1 背景与意义

1.1 研究背景

电子技术是根据电子学的原理，运用电子器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学，包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。信息电子技术包括 Analog（模拟)电子技术和 Digital(数字）电子技术。在日常生活中，经常会用到一些电器和仪器设备只能在一定的输入电压范围内工作，超出此范围，电路工作就不正常。因此，就需要对输入电压进行监控。所以，高低电平报警器应运而生。

1.2 研究内容

本文研究内容是对电平高低的监测，利用计数器和D/A转换器设计步进电源，利用运放和相关电阻电容设计比较电路，LED等组成报警电路。监测电平高低，电平或高或低，电路都会报警，对应电路二极管亮。
设计电路要从每个单元开始，总体方案化整为零，本系统采用Multisim14仿真软件进行仿真测试，测试每个单元电路的功能，在保证仿真正确的前提下控制器件成本，正确使用器件。

1.3 技术指标

当输入电压 或 时电路报警，其中VCC=12V，VI为0~10V步进电源，步进1V。
此报警器可由以下几部分组成：

图1 总体方案框图
1、步进电源：产生0~10V的输入电压VI；
2、比较器：将VI与报警门限电平相比较，由于该报警器要求有两个门限电平，即 或 电路报警，而 电路不报警，此比较器可选用窗口比较器；
3、报警电路：可采用声光报警。

2 电路设计

2.1 各单元电路设计

2.1.1 步进电源电路设计

步进电路在按键S1的控制下调节电平大小，进行试验测试，产生试验所要求的0V-10V电源。是由计数器和DA转换芯片组成，计数器的作用是产生二进制码同时计数，DA转换芯片将二进制码转换为（0V-10V）直流电。

图2

2.1.2 比较电路设计

根据技术要求，Ua应为1/3Vcc = 4V，Ub应为2/3Vcc = 8V取R1=R2=R3=15K可满足技术要求，电路原理图如下：

图3
工作过程如下：
当V1>Uh时，D1导通，Vo为低电平
当V1<Ul时，D2导通，Vo为低电平
当Ul<Vr<Uh时，D1、D2都不导通，V0为高电平

2.1.3 报警电路设计

报警电路的设计方法较多，本课题采用简单的发光二极管报警，当电压超过限度时二极管点亮，电路如图所示：

图4
比较电路的输入信号电压相比较，当1/3Vcc<VI<2/3Vcc时，VI为高电平。当VI≥2/3Vcc或VI≤1/3Vcc时，VI为低电平。

2.2 总体电路设计

首先由0~10V步进电源产生稳定的电压，步进1V，然后通过输出端Vo与窗口比较器的输入端相连，取R1=R2=R3=15K可满足技术要求。
窗口比较起的输出端与报警电路的输入端相连，当输入电压V≥2/3Vcc红色发光二极管发光或V≤1/3Vcc时蓝色发光二极管发光。

3 Multisim电路仿真与调试

3.1仿真过程

应用Multisim 14仿真软件对各部分电路进行仿真测试，便于在电路实物制作之前及时发现设计问题，调试电路参数。

3.1.1 步进电源仿真调试

下图各电压输出均符合设计要求。

图6 0v输出结果

图7 1v输出结果

图8 2v输出结果

图9 3v输出结果

图10 4v输出结果

图11 5v输出结果

图12 6v输出结果

图13 7v输出结果

图14 8v输出结果

图15 9v输出结果

图16 10v输出结果

3.1.2 总体电路仿真与调试

0~3v时蓝色LED灯报警点亮，结果如下图所示。

图17 1v蓝色LED报警
4~7v正常工作，没有LED灯报警点亮。

图18 4v正常工作
8~10v红色 LED灯报警点亮。

图19 8v红色LED报警

3.2仿真结果分析

通过仿真实现了高低电平的报警，此电路具有独立工作电源，工作环境稳定，灵敏度高，抗干扰能力强。经仿真验证后，后期将进行实物图的焊接测试，实现了高低电平的监测功能，具有具体的实用功能。

4 总结

通过本次课程设计，学到了很多在课堂上没有学到的知识，也感悟了很多。要想很好的掌握电子技术，除了掌握基本器件的原理，电子电路的基本组成及分析方法外，还要掌握电子器件及基本电路的应用技术，课程设计就是电子技术教学中的重要环节。

5 获取电路

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