基于MC14433数字电压表的设计

题目一数字式电压表

功能分析

A/D转换及数字显示部分将输入电压转化为数字量，并输出显示。这部分主要由以下几部分构成：3位半A/D转换单元电路(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。

要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器1.精度：读数的±0.05%±1字2.模拟电压输入量程：1.999V和199.9mV两档 3.转换速率：2-25次/s 4.输入阻抗：大于1000MΩ 6.功耗：8mW（±5V电源电压时，典型值）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，为高阻输入端，被测电压和基准电压的接入地。

[2]. Pin2(VR)—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，VR端只要加上一个大于5个时钟周期的负脉冲(VR)，就能够复位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：

[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(C01、C02)—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(VEE—负电源端。VEE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。

[9]. Pin13(Vss)—数字电路的负电源引脚。Vss工作电压范围为VDD-5V≥Vss≥VEE。除CLK0外，所有输出端均

以Vss为低电平基准。

[10]. 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。

[11]. Pin15（OR非）—过量程标志位，当|Vx|>VREF时，输出为低电平。

[12]. 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。

[13]. 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。

),基准电源单元电路MC1403（MC1403是美国motorola生产的一种新型的参考电压器件，它是利用一个负温度系数的基射结正向电压VBE与正温度系数的工作在不同电流密度下，两个晶体管基射结电压差△VBE相加而形成的零温度系数的参考电压源。

功能配置

MC1403 是高精度低漂移能隙基准电源，它的输出电压的温度系数为零，即输出电压与温度无关。

MC1403用8条引线双列直插标准封装。

MC1403引脚图（PCB 库）MC1403的主要特性如下：

输出电压2.475V～2.525V（2.5V±1%）

最小输入电压4.5V（4.5～15V）3mV

负载调整率（0～10mA）1OmV

产品特色

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。

）、位选驱动电

路( MC1413是由美国motorola公司生产的达林顿陈列反向驱动器，

MC1413，由七个硅NPN达林顿管（达林顿管就是两个三极管接在一起，极性只认前面的三极管。具体接法如下，以两个相同极性的三极管为例，前面三极管集电极跟后面三极管集电极相接，前面三极管发射极跟后面三极管基极

相接，前面三极管功率一般比后面三极管小，前面三极管基极为达林顿管基极，后面三极管发射极为达林顿管发射极，

用法跟三极管一样，放大倍数是两个三极管放大倍数的乘积。达林顿管又称复合管。他将两个三极管串联，以组成一只

等效的新的三极管。这只等效三极管的放大倍数是原二者之积，因此它的特点是放大倍数非常高。达林顿管的作用一般

是在高灵敏的放大电路中放大非常微小的信号，如大功率开关电路。在电子学电路设计中，达林顿接法常用于功率放大

器和稳压电源中。复合管组成原则[1]

在正确的外加电压下，每只晶体管均工作在放大区。

第1个元件的集电极电流或射极电流作第2个元件的基极电流，真实电流方向一致。

等效晶体管的类型是第一个原件的类型。

达林顿电路有四种接法：NPN+NPN，PNP+PNP，NPN+PNP，PNP+NPN

前二种是同极性接法，后二种是异极性接法。NPN+NPN的同极性接法：B1为B，C1C2为C，E1B2接在一起，那么

E2为E。这里也说一下异极性接法。以NPN+PNP为例。设前一三极管T1的三极为C1B1E1，后一三极管T2的三极

为C2B2E2。达林顿管的接法应为：C1B2应接一起，E1C2应接一起。等效三极管CBE的管脚，C=E2,B=B1，E=E1(即

C2）。等效三极管极性，与前一三极管相同。即为NPN型。

PNP+NPN的接法与此类同。

NPN PNP

同极型达林顿三极管

NPN PNP 等效一只三极管

异极型达林顿三极管

达林顿管的典型应用

1、用于大功率开关电路、电机调速、逆变电路。

2、驱动小型继电器

利用CMOS电路经过达林顿管驱动高灵敏度继电器的电路，如右上图所示。虚线框内是小功率NPN达林顿管FN020。

3、驱动LED智能显示屏

LED智能显示屏是由微型计算机控制，以LED矩阵板作显示的系统，可用来显示各种文字及图案。该系统中的行驱动器和列驱动器均可采用高β、高速低压降的达林顿管。图2是用BD683(或BD677)型中功率NPN达林顿管作为列驱动器，而用BD682(或BD678)型PNP达林顿管作行驱动器，控制8×8LED矩阵板上相应的行(或列)的像素发光。

应注意的是，达林顿管由于内部由多只管子及电阻组成，用万用表测试时，be结的正反向阻值与普通三极管不同。对于高速达林顿管，有些管子的前级be结还反并联一只输入二极管，这时测出be结正反向电阻阻值很接近，容易误判断为坏管，请注意。

4、判断达林顿管等效为何种类型的三极管：

首先看看第一只管是什么类型的，第一只管是什么类型的，那么这只达林顿管就是什么类型的，与第二只无关！更加重要的是，要判断两个晶体管能否形成达林顿管关键要看电流，如果工作电流冲突，则不能构成达林顿管结构。也可以根据PNP或者NPN管的标志来判断，其实本质上三极管上所标的箭头也是其工作电流的流向。

）组成。MC1413的每一对达林顿管都串联一个2.7K的基极电阻，在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。MC1413工作电压高，工作电流大，灌电流可以达到500mA,并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。)，

译码驱动单元（CD4511 是一片CMOS BCD—锁存/7 段译码/驱动器，用于驱动共阴极LED （数码管）显示器的BCD 码-七段码译码器。具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动共阴LED数码管。

A0~A3：二进制数据输入端/BI：输出消隐控制端LE：数据锁定控制端/LT：灯测试端Ya~Yg：数据输出端VDD：电源正VSS：电源负其中a b c d 为BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加高电平。另外CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。a～g是7 段输出，可驱动共阴LED数码管。下图是CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只CD4511 和LED 数码管即可。所谓共阴LED 数码管是指7 段LED 的阴极是连在一起的，在应用中

应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300Ω的限流电阻。）以及数码管显示单元。其中A/D转换器选用三位半MC14433，

基准电源选用MC1403，译码驱动器则选择CD4511，位选电路选用MC1413，另

加四个共阴极LED发光数码管。其基本原理框图如下：

三位半数字电压表通过位选信号DS1~DS4进行动态扫描显示，由于TC14433

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输出多路调制脉冲信号。DS选通脉冲高电平，则表示对应的数位被选

通，此时该数据在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（MSB），DS4 则对应最低位（LSB）。

小数点显示是由正电源通过限流电阻Rdp供电燃亮小数点。

过量程是当输入电压Vx超过量程范围时，输出过量程标志信号/OR。

当Q3=0，Q0=1时，表示Vx处于过量程状态。

当Q3=1，Q0=1时，表示Vx属于欠量程状态。

当/OR=0时，|Vx|>1999，则溢出；|Vx|>Vr，则/OR 输出低电平。

当/OR=1时，表示|Vx|

MC14433的/OR 端与MC14511 的消隐端直接相连，当Vx 超出量程范围时，

/OR=0，输出低电平。那么，/BI=0，也处于低电平，MC4511译码器输出全0，是

发光数码管显示数字熄灭，而负号和小数点依然发亮。