MC14433在数字温度表中的应用.docx

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MC14433在数字温度表中的应用

目录

课程设计要求......................................................2

一设计目的........................................................4

二设计内容........................................................4

三.实验设备.......................................................4

四.实验方法、步骤及调试............................................5

1．电路原理图.................................................5

2.电路原理...................................................5

3．电路元器件的工作原理.......................................6

4．实验操作及调试............................................6

5.实验结果...................................................9

6.电路制作与调试.............................................11

五.心得体会......................................................12

《测控电路设计与实践》课程设计要求

课程性质：

设计（论文）（必修）

总学时数：

1周（实习实训16学时）

总学分数：

1.0

一、课程设计的性质和目的

性质：

本课程适用于工科仪器科学与技术类专业。

总学时1周，总学分1。

目的：

本课程设计在完成专业基础课程学习的基础上，让学生熟悉怎样运用电子技术来解决测量与控制中的实际问题，掌握工业生产和科学研究中测量电路的设计和各个功能模块的相互联系及总体连接，学生经过实践要求初步具备测量电路设计、焊接组装和调试的能力。

二、课程设计方式和内容

1.进行方式

课程设计采用教师引导和答疑与学生动手实践相结合的方式，以小组（三人一组）为基本单位，每组一题，组内三人分工明确，并产生小组负责人。

由小组负责人组织本组课程设计的实施。

每组学生必须根据课程设计任务书的要求，进行充分讨论、确定课题方案，并分工实施。

2.主要内容

（1）根据设计任务书要求，收集相关文献资料，研究确定基本方案，进行系统原理框图设计,包含测量电路、放大电路、A/D转换及显示电路设计与选型等，并确定原理图中各种元器件参数（给出测量电路、放大电路计算公式与参数）；

（2）使用PROTEL绘制系统原理图，包括传感器电路、调理与接口电路、A/D转换接口电路及相应LED显示接口电路；

（3）根据系统设计的组件及参数，购买相应元器件，焊接、安装和组成系统，并进行单元调试，进而完成系统调试；

（4）在单元调试和系统调试基础上，初步考察系统功能是否达到任务书要求，是否需要进一步改进；如果满足要求，则进行系统测试，获取相应数据，并进行数据处理，将测试结果包括数据、图表等插入课程设计报告的相应章节；

（5）根据广东工业大学课程设计（论文）要求撰写不少于5000字的课程设计报告，进行实物演示并参加答辩。

三、本课程设计与其它课程的衔接

先修课程：

《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《测控电路》。

后续课程：

《微机化仪器综合设计与实践》、《传感器设计》等。

四、成绩评定

平时成绩占10%,实物演示和答辩成绩占60%，设计报告占30%。

课程设计（论文）的成绩分为优秀、良好、中等、及格和不及格等五个等级；

五、时间和地点安排

计测10

（2）：

第18周（06.18（周一）—06.21（周四））；06.21（周五）提交课程设计报告、实物表演和答辩；

设计实验室：

实验一号楼512；工学一号楼402；

六、教材及教学参考书

［1］张国雄主编.测控电路，机械工业出版社，2007年出版。

［2］唐露新主编.传感与检测技术，科学出版社，2007年出版。

［3］蔡锦福等编，运算放大器原理与应用，科学出版社，2005年出版

摘要

温度计无论在我们的生活，还是在生产过程中，都受到广泛应用。

随着科学技术的发展和现代工业技术的需要，测温技术也不断地改进和提高。

由于测温范围越来越广，根据不同的要求，又制造出不同需要的测温仪器。

数字温度计采用高性能微电脑芯片及高精度传感器，可准确测量各种环境温度。

外观简洁大方，温度显示直观清晰，摄氏、华氏温度显示可切换，体积小巧，方便实用。

可快速准确的检测冰箱冰柜、空调出风口、冷库等场所的温度，是制冷维修工程人员随身必备的温度测量仪表。

一、设计目的

1、掌握电子系统的一般设计方法

2、培养综合应用所学知识来知道事件的能力

3、掌握常用元器件的识别和测试

4、熟悉常用仪表、了解电路的基本调试方法

5、了解温度传感器LM35和MC14433、MC1413、MC4511的功能和运用

二、设计原理

打开电源后ＭＣｌ４４３３开始工作，温度信号经温度传感器LM35后，在其负载电阻Ｒｌ上输出按式子Ｕ＝１０（ｍＶ）ｔ变化的电压信号．接着，该电压信号再经滤波电路滤波后由ＶX端输入ＭＣ14433进行Ａ／Ｄ转换．由于ＭＣｌ４４３３的ＥＯＣ端与ＤＵ端相连。

所以ＭＣ14433没有启停控制。

即其１次Ａ／Ｄ转换结束输出ＢＣＤ码的同时又开始了新的１次AＤ转换．每次Ａ／Ｄ转换结束后,输出的数据以ＢＣＤ码从ＭＣ14433的Ｑ3、Ｑ2、Ｑ1、Ｑ0端输出，同时通过ＭＣ14433的ＤＳ1、ＤＳ2、ＤＳ3、Ｄ4端输出数位指示信号．Ｑ3、Ｑ2、Ｑ1、Ｑ0端输出的ＢＣＤ码经ＭＣ４５１１译码后驱动ＬＥＤ数码管的ａ、ｂ、c、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ各段发光二极管，同时，由ＤＳ1，Ｄｓ2、ＤＳ3、ＤＳ4端输出的数位指示信号经ＭＣ１４１３后驱动相应位的ＬＥＤ数码管工作．

三、实验设备

1.A/D转换器MC144332.BCD七段显示器译码器CD45113.达林顿管阵列MC14134.LM35温度传感器5.电容若干6.电阻若干7.导线若干8.开关9.稳压二极管

10.二极管11.电位器12.电源13.四位共阴极数码管

四、实验方法、步骤及测试

1、电路原理图如下

2、电路的原理

本电路由温度采集、A/D转换、译码驱动、数位驱动、数字显示和电源等５部分组成．其中：

温度采集部分采用了LM50集成温度传感器；A/D转换部分采用了MC14433、译码驱动部分采用了MC4511、数位驱动部分采用了MC1413、数字显示部分采用了ＬＥＤ显示器．

电路设计说明：

（１）本数字温度表需满足体积小巧便于携带的要求，为减小其体积，显示器件采用小型的，且所用元器件也尽量采用集成器件．

（２）为了达到测量精度高、反应速度快的要求，本测温表采用了专用测温传感器LM35．LM35为新型集成温度传感器．它可在４～30Ｖ的单电源下工作，其静态电流为50μＡ。

芯片自热温升仅为０．２℃。

输出电压与温度的关系为：

Ｕ=１０（mv）ｔ．其中ｔ为摄氏温度值。

温度范围为－40℃～110℃，。

在此温度范围内被测温度与lm35的输出电压关系是１０ｍＶ／℃．

（３）为了在明、暗的房间内都能使用,故本温度表采用了数码管显示．

（４）因本电路采用的是±１．９９９Ｖ档，故其参考电压为＋２Ｖ，即使ＶR端高于ＶAG端２Ｖ。

且Ｒ１=４７０ＫΩ．

（５）因为本电路采用的是＋９Ｖ单电源供电．故将VEE与ＶSS相连。

并根据ＭＣｌ４４３３芯片的技术要求．使VAG端至少比ｖEE端的电平高出２．８Ｖ．

3、各主要部分的功能如下

1、三位半A／D转换器（MC14433）：

将输入的模拟信号转换成数字信号。

2、温度传感器LM35：

输出电压随温度的变化而变化

3、译码器（MC4511）：

将二—十进制（BCD）码转换成七段信号。

4、驱动器（MC1413）：

驱动显示器的a，b，c，d，e，f，g七个发光段，驱动发光数码管（LED）进行显示。

5、显示器：

将译码器输出的七段信号进行数字显示，读出A／D转换结果。

4、电路元器件的工作原理

4.1MC14433MC14433电路是一个低功耗三位半双积分式A／D转换器。

和其它典型的双积分A/D转换器类似，MC14433A／D转换器由积分器、比较器、计数器和控制电路组成。

使用MC14433时只要外接两个电阻（分别是片内RC振荡器外接电阻和积分电阻RI）和两个电容（分别是积分电容CI和自动调零补偿电容C0）就能执行三位半的A／D转换。

MC14433内部模拟电路实现了如下功能：

（1）提高A／D转换器的输入阻抗，使输入阻抗可达l00MΩ以上；

（2）和外接的RI、CI构成一个积分放大器，完成V／T转换即电压—时间的转换；（3）构造了电压比较器，完成“0”电平检出，将输入电压与零电压进行比较，根据两者的差值决定极性输出是“1”还是“0”。

比较器的输出用作内部数字控制电路的一个判别信号；（4）与外接电容器C0构成自动调零电路。

除“模拟电路”以外，MC14433内部含有四位十进制计数器，对反积分时间进行3位半BCD码计数（0～1999），并锁存于三位半十进制代码数据寄存器，在控制逻辑和实时取数信号（DU）作用下，实现A／D转换结果的锁定和存储。

借助于多路选择开关，从高位到低位逐位输出BCD码Q0～Q3，并输出相应位的多路选通脉冲标志信号DS1～DS4实现三位半数码的扫描方式（多路调制方式）输出。

MC14433内部的控制逻辑是A／D转换的指挥中心，它统一控制各部分电路的工作。

根据比较器的输出极性接通电子模拟开关，完成A／D转换各个阶段的开关转换，产生定时转换信号以及过量程等功能标志信号。

在对基准电压VREF进行积分时，控制逻辑令4位计数器开始计数，完成A／D转换。

MC14433内部具有时钟发生器，它通过外接电阻构成的反馈，井利用内部电容形成振荡，产生节拍时钟脉冲，使电路统一动作，这是一种施密特触发式正反馈RC多谐振荡器，一般外接电阻为360kΩ时，振荡频率为100kHz；当外接电阻为470kΩ时，振荡频率则为66kHz，当外接电阻为750kΩ时，振荡频率为50kHz。

若采用外时钟频率。

则不要外接电阻，时钟频率信号从CPI（10脚）端输入，时钟脉冲CP信号可从CPO（原文资料为CLKO）（11脚）处获得。

MC14433内部可实现极性检测，用于显示输入电压UX的正负极性；而它的过载指示（溢出）的功能是当输入电压Vx超出量程范围时，输出过量程标志OR（低有效）。

MC14433是双斜率双积分A／D转换器，采用电压—时间间隔（V／T）方式，通过先后对被测模拟量电压UX和基准电压VREF的两次积分，将输入的被测电压转换成与其平均值成正比的时间间隔，用计数器测出这个时间间隔对应的脉冲数目，即可得到被测电压的数字值。

双积分过程可以做如下概要理解：

首先对被测电压UX进行固定时间T1、固定斜率的积分，其中T1=4000Tcp。

显然，不同的输入电压积分的结果不同（不妨理解为输出曲线的高度不同）。

然后再以固定电压VREF以及由RI,CI所决定的积分常数按照固定斜率反向积分直至积分器输出归零，显然对于上述一次积分过程形成的不同电压而言，这一次的积分时间必然不同。

于是对第二次积分过程历经的时间用时钟脉冲计数，则该数N就是被测电压对应的数字量。

由此实现了A／D转换。

积分电阻电容的选择应根据实际条件而定。

若时钟频率为66kHz，CI一般取0.1μF。

RI的选取与量程有关，量程为2V时，取RI为470kΩ；量程为200mV时，取RI为27kΩ。

选取RI和CI的计算公式如下：

式中，ΔUC为积分电容上充电电压幅度,ΔUC=VDD-UX（max）-ΔU,ΔU=0.5V。

4.2数位驱动器MC1413管脚及其功能

4.3译码器：

MC4511是专用于将二-十进制代码（BCD）转换成七段显示信号的专用标准译码器，它由4位锁存器，7段译码电路和驱动器三布分组成。

（1）四位锁存器（LATCH）：

它的功能是将输入的A，B，C和D代码寄存起来，该电路具有锁存功能，在锁存允许端（LE端，即LATCHENABLE）控制下起锁存数据的作用。

当LE=1时，锁存器处于锁存状态，四位锁存器封锁输入，此时它的输出为前一次LE=0时输入的BCD码；

当LE=0时，锁存器处于选通状态，输出即为输入的代码。

由此可见，利用LE端的控制作用可以将某一时刻的输入BCD代码寄存下来，使输出不再随输入变化。

（2）七段译码电路：

将来自四位锁存器输出的BCD代码译成七段显示码输出，MC4511中的七段译码器有两个控制端：

①LT（LAMPTEST）灯测试端。

当LT=0时，七段译码器输出全1，发光数码管各段全亮显示；当LT=1时，译码器输出状态由BI端控制。

②BI（BLANKING）消隐端。

当BI=0时，控制译码器为全0输出，发光数码管各段熄灭。

BI=1时，译码器正常输出，发光数码管正常显示。

上述两个控制端配合使用，可使译码器完成显示上的一些特殊功能。

（3）驱动器：

利用内部设置的NPN管构成的射极输出器，加强驱动能力，使译码器输出驱动电流可达20mA。

MC4511电源电压VDD的范围为5V-15V。

使用MC451l时应注意输出端不允许短路，应用时电路输出端需外接限流电阻。

4.4数码显示器

因为在市场上已找不到LM50这种温度传感器，所以我们用了LM35来替换LM50。

LM35是由国半公司所生产的温度传感器，其输出电压与摄氏温标呈线性关系，转换公式如式，0 时输出为0V，每升高1℃，输出电压增加10mV。

LM35有多种不同封装型式，外观如图所示。

在常温下，LM35 不需要额外的校准处理即可达到 ±1/4℃的准确率。

其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其接脚如图所示，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；两种接法的静止电流-温度关系如图所示，在静止温度中自热效应低（0.08℃），单电源模式在25℃下静止电流约50μA，工作电压较宽，可在4—20V的供电电压范围内正常工作非常省电。

计算公式：

5、仿真原理图

6.电路制作与调试

在电路制作的过程中，最大的问题就是芯片比较多，电路比较复杂。

本课程设计一共用了3个芯片，一个数码管，两个电位器以及二极管，电阻，电容若干。

特别是MC14433与MC1413的连接中，MC14433的16,17,18,19引脚要分别与MC1413的1,2,3,4引脚相连，不可避免的就要跳线。

由于所用跳线较多，所以电路板焊得不是特别美观。

当然，由于电路的复杂，在焊电路板的时候也会有一些疏忽。

比如MC4511的第五引脚忘了接地，以至于在数码管调试的时候全部显示8.最后通过查阅MC4511的真值表和检查电路发现并解决了问题；LM35接地的四个二极管有一个接反了，后来通过检查电路也发现并解决了这个问题。

由于更换了LM35作为温度传感器，输出电压与温度的关系有了变化。

LM50的输出电压与温度关系是：

U=10t+500mV）,而LM35的输出电压与温度关系是：

U=10t（mV），所以需要改变一些元件的参数才能达到想要的效果。

待解决的问题：

1）Vag的与Vref的选取

2）LM35传感器输出与MC14433输入之间电阻参数的计算和选取

五.个人感想

我们班分了16组，每组3个人自由组合，我组还有两个组员为黄奕森和吴奕泓，选择的课题是：

MC14433在数字温度表中的应用。

因为我的电路基础和这门课都不是很好，但是对硬件挺有兴趣，很希望成功看到自己设计和完成的作品，而且有队员的帮助和自己立下刻苦钻研的决心，所以，对这个挑战性课题设计既有恐惧感又充满期待。

用到的几种芯片都是陌生的，只是稍微了解具体的作用，没有深入理解其的内部结构，看电路图有些电容和电阻不知存在的原因，但在其他队员的帮助和研究下，把电路模块化，就化成我们学过的的低通滤波器电路等等，所以，对复杂体应该自信点，是可以简单化的，就可以用我们的知识解决，但在设计电路时就应该会拓展了，即时把简单知识进行组合得到我们期待的产品。

我主要进行了电路图简化和电路焊接，电路图简化就是为了更简、更好焊接，焊接速度慢，相对其它组还是粗糙点了，但是通过对其他同学的探讨焊接方法得到优化，在焊接密集电路总结了适合自己的方法，今晚调试成功，我们都非常欣慰，不用进行二轮焊接！

！

参考文献

张国雄等编。

测控电路，机械工业出版社，2001.8.

刘征宇主编，线性放大器应用手册，福建科学技术出版社，2005.1.

蔡锦福等编，运算放大器原理与应用，科学出版社，2005.7.

自编，测控电路设计型实验任务书.

河北建筑工程学院学报第20卷第三期

课程设计

课程名称测控电路设计与实践

题目名称MC14433在数字温度表中的应用

学生学院信息工程学院

专业班级10级计算机测控

（2）班

学号311000XXXX

学生姓名黄

指导教师刘

2012年6月21日