多路数据巡回监测与显示.doc

摘要多路数据巡回监测与显示的设计实际上就是设计一个数据采集与处理系统的前端部分，无须单片机只用数字芯片即可实现相应的功能，因为不涉及到采集信号的处理。虽然如此，但我们在学习设计中仍应该对单片机知识有一定了解，这样也能让我们对数字芯片有更深入的认识，从而为设计课程提供良好的理论基础。我们要监测的信号是浓度，湿度，气压等模拟信号，为了能让这些信号被检测,且要让不能处理模拟信号的计算机去处理，所以有必要将其都转化成数字信号，否则不能实现现场的自动监测与控制。因此如何将这类模拟量转换成数字量,而且实现多通道的自动采集成为整个系统的设计关键。关键词：多路；通道自动切换；巡回监测；A/D 模数转换；报警；目 录1 课程设计目的 4 2 课程设计技术指标 4 3 课程设计原理 4 3.1 设计原理图 5 3.2 模块功能 54 设计的步骤和过程 6 4.1 多路模拟信号输出电路 6 4.2 A/D转换及显示电路 7 4.3 通道控制电路 9 4.4 报警电路 9 5 设计的仿真和运行结果 10 5.1 电路的操作与调试 10 5.2 结果及分析 106 课程设计总结 11 参考文献 13 附录： 14 附录A 14 附录B 15第1页共8页第1页共8页1 课程设计目的（1）数字电子技术课程设计是数字电子技术课程的实践环节，学生根据某一课题技术指标或逻辑功能的要求，进行电路设计，工程估算，实验测试与调整，并写出实验总结报告。（2）通过电路综合性实践训练，达到深化所学的理论知识，掌握一般电路的分析方法，增强独立分析问题与解决问题的能力。通过课程设计使学生初步具有分析、寻找和排除电子电路中常见故障的能力。（3）通过课程设计让学生掌握采用EWB电路仿真设计软件的基本方法，并能熟练利用EWB软件设计一个电子技术综合问题，并在实验板上成功下载，为以后进行工程实际问题的研究打下设计基础。（4）培养学生严肃认真的工作态度和科学作风，为今后从事电子行业打下坚实的基础。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=1.53.5，当VDC1.5，报警（发光显示）。4、采样数据的巡回显示。3、课程设计原理设计方案此电路主要有四个模块构成，通过滑动变阻器实现电压信号的多路输出，当输出电压出现在规定的范围以外时，通过比较器把输入电压和预设电压进行比较来报警。电压信号则由555A/D转换芯片把模拟电压信号转化成16位2进制数据输出。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；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。3.1设计原理图报警器显示电路A/D数模转换通道控制电路电源多路模拟信号输出电路3.2模块功能（1）多路模拟信号输出电路取样电路就是为了输入待监测信号。（2）通道控制电路通道控制电路主要由一片四位十进制同步计数器、JK触发器、与非门、电磁继电器组成，用于自动切换输入信号。（3）A/D模数转换A/D转换电路主要由AD转换芯片构成，用于把输入的模拟量转化为数字量。（4）显示电路显示部分主要由四输入显示数码管构成，用于显示转换后数字量的大小。（5）报警电路 检测报警电路主要由电压比较器、与门构成，用于检测输入信号大小，当其小于15V时产生报警信号报警。4 设计的步骤和过程4.1 多路模拟信号输出电路由5伏电压源提供电压，由两个滑动变阻器并联提供两路输出电压。由电压表对输出电压进行监测。4.2 AD转换及显示部分本部分主要由1ADC0809、两个四输入数码管组成，显示的是十六进制数对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下：ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装，IN7IN0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。D7D0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。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。 典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V).4.3 通道控制电路 通道控制部分电路图 本部分包括计数部分和通道选择部分。其中计数部分由74LS160组成 用于控制通道切换间隔时间。通道选择部分电磁继电器构成，以切换通道。两个信号灯分别显示两路的状态，也由电磁继电器控制。160 为可预置的十进制同步计数器，共有 54/74160 和 54/74LS160 两种线路结构型式，其主要电特性的典型值如下：型号 FMAX PDCT54160/CT74160 32MHz 305mWCT54LS160/CT74LS160 32MHz 93mW160 的清除端是异步的。当清除端/MR 为低电平时，不管时钟端CP 状态如何，即可完成清除功能。160 的预置是同步的。当置入控制器/PE 为低电平时，在 CP 上升沿作用下，输出端 Q0Q3 与数据输入端 P0P3 一致。对于54/74160，当 CP 由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端 CEP、CET为高电平，则/PE 应避免由低至高电平的跳变，而 54/74LS160 无此种限制。160 的计数是同步的，靠 CP 同时加在四个触发器上而实现的。当 CEP、CET 均为高电平时，在 CP 上升沿作用下 Q0Q3 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于 54/74160，只有当CP 为高电平时，CEP、CET 才允许由高至低电平的跳变，而 54/74LS160的 CEP、CET 跳变与 CP 无关。160 有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为 Q0 的高电平部分。在不外加门电路的情况下，可级联成 N 位同步计数器。对于 54/74LS160，在 CP 出现前，即使 CEP、CET、/MR 发生变化，电路的功能也不受影响。管脚图：引出端符号：TC 进位输出端CEP 计数控制端Q0Q3 输出端CET 计数控制端4.4 报警电路由两个比较器、或门非门和报警灯构成。5 设计的仿真和运行结果5.1 电路的操作与调试打开开关，断开开关后合上，一路模拟信号接入电路，路控制灯亮，模拟电压信号通过模数转换进入数码显示器，然后再进行断开合上开关的操作，数码显示器显示16进制的电压值，若电压在1.5-3.5V之间则报警灯不亮，正常指示灯亮。经过几秒后信号进入另一路，进行相同操作。通过调节滑动变阻阻值来调节电压值。5.2结果及分析 通电后，先将A/D转换器复位，然后当信号通过1路时,数码管显示33,该值对应的电压小于1.5V，所以报警电路发出报警信号，使报警报亮。自动切换到另一路信号，如果其值小于1.5V仍将报警。6 课程设计总结在这个飞速发展的时代，日新月异的科技伴随着人材更加激烈的竞争。在新环境下我们又有了新的挑战，纯理论知识已不是我们仅仅需要的，学好语数外走遍天下已成为过去。现代社会对手上活更加看重，实践能力是重中之重。面对严峻的就业形势，我们唯有全面发展，提高自身综合素质，在学习理论知识的同时并提高实践能力，在新的世纪里大展身手。我想这次课程设计也应该是为了这个目的，让我们把平时在课堂中学到的数电模电知识用于实用，大显身手一翻，提升应用能力。在图书馆与寝室的奔波中，不知不觉课程设计已快结束。回顾这几天的日子，我学到了很多东西，最起码我对我们专业开始有了了解了，而且也有了信心，这是最重要的。想起开始时的不知所措，而现在设计搞定了，不免有些暗暗的开心。把课本中学到的东西充分用起来确实是我们当前最应该做的。这次设计就有个很好的例子。关于通道控制电路中74LS160的选用与使用；报警电路的设计完全用了数电中的逻辑门和逻辑组合电路构成，这些都是在最近课堂和实验课上学的，不经过这么一设计，还真不知道这些东西用处大大的好，又怎么能真正掌握这些原理知识呢。经过这次“实战”，我更好的领会了其中的要意。还有一个至关重要的地方，就是学会用芯片，用哪种？怎么用？有的就算芯片引脚摆出来，也不一定弄懂，至少在真正连接到图中时。会手忙脚乱，这不错那错。以前知道数码显示器之前要加个译码器，但A/D转换器也有很多,选用也是一门学问.ADC0809我以前没接触过，引脚十分多，一头雾水，按照网上找的引脚说明乱连一通,芯片当然不会工作，最后经过又对相关资料的参考才取得突破。随着科学技术的发展,芯片的世界已成为空前活跃的领域， 在生活中可以说无处不在。因此作为当代工科大学生熟练掌握各种芯片的开发应用至关重要的。回顾起此次课程设计，我仍感慨颇多。从随机抽题，抽到最难一个，为此郁闷好几天到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是甜中苦更多，但是确实学到很多很多的东西。不仅巩固了以前所学过的知识，为接下来的数电考试作准备，而且拓展了知识面，也算大开眼界了。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是最重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。设计过程中说不遇到困难那是吹牛皮，这毕竟第一次做的，就算不是第一次，我想也还是会有不小麻烦，在电子的世界中怎么学都不为过。同时在设计过程中也发现了自己很多不足之处，比如对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这些都值得我们去思考。 此次电子课程设计，我和许茂鹏同学共同完成，我们投入了最大的热情和精力，从到处找资料，求助学长到自己设计电路图，选择元器件，使用EWB仿真电路，每一个过程都经过我们的共同探讨，其过程中出现了不少矛盾，但在学问面前一切都显得不重要。当然也少不了和其他同学探讨，一遍又一遍的重复实践，直到获得我们期望的结果。通过这次电子技术课程设计，我们掌握了设计一个数字电路的基本方法和基本步骤，知道了如何解决设计中出现的各种问题。认认真真，一丝不苟的去做一件事终会给你带来成功的喜悦！此次电子设计的成功不仅帮助我们更好地掌握书本知识，权衡了事物的轻重，最重要的是增强了自信心，对自己的信心，对专业的信心，以及对电子行业的信心。我相信只要我们一直坚持下去