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1、多路数据巡回检测与显示电路的设计,一、设计要求,1、原理电路的设计。内容包括：温度电压的变换；放大与比较电路；直流电压欠压比较电路；控制电路；D/A、A/D转换电路等。,2、画出总体原理图。,3、归纳设计和调试过程中遇到的问题解决方法。,4、写出设计性实验报告。,二、主要元器件,LM339（或LM324）、LF398、CC4051（或CC4052）各1片AD590、ADC0804、DAC0808、74LS138、74LS74 各1片,三、功能要求,自动化工业生产或大型设备（如激光器）中，经常需要对生产过程或运行状态的各种工作参数实时进行巡回检测、监视并报警，以确保系统的稳定可靠性。本实验要求设
2、计并调试多路数据巡回检测、显示与报警电路。模拟信号分别为温度（t）、直流电压（Udc）和交流正弦电压（Uac）。各模拟参数的控制要求如下：,）和交流正弦电压（,）。各模拟参数的控制要求如下：,1、正常工作温度：t=(27+3)。C，当t30。C时，报警（发光显示）；当t24。C时，报警（发光显示）。,2、正常直流电压：Udc=1.53.5V，当Udc1.5V时，报警（发光显示）,3、交流正弦电压：Uac=12V，f=1kHZ，观测D/A转换后的电压波形。,4、采样数据的巡回显示。,四、设计提示,1、系统框图,根据其功能要求，可画出原理框图，如图所示。,2、单元电路设计,（1）A/D转换,A/D
3、转换芯片种类繁多，按其变换原理分类，主要有逐次比较式、双积分式、量化反馈和并行式等。现仅以逐次比较式单片集成芯片ADC0801系列为例进行介绍。,ADC08010805型为美国National Semicondator公司产品，是当前较流行的中速廉价型产品之一。由于它具有三态输出锁存器，可直接驱动数据总线，因而可直接与微处理器接口。此外，模拟输入采用差分输入方式，能量大限度抑制共模噪声。其主要特性如下：,分辨率：8位；转换时间：100,非线性误差：,片内有时钟产生器；电源电压：单+5V供电；模拟输入电压范围：0+5V；模拟输入通道数：单通道；低功耗：典型电源电流1.5mA。,ADC080108
4、05典型外部接线如图所示,图中外接电阻、电容的典型应用参数为：,ADC08010805提供两个信号输入端VIN（+）和VIN（-）。当输入信号为（0Umax)时VIN（-）接地，VIN（+）接Umax；当输入信号为（UminUmax)时VIN（-）接Umin，VIN（+）接Umax,转换器的零点无需调整，而输入电压的范围可以通过调整VREF/2端的电压加以改变，VREF/2端的电压值应是输入电压范围的1/2。例如：输入电压范围是0.5V到3.5V时,VREF/2端应加强1.5V。当输入电压是0至+5V时，VREF/2端无需加任何电压（浮空即可），而由内部供电电源分压得到。,/CS是片选端，/W
5、R是控制芯片启动的输入端，当/CS和/WR同时有效时，便启动转换。/INTR是转换结束信号输出端，输出跳转低电平表示本次转换已经完成，可作为中断或查询信号。如果将/CS接地，/WR端与/INTR端相连，则ADC080X就处于自动循环转换状态。,/RD为转换结果读出控制端，当/CS和/RD端同时有效时，输出数据锁存器 DB0DB7提供8位并行二进制数据输出，同时使/INTR复位。,（2）信号提取与比较。,信号提取要利用传感器才能实现。传感器的种类很多。最常用的有光传感器、温度传感器和压力传感器等。下面仅以AD590为例着重介绍温度传感器的典型应用电路。,(a)集成电路温度传感器AD590电路。,
6、AD590是电流型（即产生一个与绝对温度成正比的电流输出）集成温度传感器的代表产品。,AD590的主要电气参数为：工作电压范围：+4+30V测温范围：-50+15025电流输出（298.20K)：298.2uA,上图是从没有引脚的一端向有引脚一端看过去的图！第三个脚可以不用,是接外壳做屏蔽用的。测量温度是把整个器件放到需要测温度的地方。基本使用方法如下：,AD590的输出电流值说明如下：其输出电流是以绝对温度零度（-273）为基准，每增加1，它会增加1A输出电流，因此在室温25时，其输出电流Iout=（273+25）=298A。,由于AD590是个温控的恒流源器件，因而使用时往往将信号转换为电
7、压信号，如图所示，其中，(a)图所示的为最简单的测温电路，它仅对某一温度进行调整，至于这一点选什么温度值好，要看使用范围而定，若选在25，通过调节 RP，使(R+RP)I=298.2mV，则在此温度下的温度系统能满足 1uA/K的精确度要求。图(b)所示的为温差测量电路，若 T1=T2,I=0，则 UT=0，若 U+=|U-|=5V，则调节范围是 1uA（相当于 1)，由于 Rf=10千欧，故电路输出 UT=（T2-T1）10mV/。这种电路通常把 T1视为参考温度，而 T2用于监视被测温度。,(3)比较电路,经传感器转换后的电信号与某一给定值（基准电压UR)比较时，将产生一个开关信号，此信号
8、送到时执行机构可报警（或发光显示）。,基本的热电、光电转换电路为桥式转换电路，与比较器A连用，构成热动（光动）开关。其中图(C)所示的为单运放比较电路，图(D)所示的为双运放构成的上下限比较电路，例如，当UiUr1时U01为高电平，而 UiUr2时，U02为高电平。,(4)取样/保持（S/H）电路,在A/D转换前需要将模拟信号变换成能直接满足A/D变换要求的信号电平输入方式。为了减小动态数据的测量误差，对于快速变化的输入信号，数据采集系统中往往设置S/H电路，以防止采样过程中信号发生变化。因此，多路开关、S/H电路是数据采集系统前向通道中的一个重要环节。此外，转换电路中是否一定要使用S/H器，
9、这完全取决于输入信号的频率，对于快速变化的信号，必须在A/D前加S/H电路；对于一般非快速变化的输入信号，可以不使用S/H器。目前S/H电路大多为集成芯片，最常用的有LF198/LF298/LF398和AD582。,3、系统设计注意事项,（1）系统的取样速度,数据采集系统中，取样速度由模拟信号带宽、数据通道数和取样频率（即每个周期的取样点数）决定。取样频率至少为输入信号最高有效频率的两倍，即每个信号周期内至少取样2次。实际使用时，为了保证数据采集的精度一般每周期需取样710次。,（2）系统的同步,例如：S/H与A/D互连时，必须保持同步。为此ADC0804的/INTR信号作为控制电路的时钟输入
10、信号，也可将/INTR信号直接作为S/H控制信号。具体如何连接，需要根据设计的电路而定。,（3）基准电压UR,因为A/D转换的精度与基准源的质量有关。因此，应选择精确、稳定的电压来作为基准电压 UR，严格来说，数字电路的电压源最好不要用作产生 UR的电源。其次，UR的电压值应根据模拟输入信号的电压范围来选定。当输入信号为05V时，UR端可以悬空。,多路智力竞赛抢答器,、设计要求,1、设计各单元电路。,2、测试定时抢答器的逻辑功能。,3、画出定时抢答器的整机逻辑电路图。,4、写出设计性实验报告。,二、功能要求,1、设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8个代表队参加比赛，他们的编号分别为0、1、2、3
11、、4、5、6、7，各用一个抢答键，键的编号与选手的编号相对应。,2、给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。,3、抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始后，若有选手按动抢答键，编号立即锁存，并在LED数码管上显示选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输出电路，禁止其它选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。,4、抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如30s）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即进行减计时，并用显示器进行显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间为0.5s左右。,5、参赛选手在设定的时间内进行抢答时，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。,6、如果定格时抢答的时间已到，却没有选手抢答，则本次抢答无效，系统进行短暂的报警，并封锁输出电路，禁止选手超时后抢答，定时显示器显示00。,三、主要元器件,集成电路：74LS148、74LS279、74LS00、74LS121各1片，74LS48 3片，74LS192、NE555 各2片。,三极管：3DG12 1只。发光二极管：2只。共阴极显示器：3只。,
