《EDA电子设计自动化》试题

实验四（测试题）第1页共12页贵州大学机械工程与自动化学院08机械电子工程贵州大学2011-2012学年第一学期考试试卷EDA电子设计自动化学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：机自083学号：080803110XXX学生姓名：LCS2011年11月28日实验四（测试题）第2页共12页贵州大学机械工程与自动化学院08机械电子工程《EDA电子设计自动化》试题1、一个电动机过载保护原理电路如图1所示，该电路将采集来的电动机负载电信号与参考电平比较，其结果送入输出电路。若电动机工作正常，则运算放大器输出为低电平，晶体管截止，继电器线圈无电流通过，报警电路保持开状态，指示灯不亮；若电动机出现过载现象，则送入电路的信号将大于参考信号，运算放大器输出为高电平，晶体管导通，继电器线圈有电流通过，报警电路接通，指示灯发光报警，同时断开电动机主电路。要求：（1）设计电路并仿真分析其正确性；（30分）（2）分析发动机过载后经多长时间发出报警信号；（10分）（3）说明仿真分析中所采用的分析法及其设置或仪表（如示波器）的设置情况（要求给出截图并说明）。（10分）解：（1）根据题目要求我们设计的电动机过载保护原理电路如下图1-1所示：图1-1设计的电路及仿真结果该电路我们用一个单刀双掷开关来模拟电动机的工作情况：1)单刀双掷开关A在右侧闭合时，即电动机工作正常，则运算放大器输出为低电平，晶体管截止，继电器线圈无电流通过，报警电路保持开状态，指示灯不亮；实验四（测试题）第3页共12页贵州大学机械工程与自动化学院08机械电子工程2)模拟电动机出现过载现象时，将单刀双掷开关A左侧闭合，则送入电路的信号将大于参考信号，运算放大器输出为高电平，晶体管导通，继电器线圈有电流通过，报警电路接通，指示灯发光报警，同时断开电动机主电路，模拟结果如下图1-2所示：图1-2电动机过载时模拟结果综上所述，我们得知此电路正确并可以达到预期设计目的。（2）分析发动机过载后系统发出报警信号所需时间时，我们采用电路的瞬态分析法来对发动机过载后系统发出报警信号所需的时间进行分析研究。由电路可知，发动机过载发生时，电路中线路6点的电压将由低电平变为高电平，经过一段时间后，报警电路接通，指示灯发光报警，此时线路12点的电压同样将由低电平变为高电平，所以我们通过对线路6和线路12点电压的瞬态分析来分析发动机过载后系统发出报警信号所需的时间。实验四（测试题）第4页共12页贵州大学机械工程与自动化学院08机械电子工程①瞬态分析参数设置如图1-3和1-4所示：图1-3TransientAnalysis参数设置（1）图1-4TransientAnalysis参数设置（2）输出V6和V12实验四（测试题）第5页共12页贵州大学机械工程与自动化学院08机械电子工程②瞬态分析结果如图1-5所示：图1-5TransientAnalysis-1-1导出瞬态分析数据制成Excel表格截图后得图1-6、1-7：图1-6TransientAnalysis-1-2V6时间—电压图1-7TransientAnalysis-1-3V12时间-电压由图1-6，1-7可知电动机在1.299128s时发生过载，即V6由低电平变为高电平3.5V，实验四（测试题）第6页共12页贵州大学机械工程与自动化学院08机械电子工程V12在2.900243s—2.900423s时间段由低电平变为高电平11.99917V，在分析时取2.900423s。所以发动机过载后系统发出报警信号所需的时间t：ssst7705102.11299128.1900423.2即发动机过载后系统发出报警信号所需的时间为1.7705102秒。（3）仿真分析中所采用的分析法及其设置及仪表的设置情况：在本电路的仿真分析中我们采用的是瞬态分析法，对电路线路6点和线路12点的电压进行瞬态分析，瞬态分析参数设置情况如图1-3TransientAnalysis参数设置（1）和图1-4TransientAnalysis参数设置（2）所示。电路中电流表U3、U4及电压表U2的设置情况如图1-8所示：图1-8电流表U3、U4及电压表U2的参数设置情况实验四（测试题）第7页共12页贵州大学机械工程与自动化学院08机械电子工程2、试用集成DAC和ADC设计一个将正弦波转换为数字量，又能将数字量转换为模拟量的转换电路。要求：（1）设计电路并仿真分析ADC输入的模拟信号和DAC输出的模拟信号波形，对两波开进行对比，说明波形变化规律；（30分）（2）说明采用的DAC和ADC集成器件的作用及各管脚功能；（10分）（3）说明仿真分析中所采用的仪表（如示波器、信号发生器）的设置（截图说明）。（10分）解：（1）根据题目要求我们设计了一下电路，如图2-1所示：图2-1基于ADC和VDAC8的A/D转换和D/A转换仿真电路基于ADC和VDAC8的A/D转换D/A转换仿真电路如上图2-1所示，在电路中采用有效值5V、频率为500Hz的正弦交流信号，为了对比仿真结果，在ADC输入信号中叠加了一个5V的信号。同时在电路中采用滑动变阻器构成一个分压电路，通过滑动滑动变阻器触头，改变R1输入电阻，即可改变输入模拟信号的大小，ADC输出的高4位和低4位分别接1个数码管，显示输入模拟信号的转换结果。该电路将ADC的输出信号接到VDAC8的输入端，实际是将ADC输入模拟信号先进行A/D变换，然后进行D/A转换。在电路中利用双示踪示波器对源信号和DAC输出信号进行观察比较，将示波器A通道接在ADC的模拟信号输入端，B通道接在实验四（测试题）第8页共12页贵州大学机械工程与自动化学院08机械电子工程VDAC8的模拟信号输出端。在仿真电路中，为了便于观察仿真结果，可以加快仿真速度，双击函数发生器，打开参数设置对话框，如图2-2所示，设置信号频率为50KHz。双击VDAC8图标，打开参数设置对话框，如图2-3所示，设置数字高低电平的电压阈值。图2-2函数发生器参数设置图2-3VDAC8数字高低电平的电压阈值设置实验四（测试题）第9页共12页贵州大学机械工程与自动化学院08机械电子工程按下仿真开关，ADC的输出结果即数码管显示数值不断变化，打开双通道示波器，ADC输入模拟信号，VDAC8数模转换输出模拟信号波形如图2-4所示：图2-4ADC输入模拟信号和VDAC8输出模拟信号波形该电路将ADC的输出数字信号接到VDAC8的输入端，实际是将ADC输入模拟信号先进行A/D变换，然后进行D/A转换。由图2-4ADC输入模拟信号和VADC8输出模拟信号的波形可知，输出信号与输入信号的频率基本上不变，但是受转换电路的影响，输出信号的幅值和精度与源信号相比，产生了一些变化。进一步结合示波器导出的数据部分截图图2-5，我们可以知道输出模拟信号的幅值比输入模拟信号的幅值要小，输入幅值为7.0711V，而输出信号幅值为6.0156V，并且还存在失真现象，输出信号的精度也没有输入模拟信号的精度高，但是二者的频率基本上没有发生改变。（2）本电路采用的ADC和VDAC8集成器件的作用及各管脚功能简介：①ADC集成器件（图2-6、2-7）的作用及各管脚功能简介：ADC的主要功能是将输入的模拟信号转换成8位的数字信号输出，其输入-输出说明如下：●Vin：模拟电压信号的输入端子。实验四（测试题）第10页共12页贵州大学机械工程与自动化学院08机械电子工程图2-5示波器导出数据部分截图●Verf+、Verf-：参考电压“+”、“—”端子，接直流参考源的正极和负极，ADC输入模拟信号的范围不能超过该参考电压，正负极电压差也是ADC转换精度的决定因素之一。●SOC：转换启动信号端，该端口电平从低电平变成高电平时，转换开始，即SOC转换启动端上升沿有效启动。●EOC：转换结束标志位输出端，高电平表示转换结束，软件清零。●OE：输出允许端，可与EOC接在一起。●D0---D7：数字信号输出端。②VDAC8集成器件（图2-8）的作用及各管脚功能简介：电压型DAC（即VDAC8）是一个8位电压输出数模转换器。输出范围可以从0到1.020V（4mV/位）或从0到4.08V（16mV/位）。VDAC8可以通过硬件、软件或使用硬件和软件的组合进行控制。它的主要功能是将输入的8位数字信号实验四（测试题）第11页共12页贵州大学机械工程与自动化学院08机械电子工程转换成模拟信号输出，其输入-输出说明如下：●D0---D7：数字电压信号的输入端子。●Verf+、Verf-：参考电压“+”、“—”端子，接直流参考源的正极和负极，DAC输入数字信号的范围不能超过该参考电压，正负极电压差也是VDAC8转换精度的决定因素之一。●Output：模拟信号输出端。图2-6ADC（1）图2-8VDAC8图2-7ADC（2）实验四（测试题）第12页共12页贵州大学机械工程与自动化学院08机械电子工程（3）仿真分析中所采用的仪表的参数设置情况：①函数信号发生器参数设置情况如图2-9所示：选择矩形波，为了加快仿真速度设置频率50KHz，占空比50%，振幅5Vp，偏移5V。图2-9函数发生器参数设置②示波器参数设置情况如图2-10所示：时间轴、通道A、B比例分别为2ms/Div、5V/Div、5V/Div，X位置设为0，通道A的Y位置设为1.4，通道B的Y位置设为-2，其余设置如图所示。图2-10示波器参数设置