電工與電子技術(shù)項(xiàng)目十課件_第1頁(yè)
電工與電子技術(shù)項(xiàng)目十課件_第2頁(yè)
電工與電子技術(shù)項(xiàng)目十課件_第3頁(yè)
電工與電子技術(shù)項(xiàng)目十課件_第4頁(yè)
電工與電子技術(shù)項(xiàng)目十課件_第5頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

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(shí)。知識(shí)目標(biāo):溫度報(bào)警電路的設(shè)計(jì)與制作學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握仿真測(cè)試D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯功能;掌握仿真測(cè)試A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能;能使用仿真軟件進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)。技能目標(biāo):溫度報(bào)警電路的設(shè)計(jì)與制作 本項(xiàng)目針對(duì)目前市場(chǎng)上對(duì)蔬菜大棚溫度控制方面的需求,設(shè)計(jì)制作一款經(jīng)濟(jì)適用性較強(qiáng)的室內(nèi)溫控報(bào)警系統(tǒng)。在實(shí)際工作中,能夠?qū)崿F(xiàn)溫控報(bào)警要求的電路形式或方案很多,本項(xiàng)目從數(shù)字電子技術(shù)知識(shí)的角度考慮,介紹以中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)和仿真分析制作溫控報(bào)警系統(tǒng)的方法。項(xiàng)目分析溫度報(bào)警電路的設(shè)計(jì)與制作溫度報(bào)警電路的設(shè)計(jì)與制作

2、 蔬菜大棚溫度報(bào)警電路的設(shè)計(jì)要求完成的技術(shù)指標(biāo)如下。 (1)設(shè)計(jì)一個(gè)8路溫度循環(huán)檢測(cè)系統(tǒng),且具有溫度報(bào)警功能。 (2)能手動(dòng)設(shè)定報(bào)警溫度,且具有高溫報(bào)警和低溫報(bào)警功能。 (3)當(dāng)測(cè)量的溫度超過(guò)某個(gè)設(shè)定值時(shí),能給出報(bào)警提示。 (4)能用數(shù)碼管顯示設(shè)定溫度值、被測(cè)溫度值和被測(cè)通道號(hào)。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求,蔬菜大棚溫度報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)包括多路輸入、信號(hào)放大、A/D轉(zhuǎn)換、報(bào)警設(shè)定、數(shù)值比較、控制電路、編碼電路、數(shù)碼顯示電路、超限報(bào)警等部分。 8路蔬菜大棚溫度報(bào)警電路的原理框圖如圖10-1所示。 本項(xiàng)目需要完成下列內(nèi)容。 (1)完成蔬菜大棚溫度報(bào)警電路的設(shè)計(jì)。 (2)畫出蔬菜大棚溫度報(bào)警電路的邏輯圖。 (3)完成蔬

3、菜大棚溫度報(bào)警電路的仿真調(diào)試。 要完成蔬菜大棚溫度報(bào)警電路的設(shè)計(jì),需要多個(gè)數(shù)字電路知識(shí)模塊的綜合應(yīng)用,相應(yīng)的知識(shí)環(huán)節(jié)如圖10-2所示。溫度報(bào)警電路的設(shè)計(jì)與制作溫度報(bào)警電路的設(shè)計(jì)與制作任務(wù)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(lái)表示的,對(duì)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(yīng)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(shí)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(wù)一 D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯功能二、倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(diǎn)。任務(wù)一 D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯功能任務(wù)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(luò)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(guān)電壓降,當(dāng)流過(guò)各支路的電流稍有變化時(shí),就會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換誤差。為進(jìn)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(wù)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(biāo)任務(wù)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(jí)數(shù)。輸入數(shù)字量位數(shù)越多,輸出電壓可分離的等級(jí)越多,即分辨率越高。1.分辨率

5、任務(wù)一 D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯功能 轉(zhuǎn)換誤差的來(lái)源很多,如轉(zhuǎn)換器中各元件參數(shù)值的誤差、基準(zhǔn)電源不夠穩(wěn)定和運(yùn)算放大器的零漂的影響等。2.轉(zhuǎn)換誤差任務(wù)一 D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯功能(二)轉(zhuǎn)換速度 建立時(shí)間指輸入數(shù)字量變化時(shí),輸出電壓變化到相應(yīng)穩(wěn)定電壓值所需的時(shí)間。(1)建立時(shí)間(tset)任務(wù)一 D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯功能 轉(zhuǎn)換速率指大信號(hào)工作狀態(tài)下模擬電壓的變化率。(2)轉(zhuǎn)換速率(SR)任務(wù)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?jǐn)?shù)作為溫度系數(shù)。任務(wù)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?yàn)檩斎氲哪M信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)量,而輸出的數(shù)字信號(hào)代碼是離散量,所以進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)必須在一系列選定的瞬間(時(shí)間坐標(biāo)軸上的一些規(guī)定點(diǎn)上)對(duì)輸入的模擬信號(hào)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(wù)二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能任務(wù)二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能因?yàn)槊看伟讶与妷恨D(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量都需要一定的時(shí)間,所以在每次取樣以后,必須把取樣電壓保持一段時(shí)間??梢?,進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)所用的輸入電壓,實(shí)際上是每次取樣結(jié)束時(shí)的vI值。(二)量化和編碼任務(wù)二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能任務(wù)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(duì)應(yīng)的模擬電壓規(guī)定為0(1/15) V,即0/2。這時(shí),最大量化誤差將減少為/2=(1/15) V。任務(wù)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(wù)二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能任務(wù)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(guò)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(hào)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(duì)應(yīng)值。任務(wù)二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能任務(wù)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(duì)輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)行兩次積分,將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時(shí)間間隔,然后利用時(shí)鐘脈沖和計(jì)數(shù)器測(cè)出此時(shí)間間隔,進(jìn)而得到相應(yīng)的數(shù)字量輸出。由于該轉(zhuǎn)換電路是對(duì)輸入電壓的平均值進(jìn)行轉(zhuǎn)換,所以它具有很強(qiáng)的抗工頻干擾能力,在數(shù)字測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用。任務(wù)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(biāo)(一)轉(zhuǎn)換精度 分辨率說(shuō)明A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力。A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率以輸出二進(jìn)制(或十進(jìn)制)數(shù)的位數(shù)表示。1.分辨率任務(wù)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(shí)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(wù)二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能(二)轉(zhuǎn)換時(shí)間 轉(zhuǎn)換時(shí)間指A/D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號(hào)到來(lái)開始,到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。任務(wù)二 A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能項(xiàng)目實(shí)施一、項(xiàng)目目的(1)了解并掌握蔬菜大棚溫度報(bào)警電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法。(2)掌握使用仿真軟件Multisim 10進(jìn)行復(fù)雜應(yīng)用電路仿真調(diào)試的方法。項(xiàng)目實(shí)施二、項(xiàng)目要求(1)設(shè)計(jì)電路應(yīng)能完全滿足項(xiàng)目題目的要求。(2)繪出蔬菜大棚溫度報(bào)警電路的邏輯圖。(3)完成蔬菜大棚溫度報(bào)警電路的仿真調(diào)試。項(xiàng)目實(shí)施三、項(xiàng)目步驟(一)電路設(shè)計(jì)分析1.8路輸入電路 8路輸入電路由計(jì)數(shù)器和多路模擬開關(guān)構(gòu)成,如圖10-14(a)所示。由74L

10、S161N和74LS10N構(gòu)成八進(jìn)制計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)器的輸出為QCQBQA。接模擬開關(guān)ADG408TQ的地址碼輸入端A2A1A0。當(dāng)A2A1A0分別為000111時(shí),模擬多路開關(guān)依次選通CH0CH7八路輸入信號(hào)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(hào),CLOCK外接時(shí)鐘脈沖,由時(shí)鐘脈沖的頻率控制八個(gè)通道溫度檢測(cè)轉(zhuǎn)換的快慢,其輸出OUT接信號(hào)放大電路的輸入端VIN,QCQBQA同時(shí)接通道顯示數(shù)碼管,用來(lái)顯示哪個(gè)通道被選中進(jìn)行溫度檢測(cè),如圖10-14(b)所示。項(xiàng)目實(shí)施項(xiàng)目實(shí)施2.信號(hào)放大電路 信號(hào)放大電路用來(lái)對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行放大,如圖10-15(a)所示。

11、信號(hào)放大電路選用集成運(yùn)放OP07,集成運(yùn)放OP07為低溫漂、高精度放大器。整個(gè)放大電路分兩級(jí),第一級(jí)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(jí)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(hào)經(jīng)兩級(jí)放大電路放大以后,信號(hào)明顯的加強(qiáng)。項(xiàng)目實(shí)施項(xiàng)目實(shí)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(hào)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(xiàng)目實(shí)

12、施4.報(bào)警設(shè)定電路 報(bào)警設(shè)定電路由計(jì)數(shù)器和數(shù)值比較器構(gòu)成,能實(shí)現(xiàn)被測(cè)溫度的超限報(bào)警,如圖10-17所示。以高溫報(bào)警電路設(shè)計(jì)為例,使用兩片74LS160N組成2位計(jì)數(shù)器,設(shè)定報(bào)警值時(shí),通過(guò)開關(guān)S產(chǎn)生脈沖信號(hào),計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)產(chǎn)生需要設(shè)定的溫度報(bào)警值。兩片74LS85N級(jí)聯(lián)組成8位二進(jìn)制數(shù)值比較器,數(shù)值比較器將AD轉(zhuǎn)換器傳來(lái)的溫度數(shù)字量和設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較,當(dāng)實(shí)測(cè)溫度值超過(guò)設(shè)定值時(shí),產(chǎn)生報(bào)警輸出。同理,低溫報(bào)警電路的設(shè)計(jì)與此類似,只是在溫度比較環(huán)節(jié)進(jìn)行了調(diào)整,將AD轉(zhuǎn)換器傳來(lái)的溫度數(shù)字量和設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較,當(dāng)實(shí)測(cè)溫度值低于設(shè)定值時(shí),產(chǎn)生報(bào)警輸出,進(jìn)行低溫報(bào)警。項(xiàng)目實(shí)施項(xiàng)目實(shí)施項(xiàng)目實(shí)施(二)電路組成 蔬菜大棚溫度報(bào)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(dú)接線的方式進(jìn)行導(dǎo)線的連接。項(xiàng)目實(shí)施項(xiàng)目實(shí)施(三

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