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1、数字化测量技术实验指导书沙占友 睢丙东 编河北科技大学信息学院电子信息工程系2006.11修改实验一 动态扫描与无效零自动消隐电路设计一、实验目的目前，动态扫描及无效零自动消隐技术已被广泛用于新型数字仪表、智能仪器和微机系统中。1. 动态扫描显示所谓动态扫描显示，就是让各位数码管按照一定的顺序轮流显示，其显示效果和常规的静态驱动相同。与静态驱动相比，动态扫描显示具有以下优点：第一，能显著降低显示器的功耗，这对于采用电池供电的便携式数字仪表尤为重要；第二，能大大减少显示器的外部引线，给印刷电路板的设计和安装带来方便；第三，能采用BCD码多路输出的方式，不仅使译码、驱动电路大为简化，还可以与微机相
2、连；第四，只要位扫描信号频率足够高，由于人眼的“视觉暂留”现象，就观察不到闪烁现象。正是由于动态扫描显示具有上述优点，许多专用大规模集成电路（例如ICM7216、MC14433）都采用了这种工作方式。实现动态扫描的方案很多，大体上可以分成两类：第一类是利用位选通信号直接驱动各位LED显示器（必要时中间可加达林顿驱动器）；第二类是把位选通信号加至译码驱动器的消隐控制端，间接的控制LED显示器的亮灭。本实验选择第二类方案（第一类方案将在实验四中介绍）。2. 无效零自动消隐所谓无效零，包括下述两种情况：第一种：整数前面的零均属于无效零（亦称前导零）；第二种：小数点后面的无效零。如果显示出无效零，既不
3、符合人们的读数习惯，也给观察和记录带来不便，还增加了显示功耗。近年来，新型数字IC的问世，为设计自动消隐无效零的电路提供了便利条件。本实验目的：（1）通过实验，了解动态扫描显示及无效零自动消隐的特点，设计方案及应用。（2）通过实验，掌握利用译码驱动器14513和节拍发生器4017实现动态扫描显示的电路设计。（3）通过实验，掌握用14513进行级联，实现无效零自动消隐的电路设计。二、预习内容动态扫描与无效零自动消隐实验板的总电路如图1所示。1. 电路工作原理由R34、R35、C3组成的两级反相RC振荡器，振荡频率fo30kHz，经过4060逐级分频，从中即可选出合适的频率作为扫描频率fs。一般要
4、求fs50N（Hz），N是显示器的位数，若为观察动态扫描的特殊效果，也可选低频扫描频率，此时将会看到闪烁现象。将扫描频率fs加至4017的CP端。并将Y4与Cr端短接，使4017按照每四拍一个循环来工作。输出的拍脉冲Y0Y3分别接四片14513的端，即可控制各位数码管扫描显示。加法计数器由两片4518进行级联后构成，输出的BCD码送14513进行译码，计数脉冲fCP也取自4060。本电路具有无效零自动消隐之功能（个位属于保留位），此外还增加了开机自动复位电路。2. 主要元器件明细表名 称型 号数 量锁存、译码、驱动器145134片14级二分频器40601片节拍发生器40171片双BCD同步加法
5、计数器45182片六反相器40691片共阴红LED数码管KD-5101AB4只R0R27RJ-0.25W-330 28只R28R33RJ-0.25W-100k6只R34RJ-0.25W-47k 1只R35RJ-0.25W-15k1只R36RJ-0.25W-10k1只C1、 C20.01F聚丙稀电容2只C31000 pF聚丙稀电容1只复位键、灯测试键TP801B键2只电源线自制2根短路线自制2根3. 电路实验板的设计特点（1）采用双面印刷板，用+5V电源供电，印制板上端有电源插座。（2）设有灯测试键，按下该键个位显示全亮笔划“8”。（3）拔掉4017后，四位显示器作静态显示，此时显示功耗将明显增
6、大。（4）扫描频率可以选择。（5）计数频率可以选择。（6）为便于观察，显示器安装在实验板的正面。4. 做试验前要求熟悉并掌握以下内容（1）14513的引脚功能，接线特点，实现动态扫描及无效零自动消隐的电路设计方法。（2）4518的级联方法。（3）4060的逻辑功能。（4）4017的逻辑功能及如何实现四拍一循环。有关4017的内容参见课本相关章节。（5）扫描频率的正确选择。（6）由门电路组成的开机自动复位及手动复位电路。（7）两级反相RC振荡器的工作原理。（8）与实验相关仪器的正确使用方法。（9）拔插集成电路的正确方法。三、实验仪器1. HY1711-2型直流稳压电源 1台2. SS7802型双
7、踪示波器 1台3. VC890D型数字万用表 1块4. 小螺丝刀 1把四、实验内容1. 给直流稳压电源通电，把输出电压调整到+5V。2. 接通实验板电源。注意！电源极性不得接反，否则会烧毁IC。3. 用示波器观察并绘出下述波形，同时根据测出的周期，估算出频率值。用示波器测波形时，把测试探头的地线夹到实验板右下脚的GND环上，测试探头钩到相应的测试环上。（1）4060第9脚（CP0）、第6脚（Q7）、第3脚（Q14）。从中选出一个合适的频率作为扫描频率fs，并用短路线将该端与实验板右下脚的CLK插孔接通。再选一个频率输出端作为4518的计数频率fcp，并用短路线将该端与实验板左下脚CP插孔接通。
8、（2）观察4017第3脚（Y0）、第2脚（Y1）、第4脚（Y2）、第7脚（Y3）的波形。（不需要再测周期）。观察Y3的电压幅度是否接近5V。4. 观察作动态扫描时的显示特点。5. 将VC890D拨至200mA DC挡，串接在一个电源进线端，测出总电流值（使用微功耗CMOS IC时，可认为此电流即显示电流），注意测电流时应在显示8888时读数。6. 将fs（CLK端）接至最低扫描频率，观察慢扫描的显示特点。7. 把fcp（CP端）接至最低计数频率，按下复位键（RESET）后，观察无效零自动消隐的特点。8按下复位键，再按下灯测试键（LT），观察个位是否显示全亮笔划。并测出此时的显示电流（一位全亮笔
9、划电流）。9关闭稳压电源后，用螺丝刀将4017轻轻翘起，拔下。先把VC890D（200mA DC挡）串入电源进线端，再打开电源，观察静态显示特点，并测出显示8888时的静态显示总电流。待测试完毕关掉电源，插上4017。10检查开机自动复位和手动复位。用示波器观察R32下端输出的复位脉冲波形和幅度。11关机，清理实验台和实验室。五、实验报告要求1. 整理数据，绘波形图表1 在不同显示方式下的显示功耗比较显示方式I/mAUDD/VP/W动态扫描显示静 态 显 示全亮笔划显示说明： I是用VC890D 200mA DC挡测得的总电流； UDD是电源电压； 全亮笔划显示要折合成4位来计算。表2 主要波
10、形测 试 端波 形周 期T / s频 率f / HzCP0Q7Q142. 简述4060、4017、14513进行动态扫描时的接线要点。3. 简述用14513实现无效零自动消隐时的接线要点。4. 通过实验总结出动态扫描显示及无效零自动消隐的优点。5. 说明R28R31的作用，为何拔掉4017后就变成静态显示？6. 说明R36之作用，为何按下LT键后个位可显示全亮笔划？7. 简述复位电路工作原理。8. 通过实验你有何体会和收获？实验二 单片开关式集成稳压器电路设计与调试一、实验目的开关电源被誉为高效节能电源，由于内部器件工作在高频开关状态，所以它本身消耗的能量很低，电源效率可达85%，甚至90%以
11、上，比普通线性集成电源（即串联调整式稳压电源）提高了将近一倍。开关式集成稳压器代表了稳压电源的发展方向。最初它只是用在通信卫星和宇宙飞船中，而现在愈来愈多的电子计算机、电子仪器设备、彩色电视机都普遍采用开关电源，开关电源的迅速推广，必将产生巨大的经济效益。开关电源大多采用脉宽调制（PWM）方式，通过改变脉冲宽度来调节输出脉冲的占空比D，维持输出电压UO不变。随着功率集成技术的发展，目前已能把功率开关管也集成在脉宽调制器的芯片中，封装成单片开关式集成稳压器，使外围电路大为简化。单片开关式集成稳压器的问世，更为开关电源的推广和普及创造了良好的条件。单片开关式集成稳压器的典型产品有ST公司生产的L4
12、960（2.5A）。 本实验目的： 1. 通过实验，了解开关电源“高效、节能”的显著特点。 2. 掌握单片开关式集成稳压器L4960的电路设计。 3. 掌握L4960的调节原理及方法。二、预习内容1. 元器件明细表名 称型 号数 量单片开关式集成稳压器L49601片快恢复电流二极管ESAC85M（8A，90V）1只储能电感L150H1只R1RJ-0.25W-15k1只R2RJ-0.25W-4.3k1只R3RJ-0.25W-2.2k1只实芯电位器RPWS20-15k1只C13300F/50V电解电容1只C22200pF聚丙稀电容1只C30.033F聚丙稀电容1只C42.2F电解电容1只C5 ，
13、C6220F电解电容2只连接线自 制4根铝散热板自 制1块2. L4960的工作原理L4960采用7引线的S-7（即TO-220）封装，使用时需加散热器，输入电压范围UI=946V，输出电压范围UO=5.140V，最大输出电流IOM=2.5A，最大输出功率POM=100W，占空比调节范围D=0100%，电源效率可达90%以上。L4960内部框图见课本，主要包括：5.1V基准电压源和误差放大器；锯齿波振荡器；PWM比较器和功率输出级；软启动电路；输出限流保护电路；芯片过热保护电路。C1是输入端滤波电容，R1、C3误构成差放大器的频率补偿网络，R2、C2是锯齿波振荡器的定时电阻和定时电容。振荡频率
14、f0 =1/R2C2。现取R24.3k，C2=2200pF，则f0100kHz。C4是软起动电容，以保证输出电压缓慢的建立，对芯片起到保护作用。L是储能电感，C5是储能电容兼滤波电容，VD1是续流二极管。取样电阻R3、R4组成分压器，改变两电阻的比值即可调节输出电压UO，有关系式UO=L4960的基本工作过程是：输出电压UO经过R3、R4取样，送到误差放大器的反相输入端，与加在同相输入端的5.1V基准电压进行比较，得到误差电压Ur，再用Ur的幅度去控制PWM比较器输出的脉冲宽度，最后经过功率放大和输出电路，使UO保持不变。 3L4960的应用电路L4960的应用电路见图2。R4采用15k实芯电位器，R3取2.2k。利用公式不难求出，当R40时，UO5.1V；当R415k时，UO=。输出电压调整范围为5.140V。由于本实验板的UI取自直流稳压电源，限定为30V，故输出电压的实际调整范围约为
