数字电压表设计.ppt

*长江大学电工电子实验中心龙从玉 1.1.了解数字电压表的基本构成，熟悉3 位半双积分 型A / D转换器MC14433(TC14433)的性能及其 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 试技术。 2.1.设计实验任务： 设计一个3 位半的直流数字电压表. 2.2.数字电压表主要指标与功能要求： 1)直流电压测量范围：-2.0 00V～ +2.000V; 2)具有正负电压极性、测量超量程、小数点显示。 数字电压表设计 * * 2. 设计实验任务与要求: 1.实验目的:  * * 3. 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A / D转换器： 3.1.双积分A/D转换器 1).转换方式 ：V-T型间接转换ADC。输入的模拟电压信号变换成易于准确测量的时间量，然后在这个时间宽度里用计数器计时，计数结果就是正比于输入模拟电压信号的数字量。 2).电路结构 :图-1是这种转换器的原理电路， ①积分器A1:定时信号控制开关S2,Qn为不同电平时，极性相反的输入电压Vx和参考电压 VREF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τ=RC。  ②过零比较器A2:确定积分器的输出电压V0过零的时刻, V0≥0时比较器输出VC为低电平；当V00时，VC为高电平.输出信号接至时钟控制门(G)作为关门和开门信号 * * 控制电路 N位2进制计数器 QC VA VC - A1积分 + + A2比较 - G闸门电路 时钟源 C VX VREF Vo VOm 0 t1 t2 t T1 T2 图-1 双积分式A/D转换电路及波形图 S1 S2 Vo ③计数器和定时器 :由n+1个触发器FF0～FFn-1串联组成n级计数器。 对输入时钟脉冲CP计数，以便把与输入电压平均值成正比的时间间隔转变成数字信号输出。当计数到2n个时钟脉冲时，FF0～FFn-1均回到0态，而FFn翻转到1态，Qn=1后开关 S1从位置A转接到B。 ④时钟脉冲控制门:时钟脉冲源标准周期Tc，作为测量时间间隔的标准时间。当vC=1时，门打开，时钟脉冲通过门加到触发器FF0的输入端。 t3 * * 双积分A/D转换就是在一个测量周期内，先对被测电压进行定时积分，再对基准电压进行定值积分，通过积分比较，确定被测电压值正比于时钟脉冲计数量。 ①清零:控制电路提供CR信号使计数器清零，同时使开关S1闭合，待积分电容放电完毕后，再使S1断开。 ②第1积分对被测电压进行定时积分：当t=t0时，开关S1接通对被测电压VX ，积分器A1对VX正向积分，输出电压 VO上升， 当VO0时(t= t=t1)，从过零比较器A2翻转，输出由低电平跳到高电平打开闸门起，计数器在CP作用下从0开始计数，经过预定时间T1= t2-t1(预置数N)以后产生溢出脉冲，通过逻辑控制电路使开关S1换接基准电压VR,定时积分结束. Vom=VXT1/RC(=VXN1/Rcfo) ③第2积分对基准电压进行定值积分:当t=t2时，积分器A1对基准电压VREF做反向积分 ，其输出电压 VO线性下降。当 VO=0，比较器A2再次翻转，S输出由高电平跳变到低电平，闸门关闭停止计数。定值积分结束时VO=Vom-VREFT/RC，定值积分时间为 T2=t3-t2=N2/f 0 ④结论：VX＝ VREFN2/N1 3)数字电压表的双积分A/D转换工作原理： * * 多路选择开关 锁存器 个 十 百 千 时钟 溢出 极性判别 控制逻辑 CMOS模拟电路 ?? 15.OR 16-19 DS1-DS4 20-23.Q0-Q3 9.DU ?? 14.EOC 2.VREF 1.VAG 3.Vx 图-2 MC14433的电路结构图 11.CLK0 10.CLK1 4 5 6 7 8 * * ???????? ①(VAG)—电压接地端，②(VR)—基准电压，外接基准电压端。MC14433的正基准电压可测量正、负电压。 ③VX :被测电压输入端，MC14433为双积分型A/D转换器，未知电压与基准电压有以下关系:读数=(VX/VR)1999. 满量程的Vx=VR。满量程:1.999V ④⑤⑥ (R1.R1/C1.C1)—外接积分电阻电容元件端 ； ⑦⑧(C01、C02)—外接失调补偿电容端 ⑨(DU)—A/D转换结果输出显示控制端，如与⒁脚相联，则每次转换结果都显示. ⑩⑾ (