家电接口技术课程设计书

山西广播电视大学《机电接口技术》课程设计任务书设计题目：多路数据巡回检测与显示电路设计分校：中条山专业：机械设计制造及自动化（专升本）学生姓名:许晨学号:起迄日期:指导教师:多路数据巡回监测与显示电路第1页共17页《机电接口技术》课程设计任务书1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：一．设计目的1．了解系统的组成和工作原理。2．掌握各单元电路的设计和调整方法。3．提高综合运用电路的能力。二、设计任务和要求设计并调试多路数据巡回检测、显示与报警电路，其原理框图如下图所示。图中，3路模拟信号分别为温度（t）、直流电压（DCV）与交流正弦电压（ACv）。各路模拟参数的控制要求如下：1．正常工作温度：t＝27℃3℃，当t30℃时，报警（发光显示）；当t24℃时，报警（发光显示）；2．正常直流电压：DCV＝（1.5～3.5）V，当DCV1.5V时，报警（发光显示）。3．交流正弦电压：ACv＝（1～2）Vf=1kHz，观察D/A转换后的电压波形。4．采样数据的巡回显示。多路数据巡回监测与显示电路第2页共17页三．自学要求与思考题1．学习比较器与A/D、D/A转换的工作原理。2．查阅资料，了解并熟悉设计所需各集成芯片的管脚功能及使用要求。3．根据设计任务要求，设计上图所示总体原理电路。四．设计报告要求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；直流电压的欠压比较电路；控制电路。A/D、D/A转换电路等。2．总体原理电路图。3．整理设计数据和记录观察到的波形，分析转换误差。4．设计与调试过程中遇到的问题及解决方法。五．建议使用的主要元器件LM339(或LM324)、LF398、CC4051（或CC4052）各1片AD590、ADC0804、DAC0808、74LS138、74LS74各1片电阻、电容、发光二极管若干。多路数据巡回监测与显示电路第3页共17页2．对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕：1、设计说明书1份；2、电路图1份。3．主要参考文献：[1]童诗白《模拟电子技术基础》（第三版）高教出版社[2]阎石主编《数字电子技术基础》（第四版/第五版）高教出版社[3]陈大钦主编《电子技术基础实验》高教出版社[4]金唯香、谢玉梅《电子测试技术》湖南大学出版社[5]陈永甫《电子电路智能化设计实例与应用》电子工业出版社4．课程设计工作进度计划：序号起迄日期工作内容1布置设计任务，借资料，领图及仪器2熟悉设计要求及步骤、程序3工况分析，确定设计参数等4拟定电路系统，选择控制元件5编制设计说明书，绘电路图67主指导教师日期：年月日多路数据巡回监测与显示电路第4页共17页目录1课程设计目的…………………………………………………………………….42课程设计指标…………………………………………………………………….43课程设计原理…………………………………………………………………….43.1设计方案……………………………………………………………………43.2原理框图……………………………………………………………………54设计的步骤和过程………………………………………………………….…....64.1电源…………………………………..………………………………….…64.2模数转换电路……………………………………………………...……….74.3报警电路……………..……………………………………………….……84.4控制电路与巡回电路………………………………………………..……..84.5设计步骤和过程……………………………………………………....……..95设计的仿真和运行结果…………….…………………….……………...….....115.1电路的调试………………………………………………………..…….115.2结果及分析…………………………………………………….………..116结论…………….…………………….……………………………………….....147参考文献………………………….….…………………….…………………....168附录…………………………………………………………………………..……17附录A……………………………………………………………....………..…18附录B…………………………………………………………....…………..…19附录C……………………………………………………………....………..…20.多路数据巡回监测与显示电路第5页共17页1课程设计目的多路数据巡回检测与显示电路，实现了电路自动对变阻上电压的巡回检测，并用发光灯进行显示。此次试验，让我们自行设计，不仅加强了对元器件的认识，学会了怎样运用元器件，更加加强了了自我的设计意识，通过合作完成设计任务。最后学会使用EWB软件，并通过EWB电路仿真设计软件完成多路数据巡回监测与显示电路的设计及仿真调试，在微机上仿真实现多路数据巡回监测与显示的设计。2课程设计指标1、设计、调试、仿真多路数据巡回监测、显示与报警电路。2、多路（两路）数据为模拟信号，是两路可变电阻上的直流电压(VDC)。3、正常直流电压：VDC=１．５∽３．５Ｖ，当VDC１．５Ｖ，报警（发光显示）。4、采样数据的巡回显示。3课程设计原理3．1设计方案两片74HC160芯片组成控制电路，通过计数器的数据叠加在不同时刻控制选择不同的通路输出；改变电压输入的通道的不断改变，完成电路的巡回提取两变阻上的电压，并用发光灯显示当前通道。通过比较器把输入电压和预设电压进行比较来报警。正常直流电压：VDC=１．５∽３．５Ｖ，当VDC１．５Ｖ，监测灯发光警告。由于输入电压是模拟量，所以使用ADC模块进行模数转换，把模拟电压信号转化成16位2进制数据输出，并运用显示器，显示当前电压值。，而电压信号则由555A/D转换芯片。此外两片由以上几部分便构成了完整的多路巡回监测与显示电路。74HC160芯片组成控制电路，通过计数器的数据叠加在不同时刻控制选择不同的通路输出；输出模块把数字信号正确的输出。由以上几部分便构成了完整的多路巡回监测与显示电路。多路数据巡回监测与显示电路第6页共17页3.2设计原理图电源多路模拟信号自动转换控制开关数模转换显示数据报警器多路数据巡回监测与显示电路第7页共17页4设计的步骤和过程4.1电源运用两个变阻器，产生两个通路，并通过改变电阻阻值，实现测试电路作用4.2模数转换与显示电路通过ADC模数转化模块，连到数码管显示器上显示。其中比较重要的元件ADC0809，其图如下多路数据巡回监测与显示电路第8页共17页ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装，对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下：IN7～IN0——模拟量输入通ALE——地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。START——转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为ST.A、B、C——地址线。通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。其地址状态与通道对应关系见表9-1。CLK——时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号EOC——转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。D7～D0——数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高OE——输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。多路数据巡回监测与显示电路第9页共17页Vcc——+5V电源。Vref——参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V,Vref(-)=-5V).4.3报警电路多路数据巡回监测与显示电路第10页共17页4.4控制电路与巡回电路其中重要的元器件74160计数器，如图功能如下多路数据巡回监测与显示电路第11页共17页74160，是一个4位二进制的计数器，它具有异步清除端与同步清除端不同的是，它不受时钟脉冲控制，只要来有效电平，就立即清零，无需再等下一个计数脉冲的有效沿到来。1.异步清零功能只要（CR的非）有效电平到来，无论有无CP脉冲，输出为“0”。在图形符号中，CR的非的信号为CT=0，若接成七进制计数器，这里要特别注意，控制清零端的信号不是N-1（6），而是N（7）状态。其实，很容易解释，由于异步清零端信号一旦出现就立即生效，如刚出现0111，就立即送到（CR的非）端，使状态变为0000。所以，清零信号是非常短暂的，仅是过度状态，不能成为计数的一个状态。清零端是低电平有效。2.同步置数功能当（LD的非）为有效电平时，计数功能被禁止，在CP脉冲上升沿作用下D0～D3的数据被置入计数器并呈现在Q0～Q3端。若接成七进制计数器，控制置数端的信号是N（7）状态，如在D0～D3置入0000，则在Q0～Q3端呈现的数据就是0110。4.4设计步骤和过程：(1)正确理解实习要求，找出设计要求的实习目的；(2)正确画出要求电路的流程图；(3)分析每个模块的作用，找出核心芯片型号；(4)查找相关芯片的接线方法，和工作原理，理解芯片的作用；(5)按电路原理正确连接相应的电路图；(6)检测电路是否可以正确实现实习电路的要求，改正错误的电路部分。多路数据巡回监测与显示电路第12页共17页5设计的仿真和运行结果5.1电路的调试打开总控制开关，使总电路处于工作状态，（0）由于计数器的Q2,Q3连接到电磁继电器上，所以在开始的几秒中，两电多路数据巡回监测与显示电路第13页共17页磁继电器均未导通，左边最上面的灯（报警灯）亮（1）大概几秒之后，Q2输出值为1，电磁继电器导通，第一路变阻上的电压输入ADC及报警电路，此时按2下空格键（转换启动输入SOC的控制开关），使此时变阻上的电压通过ADC显示在数码管显示器上。（2）再过几秒之后，Q3值为一，Q2值为零，二号电磁继电器导通，一号断开，第二路变阻上的电压输入ADC及报警电路，此时再次按两下空格键，是2号变阻上的电压通过ADC显示在数码管显示器上。（3）几秒之后，当Q1与Q3同时为0时，通过与非门，使清零端为1，计数器清零，回到初始状态。（4）从第（0）步开始往复循环5.2结果及分析（1）此图正常灯亮，表示电压正常，在1.5~3.5之间，一号电路灯亮，表示此时是一通路导通，所以为一通道电路电压正常多路数据巡回监测与显示电路第14页共17页（2）此图中报警信号灯亮，表示电压小于1.5V，2号导通电路灯亮，表示此时二路导通，所以表示2号导通电路电压小于1.5V，产生报警信号。（3）改变电阻后，此图中显示报警与正常显示灯均不亮，表示此路中电压大于3.5V，2号导通电路灯亮，此时2号通路导通，所以2号导通电压大于3.5V多路数据巡回监测与显示电路第15页共17页参考文献[1]童诗白《模拟电子技术基础》（第三版）高教出版社[2]阎石主编《数字电子技术基础》（第四版/第五版）高教出版社[3]陈大钦主编《电子技术基础实验》高教出版社[4]金唯香、谢玉梅《电子测试技术》湖南大学出版社[5]陈永甫《电子电路智能化设计实例与应用》电子工业出版社附录附录A:多路数据巡回监测与显示电路图多路数据巡回监测与显示电路第16页共17页附录B:元器件清单器材名称备注数量开关1个与门1个与非门1个非门1个74LS160四位十进制同步计数器1片可变电阻器2个ADC0804AD转换器1片数值比较器3个数码显示器2个电磁继电器2个