多路數(shù)據(jù)巡回檢測與顯示電路

1、多路數(shù)據(jù)巡回檢測與顯示電路專業(yè)班級：電 子 1035班 姓名： 朱 佩 佩 時(shí) 間：1月1日 -1月12日指導(dǎo)教師： 季仁東 2007 年 1 月 10日 課題：多路數(shù)據(jù)巡回檢測與顯示電路一、 設(shè)計(jì)目的1、熟練并掌握各個(gè)芯片的引腳的用法和功能。2、進(jìn)一步了解元器件的用途和用法3、學(xué)會設(shè)計(jì)多路數(shù)據(jù)巡回檢測、顯示和報(bào)警電路。4、掌握模擬、數(shù)字、A/D、D/A等電路的綜合應(yīng)用技巧。5、熟悉并掌握相關(guān)集成器件的性能參數(shù)及應(yīng)用。二、基本要求 每個(gè)學(xué)生都應(yīng)該明確設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，并擬訂設(shè)計(jì)計(jì)劃，注意掌握進(jìn)度，按時(shí)完成設(shè)計(jì)分段進(jìn)行，每一階段的設(shè)計(jì)都要認(rèn)真檢查，沒有原則錯(cuò)誤時(shí)才能繼續(xù)進(jìn)行下一段設(shè)計(jì)，一保證設(shè)計(jì)質(zhì)

2、量，循序完成設(shè)計(jì)任務(wù)。設(shè)計(jì)過程中要獨(dú)立思考，深入鉆研，主動(dòng)地，創(chuàng)造性地進(jìn)行設(shè)計(jì)，反對照抄或依賴?yán)蠋?。要求設(shè)計(jì)態(tài)度嚴(yán)肅認(rèn)真，有錯(cuò)必改，只有這樣才能保證課程設(shè)計(jì)達(dá)到基本要求，在設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)技能等方面得到良好的發(fā)展。三、設(shè)計(jì)任務(wù) 自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)或大型設(shè)備經(jīng)常需要對生產(chǎn)過程或運(yùn)行狀態(tài)的各種工作參數(shù)（如壓力、溫度、流量、電壓、電流等）實(shí)時(shí)的進(jìn)行巡回檢測、監(jiān)視并報(bào)警，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。 本設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)并調(diào)試多路數(shù)據(jù)巡回檢測、顯示與報(bào)警電路，其原理框圖如下圖所示。圖中3路模擬信號分別為溫度（T）、直流電壓（VDC）與交流正弦電壓（UAC）.各路模擬參數(shù)的控制要求如下:1. 正常工作溫度

3、：測試正常工作溫度，T=27±3°C，當(dāng)T>30°C時(shí)，報(bào)警（發(fā)光顯示）；當(dāng)T<24°C時(shí)，報(bào)警2. 正常直流電壓：VDC=（1.53.5）V，當(dāng)VDC<1.5V時(shí)，報(bào)警（可發(fā)光顯示）。3. 交流正弦電壓：VAC=（12）V，=1KHZ，觀測D/A轉(zhuǎn)換后的電壓波形。3. 采樣數(shù)據(jù)的巡回顯示。四、總體方案(一) 原理框圖 電路分為溫度測量與顯示，溫度傳感比較報(bào)警，電壓比較報(bào)警，多路數(shù)據(jù)檢測，A/D轉(zhuǎn)換、譯碼顯示等幾部分組成。如圖1-1圖1-1 多路數(shù)據(jù)巡回檢測電路框圖(二)各組成電路的分析及各器件的簡介（1）溫度傳感器 (a)溫度傳感器實(shí)

4、質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路，它是利用晶體管的b-e結(jié)壓降的不飽和值VBE與熱力學(xué)溫度T和通過發(fā)射集成溫極電流I的關(guān)系實(shí)現(xiàn)對溫度的檢測 集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。 (b)集成電路溫度傳感器AD590電路簡介 AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。AD590的主要電器參數(shù)為：工作電壓范圍：+4+30V測溫范圍：-50+150溫度系數(shù)： 1A/K 25電流輸出（298.20K） 298.2A 輸出阻抗： 10M精度高 AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，

5、在-55+150范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3。(c) AD590測溫電路圖,如圖1-2圖1-2測溫電路圖經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)換后的電信號與某一給定值（基準(zhǔn)電壓VR）比較時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)信號，此信號送到執(zhí)行結(jié)構(gòu)即可報(bào)警。（2）比較報(bào)警電路 如圖1-3所示圖1-3比較報(bào)警電路經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)換后的電信號與某一給定值（基準(zhǔn)電壓VR）比較時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)信號，此信號送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)即可報(bào)警（或發(fā)光顯示）。基本的熱電、光電轉(zhuǎn)換電路為橋式電路，與比較器相連，構(gòu)成熱動(dòng)（光動(dòng)）開關(guān)，如圖1-3所示。經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)換后的電信號與某一給定值（基準(zhǔn)電壓VR）比較時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)信號，此信號送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)即可報(bào)警（或發(fā)光

6、顯示）?；镜臒犭?、光電轉(zhuǎn)換電路為橋式電路，與比較器相連，構(gòu)成熱動(dòng)（光動(dòng)）開關(guān)，如圖1-3所示。比較器基準(zhǔn)電壓根據(jù)需要可任意調(diào)節(jié)。當(dāng)輸入信號大于V1或小于V2基準(zhǔn)電壓，發(fā)光二極管工作，表示電路工作在不正常的狀態(tài)。這里將V1、V2設(shè)為基準(zhǔn)電壓。比較器輸出也可接報(bào)警電路，當(dāng)輸入信號超出規(guī)定的工作范圍，。（3）模擬開關(guān)在本電路中使用的為八選一模擬開關(guān)（CD4051）CD4051是常用的八選一模擬開關(guān)，具有雙向傳輸性能。CD4051的邏輯與引腳、功能如圖1-4所示： 圖1-4 CD4051引腳圖（4）采樣保持電路（a）采樣保持器的作用是：在采樣時(shí)，其輸出能夠跟隨輸入變化；而在保持狀態(tài)時(shí)，能使輸出值不變

7、。其輸入輸出特性如圖1-5所示。圖1-5(b) 采樣保持器的工作原理 最簡單的采樣保持器是由開關(guān)和電容組成如圖1-6所示(c)常用的采樣保持器隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，已生產(chǎn)出各種各樣的采樣保持器。如用于一般的有AD582、AD583、LF398等；用于高速的有THS-0025、THS-0060、THC-0030、THC-1500等；用于高分辨率的有SHA1144、ADC1130等。(d)LF398的簡介當(dāng)8端邏輯控制為高電平時(shí)，輸出處于跟隨狀態(tài)，有UO=UI；當(dāng)8端為低電平時(shí)，處于保持狀態(tài)。保持電容CH一般選用0.010.1F的優(yōu)質(zhì)電容。圖1-6 采樣保持器的引腳（5）模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(a)A/

8、D轉(zhuǎn)換器是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的器件或設(shè)備，是模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的接口。 (b) A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、分辨率、電源靈敏度 (c)A/D轉(zhuǎn)的方換法有：積分式、逐次比較式、并行比較式和二進(jìn)制脅迫式、量化反饋式等。在該電路中使用的是3-1/2位雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器MC14433。 (d)MC14433是采用雙積分原理來進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換作用的，轉(zhuǎn)換電路用CMOS大規(guī)模集成電路技術(shù)設(shè)計(jì)，具有功耗低、精度高、功能完整、使用簡單等優(yōu)點(diǎn)。(e)MC14433芯片的特性如下：轉(zhuǎn)換精度：讀數(shù)的±0.05%±1字電壓量程：1.999V和199.9mV兩檔。量程的

9、擴(kuò)展通過外加控制電路實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)換速率：410Hz,相應(yīng)時(shí)鐘頻率變化范圍為50150kHz。輸入阻抗：大于100M。工作電壓范圍：±4.5±8V或916V.外型封裝：24引腳雙列直插式。片內(nèi)具有自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換和自動(dòng)調(diào)零功能。有過量程和欠量程標(biāo)志信號輸出，配上控制電路可以完成自動(dòng)量程切換。片內(nèi)提供時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路，使用時(shí)只需外接一電阻，也可以使用外部輸入時(shí)鐘。時(shí)鐘頻率范圍為50150kHz。外接單一正電壓基準(zhǔn)，基準(zhǔn)電壓值和量程有關(guān)。當(dāng)量稱為1.999V時(shí)，基準(zhǔn)電壓為2V;當(dāng)量程為199.9mV時(shí)，基準(zhǔn)電壓為200mV。轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出形式為經(jīng)過多路條值得BCD碼，并有多路調(diào)制選通脈沖輸

10、出，通過外接譯碼電路可實(shí)現(xiàn)LED動(dòng)態(tài)掃描顯示或LCD顯示。 (f) MC14433的引腳如圖1-7所示 圖1-7 (g)MC14433的引腳功能：1端：VAG，模擬地，為高阻抗輸入端，作為輸入被測電壓Vx和基準(zhǔn)電壓VR的地。2端：VR，基準(zhǔn)電壓，為外接基準(zhǔn)電壓輸入端，若此端加一個(gè)大于5個(gè)時(shí)鐘周期的負(fù)脈沖（VEE電平）；則系統(tǒng)復(fù)位到轉(zhuǎn)換周期的起點(diǎn)。3端：Vx，輸入被測電壓，為被測電壓輸入端。4端：R1，外接積分電阻端。5端：R1/C1,外接積分元件端。6端：C1，外接積分元件端，積分波形輸出端。7端：C01，外接失調(diào)補(bǔ)償電容端。8端：C02，外接失調(diào)補(bǔ)償電容端。9端：DU，實(shí)時(shí)輸出控制端，主要控

11、制轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出，若在雙積分放電周期開始前DU端輸入一正脈沖，則該轉(zhuǎn)換周期所得到的轉(zhuǎn)換結(jié)果將被送入輸出鎖存器經(jīng)多路開關(guān)輸出，否則輸出端就繼續(xù)輸出鎖存器原來的轉(zhuǎn)換結(jié)果。在使用中，若該端和14端（EOC）輸出連接，則每一轉(zhuǎn)換周期的結(jié)果都將被輸出。10、11端：CLKI、CLKO，時(shí)鐘信號輸入、輸出端。12端：VEE，負(fù)電源端。VEE是整個(gè)電路的電源負(fù)端，主要作為內(nèi)部模擬部分的電源，所有輸出驅(qū)動(dòng)電路的電流不流過該端，而是流向VSS端。13端：VSS，數(shù)字地。14端：EOC，轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標(biāo)志輸出。每個(gè)A/D轉(zhuǎn)換周期結(jié)束時(shí)，EOC 端輸出一正脈沖，寬度為時(shí)鐘信號周期的1/2。15端：OR,溢出標(biāo)志輸出。

12、當(dāng)|Vx|>VR時(shí)，OR時(shí)輸出低電平，平時(shí)OR位高電平。16、17、18、19端：DS4、DS3 、DS2 、DS1，多路調(diào)制選通脈沖信號輸出的個(gè)位、十位、百位、千位。20、21、22、23端：Q0 、Q1 、Q2 、Q3，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出信號（BCD碼），Q0為MSB位。24端：VDD ,正電源端。 (h)MC14433轉(zhuǎn)換的結(jié)果采用BCD碼動(dòng)態(tài)掃描輸出，它的千位、百位、十位、個(gè)位4個(gè)數(shù)位分別與DS4、DS3 、DS2 、DS1輸出高電平是相對應(yīng)。輸出數(shù)據(jù)除了在選通信號DS4、DS3 、DS2 對應(yīng)位上，Q0 、Q1 、Q2 、Q3輸出BCD碼之外，還在選通信號DS1對應(yīng)位上輸出了“

13、千”位數(shù)和別的信號（欠，過量程標(biāo)志，正，負(fù)極性標(biāo)志等）。 (6)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 (a) D/A轉(zhuǎn)換器有并行和串行兩種，在工業(yè)控制中，主要使用并行D/A轉(zhuǎn)換器。D/A轉(zhuǎn)換器的原理可以歸納為“按權(quán)展開，然后相加”。D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部必須有一個(gè)解碼網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)按權(quán)值分別進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。 解碼網(wǎng)絡(luò)通常有兩種：二進(jìn)制加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)和T型電阻網(wǎng)絡(luò)。 (b)D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)如下：分辨率、轉(zhuǎn)換精度、偏移量誤差、建立時(shí)間（7）典型的D/A轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832 1. 引腳功能DAC0832芯片為20引腳，雙列直插式封裝。其引腳排列如圖1-8所示。（1）數(shù)字量輸入線D7D0（8條） （2）控制線（5條） （3）

14、輸出線（3條） （4）電源線（4條）圖1-82. DAC0832的技術(shù)指標(biāo) （1）分辨率8位（2）電流建立時(shí)間1µS（3）線性度（在整個(gè)溫度范圍內(nèi)）8、9或10位（4）增益溫度系數(shù)00002 FS/（5）低功耗20mW（6）單一電源+5 +15V (8)控制電路的設(shè)計(jì)CD4017是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/時(shí)序譯碼器，內(nèi)部有一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)時(shí)序譯碼器，圖1-9是其引腳圖，CP為時(shí)脈沖輸鐘入，上升沿計(jì)數(shù)，為允許計(jì)數(shù)，低電平有效，計(jì)數(shù)時(shí)Q0Q9的十個(gè)輸出端依次為高電平，RD為異步清零端，RD=1時(shí)Q0=1。計(jì)數(shù)器的輸出Q0Q4=1時(shí)進(jìn)位Co=1，Q5Q9=1時(shí)Co=0。圖1-9工作原理：普通計(jì)

15、數(shù)器作為分頻時(shí)，從計(jì)數(shù)器輸出引腳可以得到CP的2、4、8分頻的信號，用N進(jìn)制計(jì)數(shù)器可以得到N分頻信號。依此原理用CD4017可以方便得到210分頻信號，將CD4017輸出端Q2Q9分別與復(fù)位端相連，可以構(gòu)成29的分頻。當(dāng)高電平移到Q3時(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位，重新計(jì)數(shù)，3分頻信號可以從Q0Q2中一個(gè)輸出，不接反饋復(fù)位則可以得到10分頻。(9)運(yùn)算放大器LM324圖1-10 LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。圖1-10由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。下面介紹其應(yīng)用實(shí)例。五、電路原理圖六、課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過本次課程設(shè)計(jì)，我不僅掌握了學(xué)過的基本知識，還培養(yǎng)了我的獨(dú)立思考能力和動(dòng)手能力，能綜合運(yùn)用所學(xué)知識，解決實(shí)際的問題。在此過程中，我還加強(qiáng)了查閱圖書資料和各種工具書的能力以及學(xué)會了工程繪圖的方法。但我在學(xué)習(xí)的