29、数字与模拟世界的连接及相关实验与故障排查

数字与模拟世界的连接及相关实验与故障排查

一、实际案例分析

1. 计算机自动化温度控制器设计
   • A/D 转换器位数计算 ：温度测量时，温度计输出电压 $V_g = 0.1T$（$T$ 为摄氏温度）。在 0 到 100°C 温度范围，使用 1 - 10V 的 A/D 转换器。要使 A/D 转换器对 0.2°C 的温度变化敏感，我们来计算所需的最小位数。
     • 温度变化 0.2°C 时，电压变化 $\Delta V = 0.1\times0.2 = 0.02V$。
     • 1 - 10V 的 A/D 转换器量程为 9V，设 A/D 转换器位数为 $n$，则量化间隔 $\Delta V_q=\frac{9}{2^n - 1}$。要使 $\Delta V_q\leq0.02$，即 $\frac{9}{2^n - 1}\leq0.02$，通过计算可得 $2^n - 1\geq\frac{9}{0.02}=450$，$2^n\geq451$，$n\geq\log_2{451}\approx8.8$，所以 $n$ 最小取 9 位。
   • 驱动加热器的电路设计 ：数字电路将数字化后的温度值与设定温度值比较。若测量值低于设定温度，比较器输出逻辑 1；否则输出逻辑 0。要设计一个电路驱动 15V、1A 的加热器，假设数字输出来自典型的 TTL 门。
     • 首先，TTL 门输出电流较小，不能直接驱动加热器，需要使用功率晶体管进行功率放大。