组成数字电压表的原理与应用
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。