基于Multisim的多通道温度检测系统的设计

0 引言

    借助EDA技术设计电子产品已成为工程技术人员的首选方案。Multisim以其界面友好、功能强大和易用性受到工程技术人员的青睐。Multisim10相对于早期版本，更适合于模拟电子电路、数字电子电路、模拟数字混合电路、射频电路、继电控制和PLC控制电路的仿真与设计，尤其对于复杂电路系统的分析和设计。多通道温度检测系统属于多路模拟量数据采集系统，在工业自动化控制等领域应用广泛。实现多通道温度检测的方案有多种，本文选用数字电路构成控制器在Multisim环境中组成多通道温度检测系统，并对设计电路进行仿真分析。

1 多通道温度检测系统设计

    1.1 任务设计

    设计一个4路温度循环检测系统。温度传感器的输出电压范围为0～400mV，对应的温度范围是0℃～80℃；系统具有温度报警功能，能手动设定报警温度，当测量的温度超过某个设定值时，能给出报警提示；能用数码管显示设定温度值、被测温度值和被测通道号；检测精度不低于1%。

    1.2 任务分析

    根据设计要求，系统应包括多路输入、信号放大、A/D转换、报警设定、数值比较、控制电路、编码电路、数码显示电路、超限报警等部分组成。4通道温度检测系统的原理框图如图1所示。

    图1 4通道温度检测系统的原理框图

    在图1所示的4通道温度检测系统中，现场传感器检测的温度信号，由多路模拟开关选通其中的一路送入信号放大电路，放大电路的输出经A/D转换器变为数字量，该数字量可通过数码管显示被测温度值。控制电路按一定的频率轮流选通多路开关，可实现多路温度信号的循环检测。编码电路对控制信号进行编码，编码输出经数码管可显示当前的检测通道。数值比较电路将报警设定值和当前的温度值进行比较，产生温度超限报警。

    1.3 设计步骤

    1.3.1 单元电路设计

    (1)多路输入

    多路输入电路由计效器和模拟多路开关构成，如图2所示。由74LS161N和74LS00D构成四进制计数器，计数器的输出Q_BQ_A接模拟开关的地址码的输入端A₁A₀。当A₁A₀分别为00—11时，模拟多路开关依次选通CH₀-CH₃四路输入信号中的一路。多路输入电路的封装模块X₁，其输入引脚CH₀-CH₃接温度传感器输出信号，CLOCK外接时钟脉冲，其输出OUT接信号放大电路的输入端V_IN，Q_CQ_BQ_A为接通道显示数码管。

    图2 温度检测系统的多路输入电路