1图所示。图中三路模拟信号分别为温度（T），直流电压（VDC），交流电压（V AC）。

电路分为温度测量与显示，温度传感比较报警，电压比较报警，多路数据检测，A/D转换、译码显示等几部分组成。

图5-8-1 多路数据实时监控系统框图

（二）原理分析与设计

1．A/D转换

A/D转换器是将模拟电压或电流转换成数字量的器件或设备，它是模拟系统与数字系统或计算机之间的借口。A/D转换的实现方法有多种，常用的有：积分式、逐次比较式、并行比较式和二进制胁迫式（又称为计数式）、量化反馈式等。在该电路中使用的是3-1/2位双积分式A/D转换器MC14433。

MC14433采用双积分原理完成A/D转换，全部转换电路用CMOS大规模集成电路技术设计，具有功耗低、精度高、功能完整、使用简单及与微机或其他数字电路兼容等优点。

特性

转换精度：读数的±0.05%±1字

电压量程：1.999V和199.9mV两档。量程的扩展通过外加控制电路实现。

转换速率：4~10Hz,相应时钟频率变化范围为50~150kHz。

输入阻抗：大于100MΩ。

工作电压范围：±4.5~±8V或9~16V.

典型功耗：当电压为±5V时，功耗为8mW.

外型封装：24引脚双列直插式。

片内具有自动极性转换和自动调零功能。

有过量程和欠量程标志信号输出，配上控制电路可以完成自动量程切换。

片内提供时钟脉冲发生电路，使用时只需外接一电阻，也可以使用外部输入时钟。时钟频率范围为50~150kHz。

外接单一正电压基准，基准电压值和量程有关。当量称为1.999V时，基准电压为2V;当量程为199.9mV时，基准电压为200mV。

转换结果输出形式为经过多路条值得BCD码，并有多路调制选通脉冲输出，通过外接译码电路可实现LED动态扫描显示或LCD显示。

电路结构与引脚功能

MC14433组成中的模拟部分电路结构如图5-8-2所示。

V V

V

S

1-4

图5-8-2

在时序逻辑电路控制下，10余个开关协调工作，构成了6个轮流工作阶段。这6个阶段的作用分别对应图5-8-3中的6种波形：

启动

正电压输入

负电压输入

图5-8-3

1——模拟校零；2——数字晓玲（检测与存储比较器失调电压对应的数字）；3——模拟校零；4——对输入信号采样积分；5——数字校零（补偿比较器失调电压）；6——对参考电压回积。图5-8-4为MC14433的整个电路结构框图，图5-8-5是其引脚图。由图可知，使用时只要外接两个合适的电阻和两个合适的电容就能进行3-1/2位的A/D转换。为了适合电池供电，MC14433的二十进制转换码采用数据轮流扫描输出的方式，因而只需一块7段译码期限是3-1/2位十进制数，大大节省了外部电路的数量和显示电路功耗，这对LED显示的数字表特别有利。这里要注意的是，MC14433的输出数据线和位扫线无三态特性，因此与微机接口时不能直接连接到数据总线上去，而要通过I/C芯片接口。

11

转换完成

显示数据刷新

图5-8-4

V 4 R C 3 2 1

R

10

1

2

3

图 5-8-5

MC14433的引脚功能为：

1端：V AG，模拟地，为高阻抗输入端，作为输入被测电压V x和基准电压V R的地。

2端：V R，基准电压，为外接基准电压输入端，若此端加一个大于5个时钟周期的负脉冲（V EE 电平）；则系统复位到转换周期的起点。

3端：V x，输入被测电压，为被测电压输入端。

4端：R1，外接积分电阻端。

5端：R1/C1,外接积分元件端。

6端：C1，外接积分元件端，积分波形输出端。

7端：C01，外接失调补偿电容端。

8端：C02，外接失调补偿电容端。

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DU端输入一正脉冲，则该转换周期所得到的转换结果将被送入输出锁存器经多路开关输出，否则输出端就继续输出锁存器原来的转换结果。在使用中，若该端和14端（EOC）输出连接，则每一转换周期的结果都将被输出。

10、11端：CLKI、CLKO，时钟信号输入、输出端。

12端：V EE，负电源端。V EE是整个电路的电源负端，主要作为内部模拟部分的电源，所有输出驱动电路的电流不流过该端，而是流向V SS端。

13端：V SS，数字地。

14端：EOC，转换周期结束标志输出。每个A/D转换周期结束时，EOC端输出一正脉冲，宽度为时钟信号周期的1/2。

15端：OR,溢出标志输出。当|V x|>V R时，OR时输出低电平，平时OR位高电平。

16、17、18、19端：DS4、DS3、DS2、DS1，多路调制选通脉冲信号输出的个位、十位、百位、千位。

20、21、22、23端：Q0、Q1、Q2、Q3，A/D转换结果输出信号（BCD码），Q0为MSB 位。

24端：V DD ,正电源端。