1、了解D/A轉換器的邏輯功能；了解A/D轉換器的邏輯功能；了解溫度傳感器的常識。知識目標：溫度報警電路的設計與制作學習目標學習目標掌握仿真測試D/A轉換器的邏輯功能；掌握仿真測試A/D轉換器的邏輯功能；能使用仿真軟件進行D/A轉換器、A/D轉換器應用電路的設計。技能目標：溫度報警電路的設計與制作 本項目針對目前市場上對蔬菜大棚溫度控制方面的需求，設計制作一款經濟適用性較強的室內溫控報警系統。在實際工作中，能夠實現溫控報警要求的電路形式或方案很多，本項目從數字電子技術知識的角度考慮，介紹以中小規模集成電路設計和仿真分析制作溫控報警系統的方法。項目分析溫度報警電路的設計與制作溫度報警電路的設計與制作

2、 蔬菜大棚溫度報警電路的設計要求完成的技術指標如下。 （1）設計一個8路溫度循環檢測系統，且具有溫度報警功能。 （2）能手動設定報警溫度，且具有高溫報警和低溫報警功能。 （3）當測量的溫度超過某個設定值時，能給出報警提示。 （4）能用數碼管顯示設定溫度值、被測溫度值和被測通道號。 根據設計要求，蔬菜大棚溫度報警系統應包括多路輸入、信號放大、A/D轉換、報警設定、數值比較、控制電路、編碼電路、數碼顯示電路、超限報警等部分。 8路蔬菜大棚溫度報警電路的原理框圖如圖10-1所示。 本項目需要完成下列內容。 （1）完成蔬菜大棚溫度報警電路的設計。 （2）畫出蔬菜大棚溫度報警電路的邏輯圖。 （3）完成蔬

3、菜大棚溫度報警電路的仿真調試。 要完成蔬菜大棚溫度報警電路的設計，需要多個數字電路知識模塊的綜合應用，相應的知識環節如圖10-2所示。溫度報警電路的設計與制作溫度報警電路的設計與制作任務一 D/A轉換器的邏輯功能一、D/A轉換器的基本原理 數字量是用代碼按數位組合起來表示的，對于有權碼，每位代碼都有一定的權。為了將數字量轉換成模擬量，必須將每1位的代碼按其權的大小轉換成相應的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得到與數字量成正比的總模擬量，從而實現了數字到模擬的轉換。這就是構成D/A轉換器的基本思路。任務一 D/A轉換器的邏輯功能二、倒T形電阻網絡D/A轉換器 在單片集成D/A轉換器中，使用最多

4、的是倒T形電阻網絡D/A轉換器。該轉換器具有轉換速度快、轉換精度高的特點。任務一 D/A轉換器的邏輯功能任務一 D/A轉換器的邏輯功能三、權電流型D/A轉換器 盡管倒T形電阻網絡D/A轉換器具有較高的轉換速度，但由于電路中存在模擬開關電壓降，當流過各支路的電流稍有變化時，就會產生轉換誤差。為進一步提高D/A轉換器的轉換精度，可采用權電流型D/A轉換器,如圖10-6所示。任務一 D/A轉換器的邏輯功能四、D/A轉換器的主要技術指標任務一 D/A轉換器的邏輯功能（一）轉換精度 分辨率指D/A轉換器模擬輸出電壓可能被分離的等級數。輸入數字量位數越多，輸出電壓可分離的等級越多，即分辨率越高。1.分辨率

5、任務一 D/A轉換器的邏輯功能 轉換誤差的來源很多，如轉換器中各元件參數值的誤差、基準電源不夠穩定和運算放大器的零漂的影響等。2.轉換誤差任務一 D/A轉換器的邏輯功能（二）轉換速度 建立時間指輸入數字量變化時，輸出電壓變化到相應穩定電壓值所需的時間。（1）建立時間（tset）任務一 D/A轉換器的邏輯功能 轉換速率指大信號工作狀態下模擬電壓的變化率。（2）轉換速率（SR）任務一 D/A轉換器的邏輯功能（三）溫度系數 溫度系數指在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化產生的變化量。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數作為溫度系數。任務二 A/D轉換器的邏輯功能一、A/D

6、轉換器的基本原理 在A/D轉換器中，因為輸入的模擬信號在時間上是連續量，而輸出的數字信號代碼是離散量，所以進行轉換時必須在一系列選定的瞬間（時間坐標軸上的一些規定點上）對輸入的模擬信號取樣，然后再把這些取樣值轉換為輸出的數字量。（一）取樣定理任務二 A/D轉換器的邏輯功能任務二 A/D轉換器的邏輯功能因為每次把取樣電壓轉換為相應的數字量都需要一定的時間，所以在每次取樣以后，必須把取樣電壓保持一段時間。可見，進行A/D轉換時所用的輸入電壓，實際上是每次取樣結束時的vI值。（二）量化和編碼任務二 A/D轉換器的邏輯功能任務二 A/D轉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代碼所對應的模擬電壓規定為0（1/15） V，即0/2。這時，最大量化誤差將減少為/2=（1/15） V。任務二 A/D轉換器的邏輯功能二、并行比較型A/D轉換器任務二 A/D轉換器的邏輯功能任務二 A/D轉換器的邏輯功能三、逐次比較型A/D轉換器 逐次比較轉換過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轉換器就是將輸入模擬信號與不同的參考電壓做多次比較，使轉換所得的數字量在數值上逐次逼近輸入模擬量的對應值。任務二 A/D轉換器的邏輯功能任務二 A/D轉換器的邏輯功能四、雙積分型A/D轉換器 雙積分型A/D轉換器是一種間接A

8、/D轉換器。它的基本原理是對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時間間隔，然后利用時鐘脈沖和計數器測出此時間間隔，進而得到相應的數字量輸出。由于該轉換電路是對輸入電壓的平均值進行轉換，所以它具有很強的抗工頻干擾能力，在數字測量中得到了廣泛的應用。任務二 A/D轉換器的邏輯功能五、A/D轉換器的主要技術指標（一）轉換精度 分辨率說明A/D轉換器對輸入信號的分辨能力。A/D轉換器的分辨率以輸出二進制（或十進制）數的位數表示。1.分辨率任務二 A/D轉換器的邏輯功能 轉換誤差表示A/D轉換器實際輸出的數字量和理論上的輸出數字量之間的差別。常用最低有效位的倍數表示

9、。2.轉換誤差任務二 A/D轉換器的邏輯功能（二）轉換時間 轉換時間指A/D轉換器從轉換控制信號到來開始，到輸出端得到穩定的數字信號所經過的時間。任務二 A/D轉換器的邏輯功能項目實施一、項目目的（1）了解并掌握蔬菜大棚溫度報警電路的設計與調試方法。（2）掌握使用仿真軟件Multisim 10進行復雜應用電路仿真調試的方法。項目實施二、項目要求（1）設計電路應能完全滿足項目題目的要求。（2）繪出蔬菜大棚溫度報警電路的邏輯圖。（3）完成蔬菜大棚溫度報警電路的仿真調試。項目實施三、項目步驟（一）電路設計分析1.8路輸入電路 8路輸入電路由計數器和多路模擬開關構成，如圖10-14（a）所示。由74L

10、S161N和74LS10N構成八進制計數器，計數器的輸出為QCQBQA。接模擬開關ADG408TQ的地址碼輸入端A2A1A0。當A2A1A0分別為000111時，模擬多路開關依次選通CH0CH7八路輸入信號中的一路。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，CLOCK外接時鐘脈沖，由時鐘脈沖的頻率控制八個通道溫度檢測轉換的快慢，其輸出OUT接信號放大電路的輸入端VIN，QCQBQA同時接通道顯示數碼管，用來顯示哪個通道被選中進行溫度檢測，如圖10-14（b）所示。項目實施項目實施2.信號放大電路 信號放大電路用來對輸入的模擬信號進行放大，如圖10-15（a）所示。

11、信號放大電路選用集成運放OP07，集成運放OP07為低溫漂、高精度放大器。整個放大電路分兩級，第一級由電阻R5和R6等構成比例放大電路，放大倍數為5；第二級由電阻R2和R3等構成比例放大電路，放大倍數為5；這樣信號經兩級放大電路放大以后，信號明顯的加強。項目實施項目實施3.A/D轉換電路 Multisim 10仿真軟件中，AD轉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，將輸入的模擬信號轉換為8位的數字量,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。項目實

12、施4.報警設定電路 報警設定電路由計數器和數值比較器構成，能實現被測溫度的超限報警，如圖10-17所示。以高溫報警電路設計為例，使用兩片74LS160N組成2位計數器，設定報警值時，通過開關S產生脈沖信號，計數器對脈沖信號計數產生需要設定的溫度報警值。兩片74LS85N級聯組成8位二進制數值比較器，數值比較器將AD轉換器傳來的溫度數字量和設定的報警值進行比較，當實測溫度值超過設定值時，產生報警輸出。同理，低溫報警電路的設計與此類似，只是在溫度比較環節進行了調整，將AD轉換器傳來的溫度數字量和設定的報警值進行比較，當實測溫度值低于設定值時，產生報警輸出，進行低溫報警。項目實施項目實施項目實施（二）電路組成 蔬菜大棚溫度報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接線的方式進行導線的連接。項目實施項目實施（三