電工與電子技術(shù)項目十課件

1、了解D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯功能；了解A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能；了解溫度傳感器的常識。知識目標：溫度報警電路的設計與制作學習目標學習目標掌握仿真測試D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯功能；掌握仿真測試A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能；能使用仿真軟件進行D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器應用電路的設計。技能目標：溫度報警電路的設計與制作 本項目針對目前市場上對蔬菜大棚溫度控制方面的需求，設計制作一款經(jīng)濟適用性較強的室內(nèi)溫控報警系統(tǒng)。在實際工作中，能夠?qū)崿F(xiàn)溫控報警要求的電路形式或方案很多，本項目從數(shù)字電子技術(shù)知識的角度考慮，介紹以中小規(guī)模集成電路設計和仿真分析制作溫控報警系統(tǒng)的方法。項目分析溫度報警電路的設計與制作溫度報警電路的設計與制作

2、 蔬菜大棚溫度報警電路的設計要求完成的技術(shù)指標如下。 （1）設計一個8路溫度循環(huán)檢測系統(tǒng)，且具有溫度報警功能。 （2）能手動設定報警溫度，且具有高溫報警和低溫報警功能。 （3）當測量的溫度超過某個設定值時，能給出報警提示。 （4）能用數(shù)碼管顯示設定溫度值、被測溫度值和被測通道號。 根據(jù)設計要求，蔬菜大棚溫度報警系統(tǒng)應包括多路輸入、信號放大、A/D轉(zhuǎn)換、報警設定、數(shù)值比較、控制電路、編碼電路、數(shù)碼顯示電路、超限報警等部分。 8路蔬菜大棚溫度報警電路的原理框圖如圖10-1所示。 本項目需要完成下列內(nèi)容。 （1）完成蔬菜大棚溫度報警電路的設計。 （2）畫出蔬菜大棚溫度報警電路的邏輯圖。 （3）完成蔬

3、菜大棚溫度報警電路的仿真調(diào)試。 要完成蔬菜大棚溫度報警電路的設計，需要多個數(shù)字電路知識模塊的綜合應用，相應的知識環(huán)節(jié)如圖10-2所示。溫度報警電路的設計與制作溫度報警電路的設計與制作任務一 D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯功能一、D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理 數(shù)字量是用代碼按數(shù)位組合起來表示的，對于有權(quán)碼，每位代碼都有一定的權(quán)。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，必須將每1位的代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得到與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實現(xiàn)了數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換。這就是構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換器的基本思路。任務一 D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯功能二、倒T形電阻網(wǎng)絡D/A轉(zhuǎn)換器 在單片集成D/A轉(zhuǎn)換器中，使用最多

4、的是倒T形電阻網(wǎng)絡D/A轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換速度快、轉(zhuǎn)換精度高的特點。任務一 D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯功能任務一 D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯功能三、權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器 盡管倒T形電阻網(wǎng)絡D/A轉(zhuǎn)換器具有較高的轉(zhuǎn)換速度，但由于電路中存在模擬開關電壓降，當流過各支路的電流稍有變化時，就會產(chǎn)生轉(zhuǎn)換誤差。為進一步提高D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，可采用權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器,如圖10-6所示。任務一 D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯功能四、D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標任務一 D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯功能（一）轉(zhuǎn)換精度 分辨率指D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓可能被分離的等級數(shù)。輸入數(shù)字量位數(shù)越多，輸出電壓可分離的等級越多，即分辨率越高。1.分辨率

5、任務一 D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯功能 轉(zhuǎn)換誤差的來源很多，如轉(zhuǎn)換器中各元件參數(shù)值的誤差、基準電源不夠穩(wěn)定和運算放大器的零漂的影響等。2.轉(zhuǎn)換誤差任務一 D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯功能（二）轉(zhuǎn)換速度 建立時間指輸入數(shù)字量變化時，輸出電壓變化到相應穩(wěn)定電壓值所需的時間。（1）建立時間（tset）任務一 D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯功能 轉(zhuǎn)換速率指大信號工作狀態(tài)下模擬電壓的變化率。（2）轉(zhuǎn)換速率（SR）任務一 D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯功能（三）溫度系數(shù) 溫度系數(shù)指在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化產(chǎn)生的變化量。一般用滿刻度輸出條件下溫度每升高1 ，輸出電壓變化的百分數(shù)作為溫度系數(shù)。任務二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能一、A/D

6、轉(zhuǎn)換器的基本原理 在A/D轉(zhuǎn)換器中，因為輸入的模擬信號在時間上是連續(xù)量，而輸出的數(shù)字信號代碼是離散量，所以進行轉(zhuǎn)換時必須在一系列選定的瞬間（時間坐標軸上的一些規(guī)定點上）對輸入的模擬信號取樣，然后再把這些取樣值轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字量。（一）取樣定理任務二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能任務二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能因為每次把取樣電壓轉(zhuǎn)換為相應的數(shù)字量都需要一定的時間，所以在每次取樣以后，必須把取樣電壓保持一段時間?？梢姡M行A/D轉(zhuǎn)換時所用的輸入電壓，實際上是每次取樣結(jié)束時的vI值。（二）量化和編碼任務二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能任務二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能為了減少量化誤差，通常采用圖10-10（b）所示的

7、劃分方法，取量化單位=（2/15） V，并將000代碼所對應的模擬電壓規(guī)定為0（1/15） V，即0/2。這時，最大量化誤差將減少為/2=（1/15） V。任務二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能二、并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器任務二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能任務二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能三、逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器 逐次比較轉(zhuǎn)換過程與用天平稱物重非常相似。按照天平稱重的思路，逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器就是將輸入模擬信號與不同的參考電壓做多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量的對應值。任務二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能任務二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能四、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器是一種間接A

8、/D轉(zhuǎn)換器。它的基本原理是對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時間間隔，然后利用時鐘脈沖和計數(shù)器測出此時間間隔，進而得到相應的數(shù)字量輸出。由于該轉(zhuǎn)換電路是對輸入電壓的平均值進行轉(zhuǎn)換，所以它具有很強的抗工頻干擾能力，在數(shù)字測量中得到了廣泛的應用。任務二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能五、A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標（一）轉(zhuǎn)換精度 分辨率說明A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號的分辨能力。A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率以輸出二進制（或十進制）數(shù)的位數(shù)表示。1.分辨率任務二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能 轉(zhuǎn)換誤差表示A/D轉(zhuǎn)換器實際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別。常用最低有效位的倍數(shù)表示

9、。2.轉(zhuǎn)換誤差任務二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能（二）轉(zhuǎn)換時間 轉(zhuǎn)換時間指A/D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時間。任務二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能項目實施一、項目目的（1）了解并掌握蔬菜大棚溫度報警電路的設計與調(diào)試方法。（2）掌握使用仿真軟件Multisim 10進行復雜應用電路仿真調(diào)試的方法。項目實施二、項目要求（1）設計電路應能完全滿足項目題目的要求。（2）繪出蔬菜大棚溫度報警電路的邏輯圖。（3）完成蔬菜大棚溫度報警電路的仿真調(diào)試。項目實施三、項目步驟（一）電路設計分析1.8路輸入電路 8路輸入電路由計數(shù)器和多路模擬開關構(gòu)成，如圖10-14（a）所示。由74L

10、S161N和74LS10N構(gòu)成八進制計數(shù)器，計數(shù)器的輸出為QCQBQA。接模擬開關ADG408TQ的地址碼輸入端A2A1A0。當A2A1A0分別為000111時，模擬多路開關依次選通CH0CH7八路輸入信號中的一路。多路輸入電路的封裝模塊X1，其輸入引腳CH0CH7接溫度傳感器輸出信號，CLOCK外接時鐘脈沖，由時鐘脈沖的頻率控制八個通道溫度檢測轉(zhuǎn)換的快慢，其輸出OUT接信號放大電路的輸入端VIN，QCQBQA同時接通道顯示數(shù)碼管，用來顯示哪個通道被選中進行溫度檢測，如圖10-14（b）所示。項目實施項目實施2.信號放大電路 信號放大電路用來對輸入的模擬信號進行放大，如圖10-15（a）所示。

11、信號放大電路選用集成運放OP07，集成運放OP07為低溫漂、高精度放大器。整個放大電路分兩級，第一級由電阻R5和R6等構(gòu)成比例放大電路，放大倍數(shù)為5；第二級由電阻R2和R3等構(gòu)成比例放大電路，放大倍數(shù)為5；這樣信號經(jīng)兩級放大電路放大以后，信號明顯的加強。項目實施項目實施3.A/D轉(zhuǎn)換電路 Multisim 10仿真軟件中，AD轉(zhuǎn)換器件用的是虛擬器件，其引腳排列如圖10-16所示。VIN為模擬電壓輸入端子，將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為8位的數(shù)字量,輸出端為D7D0；Vref+為參考電壓“+”輸入端子(直流參考電源的電壓)，Vref-為參考電壓“-”端(通常接地)。Vref+的大小按量化精度而定。項目實

12、施4.報警設定電路 報警設定電路由計數(shù)器和數(shù)值比較器構(gòu)成，能實現(xiàn)被測溫度的超限報警，如圖10-17所示。以高溫報警電路設計為例，使用兩片74LS160N組成2位計數(shù)器，設定報警值時，通過開關S產(chǎn)生脈沖信號，計數(shù)器對脈沖信號計數(shù)產(chǎn)生需要設定的溫度報警值。兩片74LS85N級聯(lián)組成8位二進制數(shù)值比較器，數(shù)值比較器將AD轉(zhuǎn)換器傳來的溫度數(shù)字量和設定的報警值進行比較，當實測溫度值超過設定值時，產(chǎn)生報警輸出。同理，低溫報警電路的設計與此類似，只是在溫度比較環(huán)節(jié)進行了調(diào)整，將AD轉(zhuǎn)換器傳來的溫度數(shù)字量和設定的報警值進行比較，當實測溫度值低于設定值時，產(chǎn)生報警輸出，進行低溫報警。項目實施項目實施項目實施（二）電路組成 蔬菜大棚溫度報警電路的整體仿真電路如圖10-19所示。該電路全部采用元件單獨接線的方式進行導線的連接。項目實施項目實施（三