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数字电压表演示板的制作与调试

数字电压表演示板的制作与调试

点击数:7415 次   录入时间:03-04 11:52:58   整理:http://www.55dianzi.com   仪表-仪器

  1.模拟部分的电压关系
  
  下图是演示板的电路图,UIA跟随TL431产生的2.5V基准电压,输出电源到地的中心电压作为模拟地。电源相对于模拟地就是+2.5V。
  
  UIC把电源作为反相输入信号,放大0.4倍,输出相对于模拟地一1.OV的UN。Wl是多圈电位器,可以精细调节UN,实现电压表的可标定性。UN取-1V是为了便于示波器观测。待测信号从红一黑表笔进入。如果简单的把红笔接VCC,就是输入+2.5V(相对于模拟地)。经过R1,R2分压得到0.25V。UIB接成跟随器,运放的高输入阻抗使输入电路几乎对Rl,R2分压没有旁路影响。运放的低输出阻抗使Ux相当于恒压源,第一阶段积分电流就是Ux/R,信号源内阻不影响积分效果。
  
  R5积分电阻取得比通常数字电压表大。最大输入10V时,Ux为1V,充电电流0.5μA。1000个CLK(5kHz),占时0.2s,在积分电容Cl上,充电终止电压△U=-1V。
  
  正好在运放的线性范围内。放电阶段,每一个脉冲Cl电压+O.OOIV。
  
  输入10V、5v、2.5V三种情况下的波形放电到0的时间分别为1000、500、250个脉冲。示波器观测测试点3、4,看倒三角形的顶点平移和斜边变化。为了观测慢动作,将JP1,JP2用短路片连接。时钟降低100倍,积分电容增大100倍。可以从显示屏看到:Sl绿灯亮,计数器999→0;S2红灯亮,计数器O→999;S3黄灯亮,计数保持20s→……的循环过程。试试减小输入电压,慢动作看S2期间计数值随输入电压而减少(如5V→500,2.5V→250).
  
  2.停止计数信号提前结束S2的电路分析下图中U3B输出低,停止计数,在S2=1期间,U2B电子开关接通,将U4B第5脚拉低。起提前结束S2的功能。尽管U8的输出TCD为高,R7起隔离作用,不影响U4B第5脚的电平。
  
  3.40192预置数和减计数电路分析
  
  下图中每个192的D3~O接1001,S3由高变低时,通过电容器C3,电阻R6组成的微分电路产生一个负脉冲送到40192的PL端,使3片192的Q3—QO置为1001。
  
  显示999。Sl高电平期间,U4C的⑧脚高,U4D⑩脚输出CLK的反相信号送CPD。40192作减法计数。
  
  4.40192清零和加计数电路
  
  分析下图中S2上升沿,通过电容器C4,电阻R12组成的微分电路产生一个正脉冲送到40192的MR端,清零。S2高电平期间,R12将MR拉低,复位不起作用,U4D的⑩脚高,U4D⑥脚输出CLK的反相信号送CPU。40192作加法计数。
  
  (1)S3定时。S3=1期间,U4A的①脚高,U4A③脚输出CLK的反相信号送U5⑩脚。U5计数1024个脉冲,Ql0输出1,送到U6的13脚,U6复位,回到QO=1状态,输出使Sl=1。U8的进位信号和借位信号通过U4B使U6移位,Sl→S2→S3实现环形分配。
  
  (2)数字显示部分。用3片4511和3个0.5in共阴极七段数码管组成。390Ω是LED限流电阻。DS1的小数点接限流电阻到Vcc构成定点9.99的数字显示。
  
  (3)时钟源。R9构成U3A的正反馈,形成施密特触发器特性。
  
  W2、R3构成负反馈,C2起滞后作用。当②脚(in)输入低,1脚输出(out)高电平SV时,R9与R8分压得3.33V,1脚输出通过W2、R3对C2充电。直到②脚输入超过3.33V,U3A翻转,①脚输出变低电平OV。R9与R8分压得1.67V。
  
  IN+<IN-,维持低输出,C2通过W2、R3对out放电。直到②脚输入低于1.67V,U3A翻转。如此周而复始。C2在1.67V(l/3Vcc)~3.33V(2/3Vcc)之间振荡,1脚输出的摆幅几乎是5~Ov。
  
  5.调试要点
  
  (1)测模拟地与Vcc之间电压为2.5V左右。如果不对,检查TIA31。
  
  (2)将“红笔”接Vcc,测试点1相对与模拟地约为0.25V。R2用9.1M不影响实验。
  
  (3)调节W2使刷新速度约每秒2次。
  
  (4)调节Wl使输出读数250。
  
  (5)电压测量非线性问题。主要原因Ux太大,超出运放线性范围。试提高CLK或加大Cl。另外Cl电容质量会影响测量。换漏电小的电容温度系数小的电容器。
  
  (6)不用示波器,也可以用指针式万用表监视测试点3和模拟地之间电压摆动。

演示板的电路图




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