智能仪器实验一

实验一：电压数据采集电路的设计与仿真

一、实验目的

1.学习数据采集电路的设计与仿真方法； 2.掌握测量放大器的调试方法； 3.学习Multisim 的使用方法

二、设计的原理

图1是欲设计的电压数据采集电路的原理图。图中，电压信号施加在测量放大器的两个输入端，经测量放大器放大后输出，输入到模数转换器的输入端。由图可以看到：+5V的电源经3个电阻分压，输入到模数转换器的参考电压端；+5V的电源经3个电阻分压，输入到运放的同相端。运放是一个电压跟随器结构，运放的输出接测量放大器的参考电压端。测量放大器输出端的最高电压等于电源电压，即为+5V。测量放大器实际输入到模数转换器的最高电压为：电源电压-测量放大器的参考电压。图中的SOC为转换触发信号端，只有此端从低电平变成高电平时，转换才开始。EOC为转换结束标志端，在模数转换器进行转换时，此端为低电平；当转换结束后此端变为高电平。

应该说明的是，模数转换器的参考电压端应该有两个，一个是参考电压正端，另一个是参考电压负端。因是示意图，图中未画出参考电压负端。

设计时，测量放大器采用AD620AN，图2是AD620AN的引脚排列和功能说明。图1中的电压跟随器采用运放AD8001AN；模数转换器采用multisim软件中提供的仿真器件，图3是模数转换器的引脚排列和功能说明。Vref+和Vref-1

是模数转换器允许的输入电压的正负峰值，Vref+ ~ Vref-表示模数转换器输入交流信号的电压范围。

三、设计内容

1.学习Multisim11的使用方法；

2.用Multisim11设计电压数据采集电路的原理图； 3.进行电路原理仿真；

4.具体的设计任务和设计方法按设计步骤中的安排进行。 四、设计步骤

2.选择、放入、连接、仿真

在元件栏和仪表栏中选择所需的元件和仪表，并将其放置在工作区，然后按照图1进行连接，连接后进行仿真，将仿真正确的原理图粘贴到以下空白处

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操作说明：

⑴在工作区放置元件

①信号源在“放置信号源”中查找：点击“signal voltage sources”→“ac voltage”，然后单击“确定”。

②测量放大器在“放置模拟元件”中查找：点击“opamp”→“AD620AN”，然后“确定”即可。作为电压跟随器的运放采用AD8001AN元件，也在其中查找。

③模数转换器在“放置杂顶元件”中查找：点击“Mixed” →“ADC DAC”

→“ADC”，然后“确定”。

④显示器在“放置指示器”中查找：点击“Indicators” →“DCD HEX” →

“ADC”，然后“确定”。

⑤电阻在“放置基础元件”中查找：点击“Basic”→“resistor”，确定。

⑵元件连接

①连接元件时，单击所要连接的两点即可。

②按图1电路连接时，测量放大器采用差动输入方式；模数转换器的SOC端连接触发信号源；信号发生器可作为触发信号源。信号发生器可输出三种波形的信号，其中用矩形波形触发，转换速度最快。模数转换器的EOC端可悬空；参考电压负端接地。模数转换器的输出连接两个“DCD HEX”元件。

⑶参数设置

供电电源和电阻按图1设置，其它元件参数可根据情况自行设置。 ⑷电路仿真

点击仿真按钮进行仿真，如果电路连接正确，模数转换器后的显示器件会显示其中的字符（红色），如果没有显示，或软件有关于错误的提示时，需要对电路进行修改，修改后再进行仿真，直到正确为止。请按要求在空白处填写

你是否一次仿真成功？如果不是请说明出错原因及改正采取的方法。 我不是一次成功，刚开始导线没连好，有虚连的情况，重新连接后便

行了；然后是示波器参数没设置，参数设置完就行了。

3.利用信号发生器对所设计的电路进行仿真

在multisim中，信号发生器是最常用的仿真器件之一，在仿真中可以作为各种信号源。在上面的仿真中，已经用到了信号发生器，把信号发生器作为了模数转换器的触发信号源，对模数转换器的转换进行触发。下面用信号发生器做信号源，同时用信号发生器设置模数转换器的参考电压，对以上设计的电路进行仿真。

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操作说明：①在工作区放置两个信号发生器；②将其中一个信号发生器的正端接测量放大器的正端，公共端接地（重新放置一个“地”元件进行连

接），负端接测量放大器的负端。参数设置:频率为10Hz，振幅为100μVp。③将另一个信号发生器的正端接模数转换器的正参考电压端，负端接模数转换器的负参考电压端，公共端接地。这时，信号发生器输出的两个信号的幅度相等，极性相反；设置参数：幅度为3Vp,频率为1fHz.(f为10-15)。④单击仿真按钮进行仿真，然后将仿真正确的电路粘贴到下面的空白处。

4.两通道示波器的使用

图4 同时显示测量放大器的输入/输出波形

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图5 用两通道示波器仿真测量放大器的输入/输出

示波器也是multisim中使用最为频繁的仪器之一，示波器可以用来显示信号的波形、幅度、频率等参数。图4是用两通道示波器仿真图5电路中测量放大器的输入信号和输出信号的波形，两种波形同时显示，使我们对同一时刻信号的变换情况有了直观的了解。波形下方是其幅值。在幅值显示区，我们可以清楚地知道，同一时刻的输入和输出的幅值。因此，利用示波器仿真，有其独特的效果，对于科学研究和电路设计都是非常必要的。

使用两通道示波器，同时测量所设计电路的测量放大器的输入和输出信号。操作说明：⑴按图5的方法连接示波器，并将此电路粘贴到下面空白处。

⑵按图4设置示波器的有关参数；并将仿真结果粘贴到下面空白处。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7fat.html