【正文】 (4)電源采用退耦處理，使其紋波盡可能小。 (2)信號輸入線盡量短，并加一級 T 型 RC 濾波器，以抑制干擾，消除噪聲。 (1)時鐘頻率 CLKf 為工頻的整數倍，以提高抑制工頻干擾的能力。但是在采用 量程測量小信號時，也會從測量現(xiàn)場的信號源，電源引進噪聲干擾，造成工作不穩(wěn)定。過量程時 2Q ,和 0Q 有一個哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 20 “ 0”，則 D 觸發(fā)器的輸出為“ 0”，接通 +2V 基準電壓，同時將電阻 1R 并入積分電路，改變積分時間常數。圖 42 為采用 5G14433 雙積分轉換器時的自動轉換量程的電路原理圖。斷開開關，則可實現(xiàn)數據的保持。這樣，每個測量周期的結果都及時的顯示。 當被測電壓超過基準電壓 RV 時，過量程信號 OR 為低電平，允許 CO43中一只觸發(fā)器工作，該觸發(fā)器對 EOC 信號進行 2 分頻，使 5G1413 的消隱端 BI（ BLANKING）的電平時高時低，從而使顯示數字閃爍，指示過量程狀態(tài)。顯示屏的千位只接 b,c 兩段，小數點通過 200? 電阻接成常亮狀態(tài)，負號“ ”段由符號位 2Q 控制。 圖 41 5G14433 構成的 3 位半數字電壓表 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 19 工作過程 被測電壓輸入 A/D 轉換器后，在位選信號 12~DS DS 有效期間 , 03~端依次輸出 0～ 9 十個數字之一的 BCD 碼，通過 5G14433 譯碼，轉換為顯示轉換器的段驅動信號。 5G14433 的基準電壓由 + 基準電源 5G1403 提供，利用電位器調節(jié)可以得到＋ 200mV 和 +2V 的基準電壓。 電路組成 圖 41為三位半 LED 數字電壓表的電路原理電路。按照所采用的顯示方式可以分共陰極 LED 顯示、共陽極 LED 顯示、熒 光數碼管和液晶顯示等幾種。 D 觸發(fā)器在本設計中的作用是輸入電壓過量程時讓屏幕閃爍。 表 314給出了 D 觸發(fā)器的真值表，表 315 是其激勵表，圖 316 是 D觸發(fā)器的狀態(tài)轉換圖。內部結構如圖 312 所示。 5G141 D 觸發(fā)器 達林頓驅動器 七 路達林頓驅動器陣列 5G1413，它是反相器件，當輸入 1，輸出為0，當輸入 0，輸出為 1。由圖可知，共陰 LED 顯示器適用于高電平驅動，共陽 LED 顯示器適用于低電平驅動。根據內部連接的不同， LED 顯示器有共陰和共陽之分，如圖 311 所示。 （ a）高電平驅動 （ b）低電平驅動 圖 310 發(fā)光二極管驅動電路 其中限流電阻一般幾百到幾千歐姆，由發(fā)光亮度（電流）決定。在發(fā)光二極管正向導通時，電子和空穴大量復合，把多余能量以光子形式釋放出來，根據材料不同發(fā)出不同波長的光。目前，常用字符顯示 器有發(fā)光二極管 LED 字符顯示器和液態(tài)晶體 LCD 字符顯示器。符號圖描述的功能與表 32 一致。關聯(lián)信號 G10 為 0，即外部輸入 BI為 0 時，受影響輸出 Ya～ Yg 置 0，實現(xiàn)滅燈功能。 圖 39（ b）所示符號圖中，總限定符號是 BCD/7SEG，也就是說只能對 BCD 碼進 行 譯碼顯示。 LE = 1，顯示 LE 上跳時鎖存入 4511 內鎖存器的輸入 BCD 碼字符，以后輸入變化顯示 內容不變； LE = 0，顯示輸入端此時輸入的 BCD 碼相對應的字符，但只能顯示字符“ 0”～“ 9”。在LT 和 BI 均為高電平時， 4511 實現(xiàn) BCD 譯碼顯示功能。 從表 32 可以知道， LT = 0（低電平有效）時，所有字段亮，實現(xiàn)燈測試功能。其管腳名稱和功能如圖 29 所示， LT 為燈測試端， BI 為燈熄滅端， LE 為鎖存使能端。 2) 顯示譯碼器 顯示譯碼器是將輸入二進制碼轉換成顯示器件所需要的驅動信號，數字電路中，較多地采用七段字符顯示器。按 功能，譯碼器有兩大類：通用譯碼器和顯示譯碼器。所謂二進制編碼器是指輸入變量數（ m）和輸出變量數（ n）成 2n倍關系的編碼器，如有 4 線 /2 線， 8 線 /3 線， 16 線 /4 線的集成二進制編碼器；二 — 十進制編碼器是輸入十進制數（十個輸入分別代表 0～ 9 十個數）輸出相應 BCD 碼的 10 線 /4 線編碼器。 編碼器 組合邏輯部件中的編碼器是對輸入賦予一定的二進制代碼，給定輸入就有相應的二進制碼輸出。 或寫為 Yj = Fj（ X0， X1，?， Xi，?， Xm1）。組合邏輯電路的輸出和輸入關系可用邏輯函數來表示。因為組合邏輯電路中不存在反饋電路和記憶延遲單元，所以，某一時刻的輸入決定這一時刻的輸出，與這一時刻前的輸入（過程）無關。組合邏輯電路是一種用邏輯門電路組成的，并且輸出與輸入之間不存在反饋電路和不含有記憶延遲單元的邏輯電路，可用圖 28框圖來描述組合邏輯電路。 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 13 BCD鎖存 /譯碼 /驅動器 5G4511 根據邏輯電路的功能特點，邏輯電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類。 因為 EOC 每一次 A/D 轉換結束時，該端都輸出一個 1/2 時鐘周期寬度的脈沖；而當給 DU 端輸入一個正脈沖時，當前 A/D 轉換周期的轉換結果將被送入輸出鎖存器，經多路開關輸出，否則將輸出鎖存器中原來的轉換結果。 外接補償失調電容固定為 F,外接鐘頻電阻 CR ，當 CR =470KΩ時， CLKf ≈ 66kHz；當 CR =200KΩ時， CLKf ≈ 140KHz，一般取 CR =470KΩ。 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 12 引腳功能說明： inV （引腳 1）：是 5V 電壓輸入端 outV （引腳 2）：是 + 電壓輸 出端 ndG （引腳 3）： 接 地 圖 37 5G1403 的內部結構 外接元件參數的選定 。輸出的 + 電壓作為 5G14433 的基準電壓。如圖 26（ b）所示。 基準電壓輸入的連接 基準電壓須外接，可由 5G14433 通過分壓提供 +2V 或 +20OmV 的基準電壓， 接法如下圖 26（ a）所示。 5V 正電源接 VDD，模擬部分負電源 VEE，模擬地 VAG與數字地 VSS 相連為公共接地端。典型的 5G14433 外部電路連接方法如圖 25所示。 或 0～ 177。 5G14433 的轉換誤差為 177。 （ 3） 0Q =“ 1” 表示被測電壓在量程外（超量程），可用于 儀表量程自哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 10 動切換，當 3Q =“ 0” 時，表示過量程；當 3Q ＝ “ 1” 時，表示欠量程，過量程時， | XV |＞ RV 且 A/D 轉換輸出讀數為 1999，欠量程時輸出讀數為≤ 179。 圖 34 5G1433 選通脈沖圖 由表 31可知： （ 1） 3Q ：表示千位（ 1/2 位）數的內容 , 3Q =“ 0” （低電平）時，千位為 1； 3Q =“ 1” （高電平）時，千位數為 0。當 2DS 、 3DS 和 4DS 選通期間，輸出三位完整的 BCD 碼，即0～ 9 十個數字任意一個都可。 30 ~ （引腳 20～ 23）： BCD 碼數據輸出線。 1DS 對應千位，4DS 對應個位。 OR (引腳 15)：過量程標志輸出，平時為高電平，當 | XV |＞ RV 時，（被測電平輸入絕對值大于基準電壓） ,OR 端輸出低電平。 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 9 EOC（引腳 14）：轉換周期 結束標志輸出。 當 SSV 接 AGV （模擬地、數字 地相連）時 ,輸出電壓度為 ~AG DDVV （ 0～ +5V）：當 SSV 接 EEV （ 5V）時，輸出電壓幅度為 EEV ～ DDV （ 5～+5V）， 10V 的幅值。 EEV （引腳 12）：模擬部分的負電源端，接 5V。 CLKI 和 CLKO（引腳 11）：時鐘振蕩器外接電阻 Rc端， Rc的典型值為 47OKΩ，頻率隨著 Rc 增加而下降。 DU（引腳 9）：更新輸出的 A/D 轉換數據結果的輸入端。 圖 33 5G1443 芯片引腳分布 1R 、 11/RC、 1C （引腳 6）：外接積分電阻器和積分電容 1C 元件端，外接元件典型值： （ a） 當量程為 2V 時， C1＝ F,R1=470K? ； （ b）當量程 200mV 時， C1= F,R1=27K? 。 RV （引腳 2）：外接輸入基準電壓（ +2V 或 +200mv）。 5G14433 芯片的引腳分布如圖 33所示。 5G14433 采用字位動態(tài)掃描 BCD 碼輸出方式 ,既千、百、十、個位 BCD 碼輪流地在 03~端輸出，同時14~DS DS 端出現(xiàn)同步字位選通信號。量程為 或 兩種，與之相對應的基準電壓相應為＋ 200mv 或＋ 2v兩種。 5G14433 的國外原型產品是美國 Moto1olr 公司 的 MC14433，兩者完全相同，可以互換使用。但其轉換速度慢，約 1～ 10 次 /秒。 哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 7 雙積分 A/D轉換器 5G14433 關于 5G14433 5G14433 是國產的 3位半 A/D 轉換器 ,是目前 廣為流行的最典型的雙積分 A/D 轉換器，本次設計即選擇采用該型號模數轉換器。其中并行比較 A/D 轉換器的轉換速度最高， 8 位二進制輸出的單片集成 A/D 轉換器轉換時間可達到 50ns以內，逐次比較型 A/D 轉換器次之，它們多數轉換時間在 10～ 50μ s 以內，間接 A/D 轉換器的速度最慢，如雙積分 A/D 轉換器的轉換時間大都在幾十毫秒至幾百毫秒之間。 A/D 轉換器的轉換時間與轉換電路的類型有關。LSB/2 ，這就表明實際輸出的數字量和理論上應得到的輸出數字量之間的誤差小于最低位的半個字。常用最低有效位的倍數表示。 轉換誤差 轉換誤差通常是以輸出誤差的最大值形式給出。在最大輸入電壓一定時，輸出位數愈多，分辨率愈高。它說明 A/D 轉換器對輸入信號的分辨能力。 轉換精度 單片集成 A/D 轉換器的轉換精度是用分辨率和轉換誤差來描述的。 A/D 轉換器的主要技術指標有轉換精度、轉換速度等?；陔p積分 A/D 轉換器以上特點本次設計也采用了雙積分 A/D 轉哈爾濱理工大學遠東學院學士學位論文 6 換器。雙積分型模數轉換器的缺點是轉換速度低，一般用于對信號變化緩慢且噪聲較強的工業(yè)控制場合。對信號采集系統(tǒng)來說，主要的輸入噪聲來自工頻電源。雙積分型模數轉換器的另一個優(yōu)點是抗干擾能力比較強。從這個式子我們還可以看出，雙積分型模數轉換器輸出的數字量僅與基準電壓REFV 和輸入電壓 1v 有關，只要基準電壓有較高的精度，轉換結果就有較高的精度。為什么說這時模數轉換結束了呢？我們來分析一下計數器當前的狀態(tài)與輸入電壓 1v 的關系。經過 tmCT ?2 秒后，積分器的輸出 電壓又回到 0 伏，比較器翻轉，使積分器對參考電壓 的 REFV? 積分結束。假設時鐘脈沖周期為 cT 秒，那么，經過1 2n cTT? 秒后，積分器的輸出電壓為 11/Tv RC? 伏， 2 tT mC? 計數器又回到 0狀態(tài)并產生一個進位脈沖。轉換開始后，積分器對輸入電壓 進行積分，其輸出電壓線性下降。雙積分型模數轉換器圖 21 包含積分器、比較器、計數器、時鐘脈沖發(fā)生 器和一些控制邏輯。電壓 頻率變換型模數轉換器常用于一般的工業(yè)測量場合。這個二進制代碼就是與模擬電壓對應的數字量。待轉換的模擬電壓作為壓控振蕩器的輸入，壓控振蕩器的輸出 則作為計數器的時鐘脈沖。 電壓 頻率變換型模數轉換器是另一種間接型模數轉換器。這個過程反復進行，直至假想結果最接近待轉換的電壓。盡管轉換速度不如并行模數轉換器，逐次漸進型模數轉換器是串行模數轉換器中轉換速度最快的一種。與并行模數轉換器不同，串行模數轉換器的量化和編碼受時鐘脈沖控制。并行模數轉換器的優(yōu)點是轉換速度快，缺點是電路規(guī)模龐大。也就是說，用 n21? 位二進制代碼表示 n21? 個量化電平有很大的冗余度。顯然，這 n21? 個高電平或低電平表示一個 n21? 位二進制代碼，對應這一個量化電平。這 n21? 個量化電平由一個n21? 抽頭電阻分壓器提供。 并行模數轉換 器是一種直接模數轉換器，亦稱快速模數轉換器（ flash ADC）。兩者合稱采樣保持器。在量化和編碼期間，保持電路相當于一個恒壓源，它將采樣時刻的信號電壓“保持”在量化器的輸入端。 然而，量化和編碼總是需要一定時間才能完成，所以，量化電路的前面還要有一個保持電路。 我們知道，在電路中，數字量通常用二進制代碼表示。 量化是將連續(xù)數值信號變成離散數值信號的過程。理論上，每個周期內，模擬開關的閉合時間趨近于 0。經過采樣，時間連續(xù)、數值連續(xù)的模擬信號就變成了時間離散、數值連續(xù)的信號，稱為采樣信號。 模數轉換的過程有四個階段，即采樣、保持、量化和編碼。在本次設計中采用了維持阻塞 D觸發(fā)器。上述三種元件