溫度測量與控制電路課程設(shè)計(jì)(共25頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄題目 1摘要 1關(guān)鍵詞 1設(shè)計(jì)要求 1正文 1一、 系統(tǒng)概述和總體方案論證與選擇1二、 單元電路設(shè)計(jì)3(一) 溫度傳感模塊3(二) 數(shù)字顯示與溫度范圍控制模塊61. 方案的論證與選擇62. AD轉(zhuǎn)換與解碼 83. 譯碼顯示124. 控制溫度設(shè)定145. 溫度超限判斷16(三) 聲光報(bào)警與溫度控制執(zhí)行模塊181.聲光報(bào)警 182.溫度執(zhí)行 18(四) 總體電路圖18(五) 方案的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)以及改進(jìn)19三、 結(jié)束語20四、 參考文獻(xiàn)21五、 元器件明細(xì)表21六、 收獲與體會(huì)22七、 鳴謝23教師評語24 【題目】 溫度測量與控制電路【摘要】溫度測量與控制電路是在實(shí)際應(yīng)

2、用中相當(dāng)廣泛的測量電路。本次設(shè)計(jì)主要運(yùn)用基本的模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的知識(shí)及其基本的溫度傳感器知識(shí)，從基本的單元電路出發(fā)，實(shí)現(xiàn)了溫度測量與控制電路的設(shè)計(jì)。總體設(shè)計(jì)中的主要思想：一、達(dá)到設(shè)計(jì)要求；二、盡量應(yīng)用所學(xué)知識(shí)；三、設(shè)計(jì)力求系統(tǒng)簡單可靠，有實(shí)際價(jià)值。溫度傳感選用高精度攝氏溫度傳感器LM35進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過UA741芯片構(gòu)成同相比例器實(shí)現(xiàn)放大。AD轉(zhuǎn)換部分使用集成芯片AD5740；二進(jìn)制到8421BCD碼的轉(zhuǎn)換用EEPROM 實(shí)現(xiàn)；顯示譯碼部分用4511和七段數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)；溫度控制范圍設(shè)定采用數(shù)字設(shè)定方式，用十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器74LS160和鎖存器74LS175實(shí)現(xiàn)；溫度的判斷比較通過數(shù)值比

3、較器74LS85的級聯(lián)實(shí)現(xiàn)。聲光報(bào)警利用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器組成。溫度控制執(zhí)行部分采用繼電器控制的加熱制冷裝置來實(shí)現(xiàn)。此模塊的存在，提高了該系統(tǒng)在工業(yè)上的實(shí)用性?！娟P(guān)鍵詞】溫度測量、A/D轉(zhuǎn)換、溫度控制、聲光報(bào)警、譯碼顯示、555定時(shí)器【技術(shù)要求】1. 測量溫度范圍為200C1650C，精度0.50C；2. 被測量溫度與控制溫度均可數(shù)字顯示；3. 控制溫度連續(xù)可調(diào)；4. 溫度超過設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)生聲光報(bào)警。【正文】一、 系統(tǒng)概述和總體方案論證與選擇在本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)中，有以下兩種思路：方案A如圖1-1-1所示，溫度傳感器模塊將溫度線性地轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺?jīng)過放大電路，一路輸入給A/D轉(zhuǎn)換電路，

4、經(jīng)過譯碼進(jìn)行數(shù)字顯示，另一路與滑變分壓電路相連，由此設(shè)定控制溫度上下限，經(jīng)過電壓比較器，輸出高低電平指示信號，由此控制溫度控制執(zhí)行模塊和聲光報(bào)警部分。此電路最基本的特點(diǎn)就是電路結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)比較容易。圖1-1-1 總體設(shè)計(jì)方案A框圖方案B如圖1-1-2所示，溫度傳感模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊，譯碼顯示模塊，溫控執(zhí)行和報(bào)警模塊均與方案A相同，不同處在于控制溫度設(shè)定方式和溫度超限判斷方式。方案A的超限判斷模塊和控制溫度設(shè)定主要使用模擬信號，該方案易受外界干擾如使用環(huán)境溫度等因素，另外由于滑變設(shè)定溫度不易精確調(diào)節(jié)，誤差較大。方案B主要采用數(shù)字邏輯芯片數(shù)字比較器、鎖存器等控制實(shí)現(xiàn)，其工作的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和功

5、能擴(kuò)展性較強(qiáng)。圖1-1-2 總體設(shè)計(jì)方案B框圖比較以上兩種方案，方案A電路簡單，誤差較大；方案B電路復(fù)雜，但精度較高，可移植性好。結(jié)合以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，我們選擇方案B進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。二、 單元電路設(shè)計(jì)(一) 溫度傳感模塊溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而改變某種特性來間接測量的。不少材料、元件的特性都隨溫度的變化而變化，所以能作溫度傳感器的材料相當(dāng)多。溫度傳感器隨溫度而引起物理參數(shù)變化的有：膨脹、電阻、電容、電動(dòng)勢、磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等。 方案一：采用二極管做溫度傳感器 晶體二極管或三極管的PN結(jié)的結(jié)電壓是隨溫度而變化的。例如硅管的PN結(jié)的結(jié)電壓在溫度每升高1時(shí)，下降-2mV，利用

6、這種特性，一般可以直接采用二極管（如玻璃封裝的開關(guān)二極管1N4148）或采用硅三極管（可將集電極和基極短接）接成二極管來做PN結(jié)溫度傳感器。這種傳感器有較好的線性，尺寸小，其熱時(shí)間常數(shù)為0.22秒，靈敏度高。測溫范圍為-50+150。同型號的二極管或三極管特性不完全相同，因此它們的互換性較差。方案二：用可編程器件DS18B20做溫度傳感器 DS18B20數(shù)字溫度計(jì)是DALLAS公司生產(chǎn)的1Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來組成一個(gè)測溫系統(tǒng)，線路簡單，十分方便。 DS18B20產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)： 只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。 在DS18B20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無二

7、的序列號。 實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測溫。 測量溫度范圍在55到125之間。 數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。 內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。但是18B20需要單片機(jī)軟件控制，與本次設(shè)計(jì)要求不符。 方案三：用LM35做溫度傳感器 LM35是一種得到廣泛使用的溫度傳感器。由于它采用內(nèi)部補(bǔ)償，所以輸出可以從0開始。在上述電壓范圍以內(nèi)，芯片從電源吸收的電流幾乎是不變的（約50A），所以芯片自身幾乎沒有散熱的問題。這么小的電流也使得該芯片在某些應(yīng)用中特別適合，比如在電池供電的場合中，輸出可以由第三個(gè)引腳取出，根本無需校準(zhǔn)。LM35集成溫度傳感器是利用一個(gè)熱電偶檢測相應(yīng)的溫度，

8、熱電偶是將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，如下圖2-1-1所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢,因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。溫度傳感器熱電偶就是利用這一效應(yīng)工作的。圖2-1-1 熱電效應(yīng)原理圖LM35溫度傳感器其輸出電壓與攝氏溫標(biāo)呈線性關(guān)系，0時(shí)輸出為0V，每升高1，輸出電壓增加10mV。轉(zhuǎn)換公式如下：LM35溫度傳感器線性度好，電路簡單?？紤]到各種傳感器的特點(diǎn)、工作溫度以及精度，結(jié)合本次設(shè)計(jì)要求的考慮，決定采用方案三，選用高精度攝氏溫度傳感器LM35。LM35溫度傳感器電源供應(yīng)模式有單電源與正負(fù)雙電源兩

9、種。其接腳圖如下2-1-2（a）、（b）所示。圖2-1-2（a）單電源模式圖2-1-2（b）雙電源模式單電源提供正溫度的測量，正負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的量測。在靜止溫度中自低熱效應(yīng)(0.08)，單電源模式在25°C下靜止電流約50A，工作電壓較寬，可在420V的供電電壓范圍內(nèi)正常工作非常省電。其電流溫度特性曲線如下圖2-1-3所示。圖2-1-3 電流溫度特性曲線考慮到本課題的要求，我們選用單電源模式，其電路圖如下2-1-4所示。圖2-1-4 溫度傳感模塊電路圖溫度傳感器LM35單端接電源，經(jīng)過同相比例器放大輸出。根據(jù)所選AD轉(zhuǎn)換器的芯片參數(shù)，放大倍數(shù)選擇為3。其具體參數(shù)計(jì)算如

10、下：選擇適當(dāng)?shù)碾娮柚悼梢杂胁煌姆糯蟊稊?shù)，著有效的增加了此模塊移植性。為了保證溫度傳感器熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對它的結(jié)構(gòu)要求如下： 組成溫度傳感器熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固； 兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路； 補(bǔ)償導(dǎo)線與溫度傳感器熱電偶自由端的連接要方便可靠； 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。(二) 數(shù)字顯示與溫度范圍控制模塊1、方案的論證與選擇經(jīng)分析，數(shù)字顯示與溫度范圍控制模塊的核心主要有兩部分：（1） A/D轉(zhuǎn)換部分采用集成芯片AD574A作為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，AD574A 是美國模擬數(shù)字公司（Analog ）推出的單片高速12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電

11、路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)完整的A/D 轉(zhuǎn)換器。AD574A可以把電壓信號轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，但是二進(jìn)制數(shù)并不能直接在數(shù)碼管上顯示，所以AD574A輸出的二進(jìn)制數(shù)到8421BCD碼的轉(zhuǎn)換成為該方案的核心問題，經(jīng)過查閱大量資料，最終決定采用 CMOS EEPROM實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制到8421BCD碼的，其電路連接簡單，轉(zhuǎn)換效率高，功耗低，出錯(cuò)率低。綜上所述，該方案工作穩(wěn)定性強(qiáng)，不易出錯(cuò)，所以采用該方案。具體電路和實(shí)施方案以及AD574A的詳細(xì)資料見后文“2.AD轉(zhuǎn)換與解碼”。 （2）控制溫度設(shè)定與溫度超

12、限判斷部分有兩種方案：方案一：如圖2-2-1所示，通過旋動(dòng)滑動(dòng)變阻器獲得不同的分壓代表相應(yīng)的的溫度值，分壓一路通過AD轉(zhuǎn)換顯示設(shè)定溫度，一路經(jīng)過電壓比較器和溫度傳感模塊輸出的進(jìn)行比較，輸出高低電平指示信號控制報(bào)警和溫控執(zhí)行模塊。該方式雖然簡便可行，但其受外界環(huán)境干擾較大，特別是當(dāng)實(shí)際溫度在控制溫度附近時(shí)，有可能由于其它干擾達(dá)不到理想的溫控效果，溫度控溫精度并不高。圖2-2-1 控制溫度設(shè)定與溫度超限判斷方案一框圖方案二：利用計(jì)數(shù)器和鎖存器精確設(shè)定溫控范圍。如圖2-2-2所示：通過計(jì)數(shù)器，把設(shè)定溫度以8421BCD碼的形式保存到鎖存器中，經(jīng)過級聯(lián)的數(shù)值比較器與EEPROM輸出的代表溫度的8421

13、BCD碼進(jìn)行比較。來判定溫度是否超限，由數(shù)值比較器輸出高低電平作為指示信號控制報(bào)警和溫控執(zhí)行電路。圖2-2-2 控制溫度設(shè)定與溫度超限判斷方案二框圖綜上所述，方案二溫度設(shè)定簡單方便，控制更加精確，工作穩(wěn)定性更好。所以采用此方案。由此可以畫出此系統(tǒng)的具體框圖如下圖2-2-3所示。圖2-2-3 系統(tǒng)完整框圖2、AD轉(zhuǎn)換與解碼1)、AD轉(zhuǎn)換：A/D轉(zhuǎn)換器的功能是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)把模擬信號在時(shí)刻t的幅度值（電壓值）轉(zhuǎn)換為一個(gè)相應(yīng)的數(shù)字量。由于A/D轉(zhuǎn)換器輸入的模擬信號在時(shí)間上是連續(xù)的，輸出的數(shù)字信號是離散的。所以只能在一系列選定的瞬間進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，這樣既要求對輸入的模擬信號先進(jìn)行采樣，然后再把這些采樣值

14、轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字進(jìn)行輸出。因此，一般的A/D轉(zhuǎn)換過程需要經(jīng)過采樣、保持、量化和編碼這四個(gè)步驟來完成。 采樣就是把一個(gè)在時(shí)間上連續(xù)的信號變換為在時(shí)間上的離散的信號。因?yàn)槊看伟巡蓸拥玫降碾妷褐缔D(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字都需要經(jīng)過一段的時(shí)間T，所以在時(shí)間T中要保持采樣值的不變，及要求利用保持電路對采樣值經(jīng)行儲(chǔ)存。數(shù)字信號不僅在時(shí)間上是離散的，而且在幅度上也是離散的。為了將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在A/D轉(zhuǎn)換過程中，還必須將采樣后獲得的輸出電壓按照某種近似方式規(guī)劃到與之相應(yīng)的離散電平上。這一過程成為數(shù)值量化。量化后的數(shù)值經(jīng)過編碼后就可得到相應(yīng)的數(shù)字信號。如圖2-2-4所示電路，為了保證溫度的精度（0.5度），本

15、設(shè)計(jì)采用AD574的12位轉(zhuǎn)換模式。圖2-2-4 系統(tǒng)完整框圖 AD574 是美國模擬數(shù)字公司（Analog ）推出的單片高速12 位逐次比較型A/D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)完整的A/D 轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下： 分辨率為12 位。非線性誤差為小于±1/2LBS 或±1LBS。轉(zhuǎn)換速率為25us 。模擬電壓輸入范圍為010V 和020V，0±5V 和0±10V四種輸入。電源電壓為±15V 和 5V。 數(shù)據(jù)輸出格式

16、為12 位二進(jìn)制代碼。芯片工作模式為全速工作模式和單一工作模式。 圖2-2-5 AD574A引腳圖AD574A 的引腳說明： 1. Pin1(V Logic)邏輯電源+5V電源輸入端。 2. Pin2(128 )數(shù)據(jù)模式選擇端，通過此引腳可選擇數(shù)據(jù)縱線是12位或8位輸出。 3. Pin3(CS )片選端，低有效。 4. Pin4(A0)字節(jié)地址短周期控制端。與12/8端用來控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。 5. Pin5( R/C)讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端。 6. Pin6(CE)使能端，高有效。 7. Pin7(V+)正電源輸入端，輸入+15V電源。 8. Pin8(REF OUT)10V 基準(zhǔn)電

17、源電壓輸出端。 9. Pin9(AGND)模擬地端。 10. Pin10(REF IN)基準(zhǔn)電源電壓輸入端。 11. Pin11(V-)負(fù)電源輸入端，輸入-15V 電源。 12. Pin12(BIP OFF)單極性輸入時(shí)BIP OFF接模擬公共地，雙極性時(shí)BIP OFF接對應(yīng)的-5V、-10V13. Pin13(10V IN)單極性010 V模擬量輸入；雙極性0 ±5 V模擬量輸入。14. Pin14(20V IN)單極性020 V模擬量輸入；雙極性0 ±10 V模擬量輸入. 。15. Pin15(DGND)數(shù)字地端。 16. Pin16-Pin27(DB0-DB11)12

18、 條數(shù)據(jù)總線，通過這 12 條數(shù)據(jù)總線向外輸出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 17. Pin28(STS)工作狀態(tài)指示信號端，當(dāng) STS=1 時(shí)，表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當(dāng) STS=0 時(shí)，聲明A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，通過此信號可以判別A/D轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)，作為單片機(jī)的中斷或查詢信號之用。其與溫度傳感器部分的連接方法是：AGND端與傳感器部分的模擬地端相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的in端連接傳感器的輸出電壓。REF IN，REF OUT端為參考電壓輸入（通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器010V可調(diào)，用于校準(zhǔn)）。當(dāng)輸出的二進(jìn)制碼為1111 1111 1111，換算為十進(jìn)制數(shù)是5100，經(jīng)過碼制轉(zhuǎn)換后，在數(shù)碼顯示管上即顯示數(shù)字510.0

19、。代表510.0。由于傳感器部分的輸出電壓Uo滿足，Uo=kT（T代表溫度，單位：，K=10 V/）即滿足Uo=10T所以參考電壓UREF IN的取值需要滿足UREF IN=k*510，UREF IN的可以通過圖2-2-4中所示滑動(dòng)變阻器R1調(diào)節(jié)。ADC的CLK端與555和少量阻容元件構(gòu)成的多諧振蕩器相連接，R6=140k，R7=3k，C5=10F555的3腳為輸出端，其高電平持續(xù)時(shí)間T1=70. (R6+R7)C51s，低電平持續(xù)時(shí)間T2=0.7(R7C5)21ms。輸出低電平時(shí)，AD5740處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，轉(zhuǎn)換時(shí)間需要約25s，T2>>25s，所以轉(zhuǎn)換器有充分的時(shí)間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，保證

20、了轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，滿足要求。輸出高電平時(shí)，在該電路中AD5740處于12位數(shù)據(jù)并行讀取狀態(tài)，其轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)據(jù)被傳送到EEPROM中。2)、碼制的轉(zhuǎn)換12位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)8421BCD碼：通過對電可擦寫只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制數(shù)碼到BCD碼的變換。即把1450個(gè)溫度值的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位當(dāng)作源碼作為存儲(chǔ)器EEPROM的地址碼，把需要轉(zhuǎn)換的8421BCD碼作為 “目的”碼寫入地址對應(yīng)的存儲(chǔ)器EEPROM內(nèi)部單元。使用時(shí)，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換器采集到不同電壓信號時(shí)，把轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制碼迭到EEPROM的地址位，那么與此地址相對應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)就是所求的8421BCD碼格式，從而完成了1450個(gè)二進(jìn)制

21、碼溫度值到8421BCD碼的轉(zhuǎn)換。該1450個(gè)溫度值的數(shù)字解碼器是四位數(shù)顯示，所以選用有16個(gè)位線的 EEPROM，實(shí)際中，也可根據(jù)制造的成本視情況選擇兩片8個(gè)位線的EEPROM（如：27C32）進(jìn)行位線擴(kuò)展，擴(kuò)展成16位。低12位A0A11接對應(yīng)的AD5740的二進(jìn)制輸出端，高4位A12A15均接地。D0D3，D4D7，D8D11，D12D15分別輸出小數(shù)位、個(gè)位、十位、百位的8421BCD碼。接到譯碼顯示模塊4511BD即可把BCD碼轉(zhuǎn)換成七段ag顯示驅(qū)動(dòng)信號，在LED數(shù)碼管上進(jìn)行十進(jìn)制顯示。存儲(chǔ)器地址和數(shù)據(jù)對應(yīng)寫入單元數(shù)據(jù)如表1：溫度地址編碼BCD編碼000.00000 0000 000

22、0 00000000 0000 0000 0000000.10000 0000 0000 00010000 0000 0000 0001000.20000 0000 0000 00100000 0000 0000 0010.165.00000 0101 1010 10100001 0110 0101 0000表1存儲(chǔ)器地址和數(shù)據(jù)對應(yīng)寫入單元數(shù)據(jù)由以上兩個(gè)模塊構(gòu)成AD轉(zhuǎn)換與二進(jìn)制轉(zhuǎn)8421BCD碼電路，如下圖2-2-6所示連接，模擬信號經(jīng)由AD轉(zhuǎn)換后通過存儲(chǔ)器，將對應(yīng)的8421BCD碼譯出，通過總線TEM將其發(fā)送至譯碼顯示模塊以及溫度超限判斷模塊。圖2-2-6 AD轉(zhuǎn)換與二進(jìn)制轉(zhuǎn)8421BCD碼

23、電路圖附本模塊所用芯片信息： 1M COMS EEPROM（65536X16）A0A15：地址輸入端D0D15：數(shù)據(jù)輸出端圖2-2-7 管腳圖真值表工作模式/CE/OE/WE讀取數(shù)據(jù)001寫入數(shù)據(jù)010禁止1XX3、譯碼顯示百位、十位、個(gè)位、小數(shù)位共4組16位8421BCD碼依次輸入給4片4511BD即可把BCD碼轉(zhuǎn)換成七段ag顯示驅(qū)動(dòng)信號，在LED數(shù)碼管上進(jìn)行十進(jìn)制顯示。接法如圖2-2-8所示，通過總線TEM分別給4片4511BD溫度的百位、十位、個(gè)位、小數(shù)位的8421BCD碼，譯碼后就可以直接在LED上顯示。與U16、U31、U32為7段數(shù)碼管，U49為8段數(shù)碼管。U49的h腳通過180電

24、阻接+5V電源，顯示小數(shù)點(diǎn)。這樣，溫度值即可在數(shù)碼管上十進(jìn)制顯示。圖2-2-8 譯碼顯示電路圖附本模塊所用芯片信息：4511BD圖2-2-9 4511BD管腳圖4511BD真值表4、控制溫度設(shè)定如圖2-2-10所示，溫度設(shè)置裝置由4片十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS160構(gòu)成，且均處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。4個(gè)CLK時(shí)鐘端均分別接一個(gè)微動(dòng)開關(guān)，其彈起時(shí)處于低電平，按下時(shí)接+5V高電平，當(dāng)進(jìn)行設(shè)置時(shí)，通過按動(dòng)開關(guān)即可手動(dòng)使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，控制百位、十位、個(gè)位、小數(shù)位的數(shù)字。其數(shù)據(jù)輸出端通過總線SET共有兩個(gè)去向，去向1：接譯碼顯示電路，實(shí)時(shí)顯示設(shè)定數(shù)值的變化，百位、十位、個(gè)位、小數(shù)位共4組16位數(shù)據(jù)直接通過4片4511

25、BD轉(zhuǎn)換成七段ag顯示驅(qū)動(dòng)信號，在LED數(shù)碼管上進(jìn)行十進(jìn)制顯示。接法依然如圖2-2-8所示，通過總線SET分別給4片4511BD溫度的百位、十位、個(gè)位、小數(shù)位的數(shù)據(jù)，譯碼后就可以直接在LED上顯示。去向2：接鎖存器。圖中共有8片4位鎖存器74LS175，每4片為一組分別儲(chǔ)存溫度上限和溫度下限的8421BCD碼。記錄上限的4片鎖存器的CLK時(shí)鐘端和記錄下限的4片鎖存器的CLK時(shí)鐘端分別接兩個(gè)微動(dòng)開關(guān)，一個(gè)是“鎖定溫度上限”按鈕，另一個(gè)是“鎖定溫度下限”按鈕。開關(guān)常態(tài)接+5V高電平，按下時(shí)接地，鎖存器鎖入數(shù)據(jù)。鎖存器的輸出端分別通過總線HIGH和總線LOW接數(shù)值比較器，比較實(shí)際溫度和設(shè)定值的大小關(guān)

26、系。圖2-2-10 控制溫度設(shè)定裝置電路圖附本模塊所用芯片信息：1、74LS160D圖2-2-11 74LS160D管腳圖74LS160D真值表清零預(yù)置使能時(shí)鐘預(yù)置數(shù)據(jù)輸入輸出工作模式RDLDEP ETCPP3P2P1P0Q3Q2Q1Q00XX XXX X X X0 0 0 0異步清零10X Xp3p2p1p0p3p2p1p0同步置數(shù)110 XXX X X X保持?jǐn)?shù)據(jù)保持11X 0XX X X X保持?jǐn)?shù)據(jù)保持111 1X X X X十進(jìn)制計(jì)數(shù)加法計(jì)數(shù)2、74LS175D圖2-2-12 74LS175D管腳圖74LS175D功能表5、溫度超限判斷如圖2-2-13所示，共有8片數(shù)值比較器74LS8

27、5，上面四片級聯(lián)用于比較監(jiān)測溫度和設(shè)定的溫度上限的大小，下面四片用于比較監(jiān)測溫度和設(shè)定的溫度下限的大小。其級聯(lián)方式和數(shù)據(jù)輸入方式如圖所示。設(shè)定的控制溫度與測量溫度的比較用四塊74LS85級聯(lián)后得到。其中A3-A0，B3-B0是待比較的兩組四位二進(jìn)制數(shù)的輸入，OAGTB, OAEQB, OALTB分別表示A>B, A=B, A<B。AGTB，AEQB，ALTB是三個(gè)級聯(lián)的輸入端。需要擴(kuò)大待比較的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)時(shí)，可以將低位比較器的輸出端OAGTB,OAEQB,OALTB，接到高位比較器的三個(gè)級聯(lián)輸入端AGTB，AEQB，ALTB。最低位的數(shù)字比較器的級聯(lián)端應(yīng)該將AGTB， ALTB端

28、接地；將AEQB接高電平。在mutlisim10.01中，不存在管腳懸空表示接高電平的意思，所以接高電平時(shí)，必須將高電位接入該引腳。當(dāng)測量溫度低于設(shè)定的溫度下限時(shí)，U8片的OALTB（A<B）端輸出高電平啟動(dòng)報(bào)警電路和加熱電路，低溫報(bào)警指示燈發(fā)出綠光。當(dāng)測量溫度高于設(shè)定的溫度上限時(shí)，U4片的OAGTB（A>B）端輸出高電平啟動(dòng)報(bào)警電路和降溫電路，高溫報(bào)警指示燈發(fā)出紅光。開關(guān)S1的作用是控制報(bào)警電路的開啟或關(guān)閉。或門U33A的作用是將高溫超限報(bào)警信號和低溫超限報(bào)警信號進(jìn)行或運(yùn)算。當(dāng)有其一超限時(shí)，就會(huì)啟動(dòng)報(bào)警電路。圖2-2-13溫度超限判斷電路圖附本模塊所用芯片信息：74LS85N圖2

29、-2-1474LS85N管腳圖74LS85真值表(三) 聲光報(bào)警與溫度控制執(zhí)行模塊1、聲光報(bào)警如圖2-3-1所示，當(dāng)輸入信號為低電平時(shí)，報(bào)警電路不工作。當(dāng)有高電平信號輸入時(shí)，模擬開關(guān)閉合，多諧震蕩電路開始工作。發(fā)光二級管點(diǎn)亮，并發(fā)出蜂鳴報(bào)警。報(bào)警時(shí)蜂鳴的頻率為20Hz,作用的占空比為58.3%。圖2-3-1聲光報(bào)警電路圖2、溫控執(zhí)行如圖2-3-2所示，溫控執(zhí)行電路由一個(gè)雙刀雙置開關(guān)控制，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，輸入信號為低電平時(shí)，加熱或降溫電路不工作。當(dāng)有高電平信號輸入時(shí)，繼電器吸合，啟動(dòng)加熱降溫設(shè)備進(jìn)行加熱和降溫操作。若溫度回到設(shè)定范圍內(nèi)，電路即復(fù)位回到穩(wěn)定態(tài)，3腳輸出低電平，繼電器斷開，加熱或降溫操

30、作停止。（圖中用燈來表示加熱降溫器件）圖2-3-2加熱降溫執(zhí)行電路圖(四) 總體電路圖總電路圖如下圖2-4-1 總電路圖(五) 方案的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)以及改進(jìn)在本次設(shè)計(jì)中遇到了如下幾個(gè)難點(diǎn)：1、如何對傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償。由于LM35溫度傳感器線性范圍在-55-150，工作最大溫度180，所以在150-165期間需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償以減小誤差。溫度的補(bǔ)償方法有傳感器補(bǔ)償和電路補(bǔ)償兩種方法。雖然經(jīng)過查閱資料對此有了了解，但限于所學(xué)知識(shí)以及時(shí)間限制，此問題依舊沒有得到解決。所以此作品在150-165期間會(huì)有相對較大的誤差，但仍然在大的范圍滿足精度要求。2、如何將12位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成8421BCD碼。經(jīng)過查閱大

31、量資料并研究決定用EEPROM電可擦寫存儲(chǔ)器來完成這個(gè)功能。3、如何實(shí)行溫度的設(shè)定和超限判斷。技術(shù)要求中提到輸入溫度連續(xù)可調(diào)，我們開始擬采用滑動(dòng)變阻器控制，使滑動(dòng)變阻器的分壓參與電路中的信號處理，由于其種種缺點(diǎn)，最終放棄了該方案。使用計(jì)數(shù)器、寄存器、數(shù)值比較器、譯碼顯示裝置、實(shí)現(xiàn)了將控制溫度直接以直觀的數(shù)字量直接輸入，并以8421BCD碼的形式輸入數(shù)值比較器進(jìn)行溫度判定，也實(shí)現(xiàn)了輸入溫度的連續(xù)可調(diào)，而且極大地提高了準(zhǔn)確度、直觀性和易用性。4、本設(shè)計(jì)中用到了多個(gè)機(jī)械開關(guān)。機(jī)械開關(guān)在使用過程中會(huì)在兩個(gè)觸點(diǎn)之間發(fā)生彈性抖動(dòng)，隨著抖動(dòng)會(huì)產(chǎn)生多個(gè)相應(yīng)的干擾脈沖，這就可能會(huì)產(chǎn)生誤操作，甚至帶來嚴(yán)重的后果，

32、大大的影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為此，需要加上防抖動(dòng)電路對此加以改進(jìn)。在本電路中，我們在溫度設(shè)定模塊中加上防抖動(dòng)開關(guān)，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。下面具體講一下防抖動(dòng)開關(guān)。圖 2-5-1防抖電路圖 2-5-1的防抖動(dòng)電路是由兩個(gè)或非門交叉藕合構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器，高電平觸發(fā)?；綬S觸發(fā)器具有置“O”、置“1”和“保持”三種功能，利用這種鎖存器具有的記憶的功能消除抖動(dòng)信號。將該模塊加入控制溫度設(shè)定裝置即可，如圖2-5-2。圖 2-5-2帶防抖的控制設(shè)定模塊電路圖三、 結(jié)束語本次溫度測量與控制電路的課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容到此已經(jīng)基本結(jié)束。整個(gè)模塊的功能滿足了設(shè)計(jì)之初所設(shè)定的需要，也在仿真軟件上進(jìn)行了最大限度的仿真，

33、并且得到了比較好的結(jié)果，在此次設(shè)計(jì)中運(yùn)用到的知識(shí)大多數(shù)為課本所學(xué)，其余少部分為平時(shí)積累以及課程設(shè)計(jì)期間臨時(shí)學(xué)習(xí)得到。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程中，我們通過多個(gè)途徑獲取相關(guān)知識(shí)，先后在圖書館查閱資料，網(wǎng)絡(luò)中搜尋相關(guān)元器件，在和其他同學(xué)探討中尋求多種思路，包括也得到了老師的多次點(diǎn)撥指導(dǎo)，最終完成了整個(gè)作品的設(shè)計(jì)和仿真，收獲很大，將以前學(xué)習(xí)的一些知識(shí)都聯(lián)系起來，熟悉了所學(xué)知識(shí)，提高了自己的學(xué)習(xí)能力，為以后工作奠定了一定的理論基礎(chǔ)。通過本次也提高了自己的學(xué)習(xí)能力，為以后工作奠定了一定的理論基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)中難免有缺點(diǎn)和漏洞，真誠希望老師指導(dǎo)，以求進(jìn)一步改進(jìn)和完善。四、 參考文獻(xiàn)1劉暢生等.傳感器簡明手冊及應(yīng)用電路-

34、溫度傳感器.西安電子科技大學(xué)出版社.2006.2王振紅等.綜合電子設(shè)計(jì)與實(shí)踐.清華大學(xué)出版社. 2004.3林濤等.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). 重慶大學(xué)出版社 .2002.4林濤等.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).清華大學(xué)出版社. 2006.5聶典.Multisim9計(jì)算機(jī)仿真在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 .電子工業(yè)出版社.2007.6 William Kleitz. 數(shù)字電子技術(shù)從電路分析到技能實(shí)踐.科學(xué)出版社. 2007.7劉修文.實(shí)用電子線路圖集.中國電力出版社. 2007.8最新常用集成塊速查手冊. 機(jī)械工業(yè)出版社.2007.9高文煥等.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn).清華大學(xué)出版社.2004.10孫淑艷.電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)書.

35、 中國電力出版社. 2005.11劉修文. 新編電子控制電路300例. 機(jī)械工業(yè)出版社.2005.12 戴伏生等.基礎(chǔ)電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐. 國防工業(yè)出版社.2004.13程德福等.傳感器原理與應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社.2008.五、 原器件明細(xì)表序號名稱型號參數(shù)數(shù)量備注174HC02N8兩輸入或非門27432N1兩輸入與門374LS160N4十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器4UA741CD1集成運(yùn)放5LM555CM2555定時(shí)器664k*161CMOS_EEPROM7AD57401模數(shù)轉(zhuǎn)換器8加熱器件19降溫器件110EMR021A033V-220V2繼電器11BUZZER200Hz1蜂鳴器12LED_red2紅光二極管13LED_green2綠光二極管1474LS85D8四位數(shù)值比較器序號名稱型號參數(shù)數(shù)量備注154511BD5V8譯碼芯片16SEVEN_SEG_DECIMAL_COM_K2七段數(shù)碼管（含小數(shù)點(diǎn)）17SEVEN_SEG _COM_K6七段數(shù)碼管18RPACK_VARIABLE_2X81802排阻19RPACK_VARIABLE_2X71806排阻2074LS175D8鎖存器21RESISTOR1004電阻22RESISTOR1201電阻23RESISTOR3001電阻24RESISTOR