多路數(shù)據(jù)巡回監(jiān)測與顯示

1、 . . . 摘要多路數(shù)據(jù)巡回監(jiān)測與顯示的設(shè)計實際上就是設(shè)計一個數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的前端部分，無須單片機只用數(shù)字芯片即可實現(xiàn)相應(yīng)的功能，因為不涉與到采集信號的處理。雖然如此，但我們在學(xué)習(xí)設(shè)計中仍應(yīng)該對單片機知識有一定了解，這樣也能讓我們對數(shù)字芯片有更深入的認識，從而為設(shè)計課程提供良好的理論基礎(chǔ)。我們要監(jiān)測的信號是濃度，濕度，氣壓等模擬信號，為了能讓這些信號被檢測,且要讓不能處理模擬信號的計算機去處理，所以有必要將其都轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，否則不能實現(xiàn)現(xiàn)場的自動監(jiān)測與控制。因此如何將這類模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,而且實現(xiàn)多通道的自動采集成為整個系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)鍵。關(guān)鍵詞：多路；通道自動切換；巡回監(jiān)測；A/D 模

2、數(shù)轉(zhuǎn)換；報警；目 錄1課程設(shè)計目的42課程設(shè)計技術(shù)指標(biāo) 43課程設(shè)計原理 43.1 設(shè)計原理圖5 3.2模塊功能54設(shè)計的步驟和過程 64.1 多路模擬信號輸出電路 6 4.2 A/D轉(zhuǎn)換與顯示電路 74.3 通道控制電路94.4 報警電路 95設(shè)計的仿真和運行結(jié)果 10 5.1 電路的操作與調(diào)試105.2 結(jié)果與分析106 課程設(shè)計總結(jié) 11 參考文獻 13 附錄： 14附錄A14附錄B1516 / 161 課程設(shè)計目的（1）數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計是數(shù)字電子技術(shù)課程的實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)某一課題技術(shù)指標(biāo)或邏輯功能的要求，進行電路設(shè)計，工程估算，實驗測試與調(diào)整，并寫出實驗總結(jié)報告。（2）通過電路綜

3、合性實踐訓(xùn)練，達到深化所學(xué)的理論知識，掌握一般電路的分析方法，增強獨立分析問題與解決問題的能力。通過課程設(shè)計使學(xué)生初步具有分析、尋找和排除電子電路中常見故障的能力。（3）通過課程設(shè)計讓學(xué)生掌握采用EWB電路仿真設(shè)計軟件的基本方法，并能熟練利用EWB軟件設(shè)計一個電子技術(shù)綜合問題，并在實驗板上成功下載，為以后進行工程實際問題的研究打下設(shè)計基礎(chǔ)。（4）培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認真的工作態(tài)度和科學(xué)作風(fēng)，為今后從事電子行業(yè)打下堅實的基礎(chǔ)。2 課程設(shè)計指標(biāo)1、設(shè)計、調(diào)試、仿真多路數(shù)據(jù)巡回監(jiān)測、顯示與報警電路。2、多路（兩路）數(shù)據(jù)為模擬信號，是兩路可變電阻上的直流電壓(VDC)。3、正常直流電壓：VDC=1.53.5，

4、當(dāng)VDC1.5，報警（發(fā)光顯示）。4、采樣數(shù)據(jù)的巡回顯示。3、課程設(shè)計原理設(shè)計方案此電路主要有四個模塊構(gòu)成，通過滑動變阻器實現(xiàn)電壓信號的多路輸出，當(dāng)輸出電壓出現(xiàn)在規(guī)定的圍以外時，通過比較器把輸入電壓和預(yù)設(shè)電壓進行比較來報警。電壓信號則由555A/D轉(zhuǎn)換芯片把模擬電壓信號轉(zhuǎn)化成16位2進制數(shù)據(jù)輸出。兩片74HC160芯片組成控制電路，通過計數(shù)器的數(shù)據(jù)疊加在不同時刻控制選擇不同的通路輸出；輸出模塊把數(shù)字信號正確的輸出。由以上幾部分便構(gòu)成了完整的多路巡回監(jiān)測與顯示電路。3.1設(shè)計原理圖報警器顯示電路A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換通道控制電路電源多路模擬信號輸出電路3.2模塊功能（1）多路模擬信號輸出電路取樣電路就是

5、為了輸入待監(jiān)測信號。（2）通道控制電路通道控制電路主要由一片四位十進制同步計數(shù)器、JK觸發(fā)器、與非門、電磁繼電器組成，用于自動切換輸入信號。（3）A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換電路主要由AD轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成，用于把輸入的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。（4）顯示電路顯示部分主要由四輸入顯示數(shù)碼管構(gòu)成，用于顯示轉(zhuǎn)換后數(shù)字量的大小。（5）報警電路檢測報警電路主要由電壓比較器、與門構(gòu)成，用于檢測輸入信號大小，當(dāng)其小于15V時產(chǎn)生報警信號報警。4 設(shè)計的步驟和過程4.1 多路模擬信號輸出電路由5伏電壓源提供電壓，由兩個滑動變阻器并聯(lián)提供兩路輸出電壓。由電壓表對輸出電壓進行監(jiān)測。4.2 AD轉(zhuǎn)換與顯示部分本部分主要由1ADC

6、0809、兩個四輸入數(shù)碼管組成，顯示的是十六進制數(shù)對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下：ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝，IN7IN0模擬量輸入通ALE地址鎖存允許信號。對應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START轉(zhuǎn)換啟動信號。START上升沿時，復(fù)位ADC0809；START下降沿時啟動芯片，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持 低電平。本信號有時簡寫為ST.A、B、C地址線。 通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。其地址狀態(tài)與通道對應(yīng)關(guān)系見表9-1。CLK時鐘信號。ADC0809的部沒有時鐘電

7、路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHz的時鐘信號EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。EOC=0,正在進行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請求信號使用。D7D0數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高 OE輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。Vcc +5V電源。Vref參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。 典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V

8、).4.3通道控制電路通道控制部分電路圖本部分包括計數(shù)部分和通道選擇部分。其中計數(shù)部分由74LS160組成 用于控制通道切換間隔時間。通道選擇部分電磁繼電器構(gòu)成，以切換通道。兩個信號燈分別顯示兩路的狀態(tài)，也由電磁繼電器控制。160 為可預(yù)置的十進制同步計數(shù)器，共有 54/74160 和 54/74LS160 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其主要電特性的典型值如下：型號 FMAX PDCT54160/CT74160 32MHz 305mWCT54LS160/CT74LS160 32MHz 93mW160 的清除端是異步的。當(dāng)清除端/MR 為低電平時，不管時鐘端CP 狀態(tài)如何，即可完成清除功能。160 的預(yù)置

9、是同步的。當(dāng)置入控制器/PE 為低電平時，在 CP 上升沿作用下，輸出端 Q0Q3 與數(shù)據(jù)輸入端 P0P3 一致。對于54/74160，當(dāng) CP 由低至高跳變或跳變前，如果計數(shù)控制端 CEP、CET為高電平，則/PE 應(yīng)避免由低至高電平的跳變，而 54/74LS160 無此種限制。160 的計數(shù)是同步的，靠 CP 同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。當(dāng) CEP、CET 均為高電平時，在 CP 上升沿作用下 Q0Q3 同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。對于 54/74160，只有當(dāng)CP 為高電平時，CEP、CET 才允許由高至低電平的跳變，而 54/74LS160的 CEP、CET 跳變

10、與 CP 無關(guān)。160 有超前進位功能。當(dāng)計數(shù)溢出時，進位輸出端（TC）輸出一個高電平脈沖，其寬度為 Q0 的高電平部分。在不外加門電路的情況下，可級聯(lián)成 N 位同步計數(shù)器。對于 54/74LS160，在 CP 出現(xiàn)前，即使 CEP、CET、/MR 發(fā)生變化，電路的功能也不受影響。管腳圖：引出端符號：TC 進位輸出端CEP 計數(shù)控制端Q0Q3 輸出端CET 計數(shù)控制端4.4 報警電路由兩個比較器、或門非門和報警燈構(gòu)成。5 設(shè)計的仿真和運行結(jié)果5.1 電路的操作與調(diào)試打開開關(guān)，斷開開關(guān)后合上，一路模擬信號接入電路，路控制燈亮，模擬電壓信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換進入數(shù)碼顯示器，然后再進行斷開合上開關(guān)的操作，

11、數(shù)碼顯示器顯示16進制的電壓值，若電壓在1.5-3.5V之間則報警燈不亮，正常指示燈亮。經(jīng)過幾秒后信號進入另一路，進行一樣操作。通過調(diào)節(jié)滑動變阻阻值來調(diào)節(jié)電壓值。5.2結(jié)果與分析 通電后，先將A/D轉(zhuǎn)換器復(fù)位，然后當(dāng)信號通過1路時,數(shù)碼管顯示33,該值對應(yīng)的電壓小于1.5V，所以報警電路發(fā)出報警信號，使報警報亮。自動切換到另一路信號，如果其值小于1.5V仍將報警。6 課程設(shè)計總結(jié)在這個飛速發(fā)展的時代，日新月異的科技伴隨著人材更加激烈的競爭。在新環(huán)境下我們又有了新的挑戰(zhàn)，純理論知識已不是我們僅僅需要的，學(xué)好語數(shù)外走遍天下已成為過去?，F(xiàn)代社會對手上活更加看重，實踐能力是重中之重。面對嚴(yán)峻的就業(yè)形勢

12、，我們唯有全面發(fā)展，提高自身綜合素質(zhì)，在學(xué)習(xí)理論知識的同時并提高實踐能力，在新的世紀(jì)里大展身手。我想這次課程設(shè)計也應(yīng)該是為了這個目的，讓我們把平時在課堂中學(xué)到的數(shù)電模電知識用于實用，大顯身手一翻，提升應(yīng)用能力。在圖書館與寢室的奔波中，不知不覺課程設(shè)計已快結(jié)束?；仡欉@幾天的日子，我學(xué)到了很多東西，最起碼我對我們專業(yè)開始有了了解了，而且也有了信心，這是最重要的。想起開始時的不知所措，而現(xiàn)在設(shè)計搞定了，不免有些暗暗的開心。把課本中學(xué)到的東西充分用起來確實是我們當(dāng)前最應(yīng)該做的。這次設(shè)計就有個很好的例子。關(guān)于通道控制電路中74LS160的選用與使用；報警電路的設(shè)計完全用了數(shù)電中的邏輯門和邏輯組合電路構(gòu)成

13、，這些都是在最近課堂和實驗課上學(xué)的，不經(jīng)過這么一設(shè)計，還真不知道這些東西用處大大的好，又怎么能真正掌握這些原理知識呢。經(jīng)過這次“實戰(zhàn)”，我更好的領(lǐng)會了其中的要意。還有一個至關(guān)重要的地方，就是學(xué)會用芯片，用哪種？怎么用？有的就算芯片引腳擺出來，也不一定弄懂，至少在真正連接到圖中時。會手忙腳亂，這不錯那錯。以前知道數(shù)碼顯示器之前要加個譯碼器，但A/D轉(zhuǎn)換器也有很多,選用也是一門學(xué)問.ADC0809我以前沒接觸過，引腳十分多，一頭霧水，按照網(wǎng)上找的引腳說明亂連一通,芯片當(dāng)然不會工作，最后經(jīng)過又對相關(guān)資料的參考才取得突破。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,芯片的世界已成為空前活躍的領(lǐng)域， 在生活中可以說無處不在。因

14、此作為當(dāng)代工科大學(xué)生熟練掌握各種芯片的開發(fā)應(yīng)用至關(guān)重要的?；仡櫰鸫舜握n程設(shè)計，我仍感慨頗多。從隨機抽題，抽到最難一個，為此郁悶好幾天到定稿，從理論到實踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是甜中苦更多，但是確實學(xué)到很多很多的東西。不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識，為接下來的數(shù)電考試作準(zhǔn)備，而且拓展了知識面，也算大開眼界了。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是最重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。設(shè)計過程中說不遇到困難那是吹牛皮，這畢竟第一次做的，就算不是第一次，我想也還是會有不小

15、麻煩，在電子的世界中怎么學(xué)都不為過。同時在設(shè)計過程中也發(fā)現(xiàn)了自己很多不足之處，比如對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這些都值得我們?nèi)ニ伎肌?此次電子課程設(shè)計，我和許茂鵬同學(xué)共同完成，我們投入了最大的熱情和精力，從到處找資料，求助學(xué)長到自己設(shè)計電路圖，選擇元器件，使用EWB仿真電路，每一個過程都經(jīng)過我們的共同探討，其過程中出現(xiàn)了不少矛盾，但在學(xué)問面前一切都顯得不重要。當(dāng)然也少不了和其他同學(xué)探討，一遍又一遍的重復(fù)實踐，直到獲得我們期望的結(jié)果。通過這次電子技術(shù)課程設(shè)計，我們掌握了設(shè)計一個數(shù)字電路的基本方法和基本步驟，知道了如何解決設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題。認認真真，一絲不茍的去做一件事終會給你帶來成功的喜悅！此次電子設(shè)計的成功不僅幫助我們更好地掌握書本知識，權(quán)衡了事物的輕重，最重要的是增強了自信心，對自己的信心，對專業(yè)的信心，以與對電子行業(yè)的信心