1、 本科毕业设计 （ 20 届） 多路数据巡回检测与显示电路的设计 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 2 - 摘 要 多路数据实时监控系统常用于自动化工业生产或大型设备（如激光器）中，经常需要对生产过程或运行状态的各种工作参数（如压 力、温度、流量、电压、电流等）实时的巡回检测、监视并报警，以确保系统的稳定可靠性。 本次设计的电路实现对三路模拟信号（温度、直流电压、正弦交流电压）的采集、显示和报警。在电路设计的过程中运用到很多木块，其中主要的模块有信号提取与放大模块，电压比较电路，控制模块， S/H 电路， A/D 电路，显示与报警电路。电路
2、中采用 AD590 对温度信号进行提取，再利用 OP07AH 对其转换成的电压信号进行放大，通过一个八选一的模拟开关 CD4051，然后信号进入以LF398 组成的 S/H 电路进行采样保持，最后通过 ICL1707 对此信号 进行 A/D 转换，并用数码管显示，当然我们也对三路模拟信号用 CA3140 比较电路进行范围衡量，不达标的则进行报警。 多路数据巡回检测与显示电路，实现了电路对变阻上电压的自动巡回检测，并用发光灯进行显示和报警，此次设计不仅加强了对数据采集的理论学习，也学会了数据采集的实现过程。通过完成设计任务，用仿真软件对电路的设计与调试，完成了三路模拟信号的采集、测量和报警。 关
3、键词 ：数据采集；测量；显示。 - 3 - Abstract Multiple real-time data monitoring system commonly used in automated industrial production or large equipment (such as lasers), it is often necessary to the production process or the running of the various working parameters (such as pressure, temperature, flow, voltag
4、e, current, etc.) real-time detection circuit , monitoring and alarm to ensure the stability of the system reliability. The design of the circuit of the three analog signals (temperature, DC voltage, sinusoidal AC voltage) of the acquisition, display and alarm. In the process of circuit design appli
5、ed to many pieces of wood, which the main module has signal extraction and amplification module, the voltage comparator circuit, control module, S / H circuit, A / D circuits, display and alarm circuits. Circuit using AD590 temperature signal extraction, and then convert them using OP07AH amplify th
6、e voltage signal through a selected one of eight analog switches CD4051, then the composition of the signal into the LF398 S / H circuit sample and hold, and finally through ICL1707 this signal A / D conversion, and use digital display, and of course our three-way analog signals are also compared wi
7、th the CA3140 to measure the scope of the circuit, the alarm is not compliance. Multi-channel data circuit detection and display circuit, the circuit automatically variable resistance on the voltage detection circuit, and use LED lights to display and alarm, the design of data collection not only st
8、rengthen the theory of learning, and also learned to Data Collection process. Complete the design task by using simulation software design and debugging of the circuit, completed the three-channel analog signal acquisition, measurement and alarm. Keywords: data acquisition; measurement; display. - 4
9、 - 目 录 本科毕业 设计（论文） . 错误 !未定义书签。 1 引言 . 6 1.1 数据采集的背景 . 6 1.2 什么是数据采集 . 6 1.3 数据采集的意义 . 6 1.4 数据采集的发展趋势 . 7 2 课题总体设计 . 8 2.1 本次设计的要求和内容 . 8 2.2 本次设计的原理和方法简介 . 8 3 具体电路的设计 . 11 3.1 温度传感比较 . 11 3.1.1 温度传感器的选择条件： . 11 3.1.2 选择 AD590 的原因： . 12 3.1.3 AD590 的主要电器参数和工作原理： . 12 3.2 电压比较 . 13 3.3 模拟开关 . 15 3.
10、4 取样 /保持（ S/H）电路 . 17 3.4.1 采样保持电路应用原因 . 17 3.4.2 LF398 引脚介绍和工作原理 . 17 3.5 A/D 转换电路 . 19 3.5.1 213 位双积分 A/D 转换器 ICL7107. 19 3.5.2 A/D 转换器的工作过程 . 20 3.5.3 数字显示部分 . 22 3.6 报警电路 . 22 4 仿真与调试 . 24 4.1 仿真电路图 . 24 4.1.1 传感信号的放大仿真 . 25 - 5 - 4.1.2 信号比较电路的仿真 . 29 4.1.3 直流（交流）电压的报警显示 . 31 4.2调试 注意点： . 32 5 设
11、计总结 . 34 致 谢 . 错误 !未定义书签。 - 6 - 1 引言 1.1 数据采集的背景 在信息科学和互联网飞速发展 的今天，数据采集已经被广泛应用于 很多 领域 ，数据采集和检测技术已经 是数字信号处理中非常重要的环节，将决定整个系统的性能。从此， 数据采集领域已经发生了重要的变化。首先，分布式控制应用场合中的智能 数据采集系统 在国内外已经取得了长足的发展。 其次 ,总线兼容型数据采集插件的数量不断增大 ,与个人计算机兼容的数据采集系统的数量也在增加。国内外各种数据采集机先后问世 ，将数据采集带入了一个全新的时代。 1.2 什么是数据采集 数据采集，又称数据截取，是利用一种装置，从
12、系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。数据采集是为了测量电压、电流、温度、压力或声音等物理现象。被采集数据是义转换为电讯 号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。相应的系统被称为数据采集系统。数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的，用户自定义的测量系统。基于 PC 的数据采集，通过模块化硬件、应用软件和计算机的结合进行测量。尽管数据采集系统根据不同需求又不同的定义，但各个系统采集、分析和显示信息的目的却都相同。 1.3 数据采集的 意义 采集是 一定的 采样方式，即隔一定时间（称采样周期）对同
13、一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段 时间内的一个特征值。准确的数据量测是数据采集的基础。数据 测量 方法有接触式和非接触式， 对于它的 检测元件多种多样。不论哪种方法和元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性 和完整性 。数据采集含义很广， 包括 对连续物理量的采集。在计算机辅助制图、测图、设计中，对图形或图像数字化过程也可称为数据采集，此时被采集的是几何量（或包括物理量，如灰度）- 7 - 数据。 数据采集系统的任务，具体地说，就是传感器从被测对象获取有用信息，并将其输出信号转换为计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的处理，得出所需的 数据
14、。同时，将计算得到的数据进行显示、储存或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来进行某些物理量的控制。从严格意义上说，数据采集系统应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算，以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。总之，不论在哪个应用领域中，数据的采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大。 1.4 数据采集的发展趋势 数据采集已经成为人们获得外界信息的重要手段。基于总线的数据采集 与检测系统，由于可靠且易于实现、经济等优点，得到了广泛的应用。但当数据传输率很高时，保持
15、高速数据存储过程的可靠性、实时性将会成为一个比较棘手的问题。 今天，数据采集的重要性是十分显著的。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。各种类型信号采集的难易程度差别很大。实际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多的实际 的问题要解决。 - 8 - 2 课题总体设计 2.1 本次设计的要求和内容 本课题要求设计并调试多路数据巡回检测、显示与报警电路。模拟信号分别为温度（ t） 直流电压（ DCU ）和交流正弦电压（ acU ）。各模拟参数测量预期目标如下： 1、正常工作温度： t=2430 ，当 t30 时，报警 （发光 显示）；当 t24 时，报警（发光显示
16、）。 2、正常直流电压： VU DC 5.35.1 ，当 1.5DCUV 时，报警（发 光显示 ） 3、交流正弦电压： 1 2acUV ， f=1KHZ ，观测 D/A 转换后的电压波形。 2.2 本次设计的原理和方法简介 多路数据实时监控系统常用于自动化工业生产或大型设备（如激光器）中，经常需要对生产过程或运行状态的各种工作参数（如压力、温度、流量、电压、电流等）实时的巡回检测、监视并报警，以确保系统的稳定可靠性。 本次设计主要采用传感器对信号进行接收，利用放大电路对信号进行放大，再通过 A/D 转换， D/A 转换和 S/H 取样保持 电路对数据进行分析，最后通过终端进行显示，从中需要模拟
17、开关对电路信号接收的把握，也需要控制电路对整体的一个控制。 - 9 - 图 2-1 多路数据巡回检测与显示框图 根据框图 2-1主要有以下几个模块 ： （ 1）信号提取与放大 。 信号提取要利用传感器才能实现。传感器的种类很多。最常用的有光传感器、温度传感器和压力传感器等。上图电路运用温度传感器，对电路的温度进行数据采集，作为输入进入放大器。 （ 2）比较电路 经传感器转换后的电信号与某一给定值（基准电压 UR)比较时，将产生一个开关信号，此信号送到时执行机构可报警 （发光显示）。 （ 3）取样 /保持（ S/H）电路 在 A/D 转换前需要将模拟信号变换成能直接满足 A/D 变换要求的信号电
18、平输入方式。为了减小动态数据的测量误差，对于快速变化的输入信号，数据采集系统中往往设置 S/H 电路，以防止采样过程中信号发生变化。因此，多路开关、 S/H 电路是数据采集系统前向通道中的一个重要环节。 （ 4） A/D 转换 A/D 转换芯片种类繁多，按其变换原理分类，主要有逐次比较式、双积分式、量化反馈和并行式等。实现对模拟信号向数字信号的转换。 （ 5）显示与报警电路 在 A/D 转换之后经过译码芯片可以将 测量的数据用数码管进行显示，如果采集的数据超出预期的目标，报警电路中的信号经过比较电路的处理，超出测量的范围，用 LED 发光报警。 - 10 - （ 6）模拟开关和控制电路 模拟开关合和控制电路，主要采用一个双向传输的八选一开关，使得三个输入由一定的控制，控制电路由选通开关组成，为了使仿真过程操作起来简单方便。
