电工与电子技术项目十课件

1、了解D/A转换器的逻辑功能；了解A/D转换器的逻辑功能；了解温度传感器的常识。知识目标：温度报警电路的设计与制作学习目标学习目标掌握仿真测试D/A转换器的逻辑功能；掌握仿真测试A/D转换器的逻辑功能；能使用仿真软件进行D/A转换器、A/D转换器应用电路的设计。技能目标：温度报警电路的设计与制作 本项目针对目前市场上对蔬菜大棚温度控制方面的需求，设计制作一款经济适用性较强的室内温控报警系统。在实际工作中，能够实现温控报警要求的电路形式或方案很多，本项目从数字电子技术知识的角度考虑，介绍以中小规模集成电路设计和仿真分析制作温控报警系统的方法。项目分析温度报警电路的设计与制作温度报警电路的设计与制作

2、 蔬菜大棚温度报警电路的设计要求完成的技术指标如下。 （1）设计一个8路温度循环检测系统，且具有温度报警功能。 （2）能手动设定报警温度，且具有高温报警和低温报警功能。 （3）当测量的温度超过某个设定值时，能给出报警提示。 （4）能用数码管显示设定温度值、被测温度值和被测通道号。 根据设计要求，蔬菜大棚温度报警系统应包括多路输入、信号放大、A/D转换、报警设定、数值比较、控制电路、编码电路、数码显示电路、超限报警等部分。 8路蔬菜大棚温度报警电路的原理框图如图10-1所示。 本项目需要完成下列内容。 （1）完成蔬菜大棚温度报警电路的设计。 （2）画出蔬菜大棚温度报警电路的逻辑图。 （3）完成蔬

3、菜大棚温度报警电路的仿真调试。 要完成蔬菜大棚温度报警电路的设计，需要多个数字电路知识模块的综合应用，相应的知识环节如图10-2所示。温度报警电路的设计与制作温度报警电路的设计与制作任务一 D/A转换器的逻辑功能一、D/A转换器的基本原理 数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一定的权。为了将数字量转换成模拟量，必须将每1位的代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现了数字到模拟的转换。这就是构成D/A转换器的基本思路。任务一 D/A转换器的逻辑功能二、倒T形电阻网络D/A转换器 在单片集成D/A转换器中，使用最多

4、的是倒T形电阻网络D/A转换器。该转换器具有转换速度快、转换精度高的特点。任务一 D/A转换器的逻辑功能任务一 D/A转换器的逻辑功能三、权电流型D/A转换器 尽管倒T形电阻网络D/A转换器具有较高的转换速度，但由于电路中存在模拟开关电压降，当流过各支路的电流稍有变化时，就会产生转换误差。为进一步提高D/A转换器的转换精度，可采用权电流型D/A转换器,如图10-6所示。任务一 D/A转换器的逻辑功能四、D/A转换器的主要技术指标任务一 D/A转换器的逻辑功能（一）转换精度 分辨率指D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。输入数字量位数越多，输出电压可分离的等级越多，即分辨率越高。1.分辨率

5、任务一 D/A转换器的逻辑功能 转换误差的来源很多，如转换器中各元件参数值的误差、基准电源不够稳定和运算放大器的零漂的影响等。2.转换误差任务一 D/A转换器的逻辑功能（二）转换速度 建立时间指输入数字量变化时，输出电压变化到相应稳定电压值所需的时间。（1）建立时间（tset）任务一 D/A转换器的逻辑功能 转换速率指大信号工作状态下模拟电压的变化率。（2）转换速率（SR）任务一 D/A转换器的逻辑功能（三）温度系数 温度系数指在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。一般用满刻度输出条件下温度每升高1 ，输出电压变化的百分数作为温度系数。任务二 A/D转换器的逻辑功能一、A/D

6、转换器的基本原理 在A/D转换器中，因为输入的模拟信号在时间上是连续量，而输出的数字信号代码是离散量，所以进行转换时必须在一系列选定的瞬间（时间坐标轴上的一些规定点上）对输入的模拟信号取样，然后再把这些取样值转换为输出的数字量。（一）取样定理任务二 A/D转换器的逻辑功能任务二 A/D转换器的逻辑功能因为每次把取样电压转换为相应的数字量都需要一定的时间，所以在每次取样以后，必须把取样电压保持一段时间。可见，进行A/D转换时所用的输入电压，实际上是每次取样结束时的vI值。（二）量化和编码任务二 A/D转换器的逻辑功能任务二 A/D转换器的逻辑功能为了减少量化误差，通常采用图10-10（b）所示的

7、划分方法，取量化单位=（2/15） V，并将000代码所对应的模拟电压规定为0（1/15） V，即0/2。这时，最大量化误差将减少为/2=（1/15） V。任务二 A/D转换器的逻辑功能二、并行比较型A/D转换器任务二 A/D转换器的逻辑功能任务二 A/D转换器的逻辑功能三、逐次比较型A/D转换器 逐次比较转换过程与用天平称物重非常相似。按照天平称重的思路，逐次比较型A/D转换器就是将输入模拟信号与不同的参考电压做多次比较，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量的对应值。任务二 A/D转换器的逻辑功能任务二 A/D转换器的逻辑功能四、双积分型A/D转换器 双积分型A/D转换器是一种间接A

8、/D转换器。它的基本原理是对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔，进而得到相应的数字量输出。由于该转换电路是对输入电压的平均值进行转换，所以它具有很强的抗工频干扰能力，在数字测量中得到了广泛的应用。任务二 A/D转换器的逻辑功能五、A/D转换器的主要技术指标（一）转换精度 分辨率说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。A/D转换器的分辨率以输出二进制（或十进制）数的位数表示。1.分辨率任务二 A/D转换器的逻辑功能 转换误差表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。常用最低有效位的倍数表示

9、。2.转换误差任务二 A/D转换器的逻辑功能（二）转换时间 转换时间指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。任务二 A/D转换器的逻辑功能项目实施一、项目目的（1）了解并掌握蔬菜大棚温度报警电路的设计与调试方法。（2）掌握使用仿真软件Multisim 10进行复杂应用电路仿真调试的方法。项目实施二、项目要求（1）设计电路应能完全满足项目题目的要求。（2）绘出蔬菜大棚温度报警电路的逻辑图。（3）完成蔬菜大棚温度报警电路的仿真调试。项目实施三、项目步骤（一）电路设计分析1.8路输入电路 8路输入电路由计数器和多路模拟开关构成，如图10-14（a）所示。由74L

10、S161N和74LS10N构成八进制计数器，计数器的输出为QCQBQA。接模拟开关ADG408TQ的地址码输入端A2A1A0。当A2A1A0分别为000111时，模拟多路开关依次选通CH0CH7八路输入信号中的一路。多路输入电路的封装模块X1，其输入引脚CH0CH7接温度传感器输出信号，CLOCK外接时钟脉冲，由时钟脉冲的频率控制八个通道温度检测转换的快慢，其输出OUT接信号放大电路的输入端VIN，QCQBQA同时接通道显示数码管，用来显示哪个通道被选中进行温度检测，如图10-14（b）所示。项目实施项目实施2.信号放大电路 信号放大电路用来对输入的模拟信号进行放大，如图10-15（a）所示。

11、信号放大电路选用集成运放OP07，集成运放OP07为低温漂、高精度放大器。整个放大电路分两级，第一级由电阻R5和R6等构成比例放大电路，放大倍数为5；第二级由电阻R2和R3等构成比例放大电路，放大倍数为5；这样信号经两级放大电路放大以后，信号明显的加强。项目实施项目实施3.A/D转换电路 Multisim 10仿真软件中，AD转换器件用的是虚拟器件，其引脚排列如图10-16所示。VIN为模拟电压输入端子，将输入的模拟信号转换为8位的数字量,输出端为D7D0；Vref+为参考电压“+”输入端子(直流参考电源的电压)，Vref-为参考电压“-”端(通常接地)。Vref+的大小按量化精度而定。项目实

12、施4.报警设定电路 报警设定电路由计数器和数值比较器构成，能实现被测温度的超限报警，如图10-17所示。以高温报警电路设计为例，使用两片74LS160N组成2位计数器，设定报警值时，通过开关S产生脉冲信号，计数器对脉冲信号计数产生需要设定的温度报警值。两片74LS85N级联组成8位二进制数值比较器，数值比较器将AD转换器传来的温度数字量和设定的报警值进行比较，当实测温度值超过设定值时，产生报警输出。同理，低温报警电路的设计与此类似，只是在温度比较环节进行了调整，将AD转换器传来的温度数字量和设定的报警值进行比较，当实测温度值低于设定值时，产生报警输出，进行低温报警。项目实施项目实施项目实施（二）电路组成 蔬菜大棚温度报警电路的整体仿真电路如图10-19所示。该电路全部采用元件单独接线的方式进行导线的连接。项目实施项目实施（三