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f o 30kHz，经过4060逐级分频，从中即可选出合适的频率作为扫描频率f s。

一般要求f s≥50N（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f s加至4017的CP端。

并将Y4与C r端短接，使4017按照每四拍一个循环来工作。

输出的拍脉冲Y0~Y3分别接四片14513的BI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f CP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3.（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f s，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f cp，并用短路线将该端与实验板左下脚CP插孔接通。

（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f s（CLK端）接至最低扫描频率，观察慢扫描的显示特点。

7. 把f cp（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②U DD是电源电压；③全亮笔划显示要折合成4位来计算。

表2 主要波形2.3. 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R28~R31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U O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L4960（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2. 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U I =9～46V ，输出电压范围U O =5.1～40V ，最大输出电流I OM =2.5A ，最大输出功率P OM =100W ，占空比调节范围D =0～100%，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。

C 1是输入端滤波电容，R 1、C 3误构成差放大器的频率补偿网络，R 2、C 2是锯齿波振荡器的定时电阻和定时电容。

振荡频率f 0 =1/R 2C 2。

现取R 2＝4.3k Ω，C 2=2200pF ，则f 0≈100kHz 。

C 4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，C 5是储能电容兼滤波电容，VD 1是续流二极管。

取样电阻R 3、R 4组成分压器，改变两电阻的比值即可调节输出电压U O ，有关系式U O =V 15)1(34.R R ⨯+L4960的基本工作过程是：输出电压U O 经过R 3、R 4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U r ，再用U r 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U O 保持不变。

3．L4960的应用电路L4960的应用电路见图2。

R 4采用15k Ω实芯电位器，R 3取2.2k Ω。

利用公式不难求出，当R 4＝0时，U O ＝5.1V ；当R 4＝15k Ω时，U O =40V 5.1V )2.2k Ω15k Ω(1≈⨯+。

输出电压调整范围为5.1~40V 。

由于本实验板的U I 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5.1~28V （空载时可达29V ）。

实际电路将C 5与C 6并联后作为滤波电容，以减小等效电感。

设计电路时应将信号地线与功率地线分开布置，最后在输出端汇合。

4．使用注意事项（1）L4960本身最大功耗为7W ，使用时必须设计合适的铝散热板。

（2）尽管L4960内部有较完善的保护电路，仍须防止输出端短路。

特别是带负载后，短路时间一旦超过规定时间，就会造成稳压器的永久性损坏！图2（3）为防止损坏芯片和滑线变阻器，做实验时，输入电压不得超过30V ，输出电流（即负载电流）不得超过1A 。

例如，在极端情况下，取U O ＝30V ，I O ＝1A ，则负载电阻R L ＝30Ω。

使用滑线变阻器作负载时，要求R L ≥30Ω！ 三、实验仪器1. HY1711-2型直流稳压电源 1台2. SS7802型双踪示波器 1台3. VC890D 型数字万用表 1块4. RXH-A14型滑线变阻器 1台5.小螺丝刀 1把 四、实验内容1. 给直流稳压电源通电，将电源电压（即L4960的输入电压U I ）调整到30V 。

2. 接通实验板输入电压U I 的电源。

注意！先按正确极性连线，后打开稳压电源。

3. 用示波器观察L4960第5脚的波形，画出波形图，并根据测出的周期，算出振荡频率f o 值。

4. 空载实验（不接负载）① 切断电源，将R 4调整到0Ω位置（用小螺丝刀将RP 逆时针转到头）。

打开电源，利用数字万用表的20V DC 挡测U O 值。