多路溫度巡回檢測電路設(shè)計(jì)報(bào)告

1、課程設(shè)計(jì)(論文)題 目 名 稱 多點(diǎn)巡回檢測電路 課 程 名 稱 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 陳逸 學(xué) 號 1141201095 系 、專 業(yè) 電氣工程系 指 導(dǎo) 教 師 劉祥民老師 2013年12 月22日邵陽學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）評閱表學(xué)生姓名 陳逸 學(xué) 號 1141201095 系 電氣系 專業(yè)班級 11電二 題目名稱 多點(diǎn)巡回檢測電路 課程名稱 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 一、學(xué)生自我總結(jié)兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)終于完了，此次的課程設(shè)計(jì)讓我感觸很多，不僅僅是知識上的學(xué)習(xí)和掌握，同時(shí)也讓我明白了很多做人的道理。 在開始階段，老師讓我們了解一些基本知識，當(dāng)自己照著學(xué)習(xí)指導(dǎo)上的內(nèi)容完成了一個(gè)課題時(shí)那種心

2、情很棒，實(shí)驗(yàn)往往是一個(gè)苦中有樂的過程，我希望在以后的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中自己能獨(dú)立思考，同時(shí)也要認(rèn)真去完成，這樣既能學(xué)到知識，也能讓自己的實(shí)踐操作得到鍛煉。 我要感謝我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)的人員，他們幫我學(xué)到了很多，同時(shí)也付出了很多，也感謝老師的細(xì)心指導(dǎo)，讓我們順利的完成了課程設(shè)計(jì)。 學(xué)生簽名： 年 月 日二、指導(dǎo)教師評定評分項(xiàng)目平時(shí)成績論文答辯綜合成績權(quán) 重304030單項(xiàng)成績指導(dǎo)教師評語： 指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日注：1、本表是學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文）成績評定的依據(jù)，裝訂在設(shè)計(jì)說明書（或論文）的“任務(wù)書”頁后面；2、表中的“評分項(xiàng)目”及“權(quán)重”根據(jù)各系的考核細(xì)則和評分標(biāo)準(zhǔn)確定。邵陽學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書

3、年級專業(yè)11級電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)生姓名陳逸學(xué) 號1141201095題目名稱多點(diǎn)巡回檢測電路設(shè)計(jì)時(shí)間2013.12.92013.12.20課程名稱 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)課程編號121202306設(shè)計(jì)地點(diǎn)電工電子實(shí)驗(yàn)室408、409一、課程設(shè)計(jì)（論文）目的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)的一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是對已學(xué)模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)知識的綜合性訓(xùn)練，這種訓(xùn)練是通過學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行某一課題的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試來完成，著重培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)的能力，并要求能設(shè)計(jì)出完整的電路或產(chǎn)品，從而為以后從事電子電路設(shè)計(jì)、研制電子產(chǎn)品奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二、已知技術(shù)參數(shù)和條

4、件用中小規(guī)模集成芯片和電子元器件設(shè)計(jì)并制作一交通燈控制電路，具體要求如下：1、要求東西方向車道和南北方向車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行，每次通行時(shí)間都設(shè)為45s，時(shí)間可設(shè)置修改。2、在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時(shí)，要求黃燈先亮5s，才能變換運(yùn)行車道。3、黃燈亮?xí)r，要求每秒閃亮一次。4、東西，南北方向的車道除了有紅、綠、黃燈指示外，每一種燈亮的時(shí)間都用顯示器進(jìn)行顯示（采用倒計(jì)時(shí)的方式）。5、同步設(shè)置人行橫道紅、綠燈指示。三、 任務(wù)和要求1. 按學(xué)校規(guī)定的格式編寫設(shè)計(jì)論文。2. 論文主要內(nèi)容有：課題名稱。設(shè)計(jì)任務(wù)和要求。方案選擇與論證。方案的原理框圖，系統(tǒng)電路圖，以及運(yùn)行說明；單元電路設(shè)計(jì)與計(jì)算說明；元器件選

5、擇和電路參數(shù)計(jì)算的說明等。必須用proteus或其它仿真軟件對設(shè)計(jì)電路仿真調(diào)試。對調(diào)試中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，并說明解決的措施；測試、記錄、整理與結(jié)果分析。收獲體會(huì)、存在問題和進(jìn)一步的改進(jìn)意見等。注：1此表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)系、教研室審批，指導(dǎo)教師、學(xué)生簽字后生效；2此表1式3份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、教研室各1份。四、參考資料和現(xiàn)有基礎(chǔ)條件（包括實(shí)驗(yàn)室、主要儀器設(shè)備等）胡宴如 主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社.2011年張克農(nóng) 主編.數(shù)字電子技術(shù). 高教出版社出版.第一版.2010年彭介華 主編.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo).高教出版社出版.第一版.2002年電子電工實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書電子電工實(shí)驗(yàn)室可以提供的

6、主要儀器設(shè)備：示波器型號規(guī)格VP-5220、電子學(xué)習(xí)機(jī)型號規(guī)格WL-V、萬用表MF10；以及分立元件、或中規(guī)模集成芯片。五、進(jìn)度安排2013年12月9日-10日：收集和課程設(shè)計(jì)有關(guān)的資料，熟悉課題任務(wù)和要求；2013年12月11日：總體方案設(shè)計(jì)，方案比較，選定方案；2013年12月12日-15日：單元電路設(shè)計(jì)，參數(shù)計(jì)算，元器件選擇，整體電路圖；2013年12月16日-17日：系統(tǒng)仿真調(diào)試改進(jìn)； 2013年12月18日-19日：整理撰寫設(shè)計(jì)論文；2013年12月20日：答辯六、教研室審批意見設(shè)計(jì)目的明確，要求合理，難度適中，符合課程設(shè)計(jì)教學(xué)要求。教研室主任（簽字）： 2013年11月20日七、主

7、管教學(xué)主任意見符合課程設(shè)計(jì)要求 主管主任（簽字）： 2013年11月20日八、備注指導(dǎo)教師（簽字）： 學(xué)生（簽字）： 摘要本文敘述的是一個(gè)八路溫度信號進(jìn)行巡回檢測電路設(shè)計(jì)。本電路包括多路振蕩器電路，LED測量點(diǎn)顯示電路，巡回檢測電路，傳感器電路五部分組成。在傳感器電路中使用的溫度傳感器把被檢測信號變?yōu)殡妷盒盘枺媚M比較器把被檢測信號進(jìn)行處理，直接用數(shù)字電壓表測出與溫度值對應(yīng)的電壓值，并顯示出該點(diǎn)是“第幾路檢測點(diǎn)”。本設(shè)計(jì)電路簡單，可在生活生產(chǎn)中廣泛使用。關(guān)鍵字：傳感器；溫度檢測；巡回檢測目錄摘要1 概述72 方案論證73 電路設(shè)計(jì)93.1 時(shí)鐘發(fā)生電路93.2 八進(jìn)制循環(huán)發(fā)生電路93.3 L

8、ED 數(shù)字顯示103.4 溫度采集陣列113.5 八通道模擬開關(guān)電路134 性能的測試145 結(jié)論、性價(jià)比176 課設(shè)體會(huì)及合理化建議17參考文獻(xiàn)18附錄19附錄201、概述本課題要求用電子電路實(shí)現(xiàn)八路通道溫度電壓有規(guī)律的選擇、測量。課題涉及了涉及了555定時(shí)器、數(shù)字計(jì)數(shù)器的循環(huán)計(jì)數(shù)、LED數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路以及電子芯片模擬開關(guān)的使用。本課題的測溫范圍為0到100，通過對元器件的調(diào)整同樣可以進(jìn)行更大范圍、更多通道的溫度測量選擇。本方案測量精度高、切換速度快、管理方便并可在很多領(lǐng)域得到更好的應(yīng)用。課題要求電路要測量至少8點(diǎn)的溫度，首先將溫度轉(zhuǎn)換為直流電壓，由數(shù)字電壓表(DvM)直接讀取，該讀數(shù)正比于測

9、量點(diǎn)的溫度。另同時(shí)要通過計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路顯示出是“第幾路測點(diǎn)”。測溫范圍為0到100；測量的相對誤差1。本課題的設(shè)計(jì)結(jié)果可應(yīng)用于需要對多溫度進(jìn)行監(jiān)控的領(lǐng)域，方便統(tǒng)一控制，在經(jīng)過集成后可以制作成定時(shí)開關(guān)電路，接入壓力、聲音等傳感器可以實(shí)現(xiàn)更多信息的巡回檢測監(jiān)控。2、方案論證方案一 如圖2-1：測溫模塊一測溫模塊二測溫模塊N555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)控制電路計(jì)數(shù)累加顯示器電壓顯示溫度顯示圖2-1 多路溫度巡回檢測電路的原理框圖（方案一）方案一原理說明：在開啟電路后由開關(guān)脈沖激活第一個(gè)555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在有效時(shí)間內(nèi)測溫模塊通過控制電路與電壓表接通，溫度通過

10、電壓表顯示，計(jì)數(shù)器置零，LED顯示當(dāng)前通道編號即數(shù)字“0”。在555有效信號停止時(shí)由其觸發(fā)下一個(gè)555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，使模塊二與電壓表連接，計(jì)數(shù)器加一后顯示當(dāng)前通道編號并由電壓表顯示模塊二的電壓，以此類推，直到最后一個(gè)通道的觸發(fā)器關(guān)閉時(shí)觸發(fā)通道0，計(jì)數(shù)器重新置零，開始新一輪的巡回檢測。方案二 如圖2-2： 時(shí)鐘發(fā)生器(555定時(shí)器)八進(jìn)制循環(huán)發(fā)生電路LED數(shù)字顯示器溫度傳感器陣列八通道模擬開關(guān)電路溫度指示(電壓表)圖2-2 多路溫度巡回檢測電路的原理框圖（方案二）方案二原理說明：電路開啟后有555定時(shí)器每隔一段時(shí)間產(chǎn)生一個(gè)一定時(shí)間的脈沖，控制八進(jìn)制循環(huán)發(fā)生電路產(chǎn)生對應(yīng)的開通信號到模擬開關(guān)電路，L

11、ED顯示當(dāng)前有效地通道編號。八個(gè)模擬開關(guān)在同一時(shí)間只有一個(gè)開通，使電壓表測出對應(yīng)的溫度傳感器的電壓，進(jìn)而顯示所選通道對應(yīng)傳感器的溫度。 方案對比： 方案一的模塊化較明顯，通過每一個(gè)555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制該通道顯示的時(shí)間，同時(shí)在通道關(guān)斷時(shí)激活下一路的觸發(fā)控制電路。該方案可以很方便的控制每一個(gè)通道的溫度顯示間隔，并且在添加測溫通道時(shí)可以以模塊的方式進(jìn)行添加，相對比較方便，但成本相對高，維護(hù)也更加繁瑣。 方案二簡單實(shí)用，通過調(diào)節(jié)555定時(shí)器可以方便的控制通道間切換的時(shí)間間隔，并通過電壓表對溫度進(jìn)行顯示。電路較簡單成本相對較低。但對于要額外增加測溫通道的電路實(shí)際改動(dòng)可能比較復(fù)雜。 綜合比較，在使用固定

12、通道數(shù)的溫度巡回檢測系統(tǒng)中采用方案二比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，同時(shí)更方便維護(hù)3、電路設(shè)計(jì)3.1 時(shí)鐘發(fā)生電路（555多諧振蕩器）本電路擬定電壓表測量電壓足夠快，5秒時(shí)間可以使采集人員記錄到穩(wěn)定的電壓度數(shù)（溫度）。對于電路，要求555多諧振蕩器每隔5s產(chǎn)生一個(gè)下降沿信號，即頻率為0.2Hz。根據(jù)555觸發(fā)器的相關(guān)推導(dǎo)公式：=令周期T = 5s，占空比q= 60%,設(shè)= 100K 解得相關(guān)參數(shù)：= 100K；= 200K；c= 14.43F電路圖如圖3-1圖3-1時(shí)鐘發(fā)生電路3.2 八進(jìn)制循環(huán)發(fā)生電路八進(jìn)制循環(huán)發(fā)生器是對74LS160 十進(jìn)制計(jì)數(shù)芯片的一種修改方案，對其輸出信號進(jìn)行判斷。循環(huán)采用同步置數(shù)，由0

13、7 進(jìn)行循環(huán)，當(dāng)輸出 Q=0111（7）時(shí)，則對LOAD 端置低電平，使計(jì)數(shù)器置0000（0）。同時(shí)Q1、Q2、Q3 輸出則為輸出計(jì)數(shù)對應(yīng)的二進(jìn)制碼。因?yàn)殡娐沸枰? 路控制信號以控制模擬開關(guān)的工作，顯然需要將二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換為單一的控制信號。采用3 線-8 線譯碼器74LS138 進(jìn)行譯碼。對其輸出信號取反后以高電平為有效控制開關(guān)電路的開通與關(guān)斷。電路圖如圖3-2圖3-2八進(jìn)制循環(huán)發(fā)生電路3.3 LED 數(shù)字顯示本部分采用7448 顯示譯碼器驅(qū)動(dòng)電路，LED 顯示部分采用共陰極顯示模塊，通過上拉電阻對電壓分壓并對顯示部分供電。經(jīng)查詢模塊特性，得知LED 顯示模塊的工作電壓為1.66V，工作電流為1

14、0mA。上拉電阻計(jì)算=334 7448 的ABC 輸入端分別接160LED的計(jì)數(shù)輸出，D 懸空，完成對160 計(jì)數(shù)的同步顯示。電路圖如圖3-3圖3-3 LED數(shù)字顯示驅(qū)動(dòng)電路3.4 溫度采集陣列溫度采集器采用TMP36 溫度傳感器，其采集區(qū)間為-40+125，符合要求通過查詢硬件手冊得知該傳感器的具體參數(shù)如下：表3-1 TMP36 溫度傳感器具體參數(shù)初始電壓輸出電壓/溫度25時(shí)輸出電壓線性工作區(qū)間TMP360.5V10mV/750mV-40+125對于要求的0100溫度采集器TMP36 的輸出電平為500mV1500mV,可以使用電壓表對電壓值進(jìn)行觀察記錄，為了方便用戶進(jìn)行直接觀測，并且對溫度

15、采集器相關(guān)電路進(jìn)行緩沖，提高較遠(yuǎn)距離的帶載能力，在溫度采集器的輸出端接入由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓加減器，利用集成運(yùn)算放大器輸入阻抗高和輸出阻抗低的特點(diǎn)，使測量端與輸出端隔離，保證輸出的穩(wěn)定性。對于運(yùn)算放大器的選擇我選用了LM324 系列運(yùn)算放大器，其是一種價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0 伏或者高到32 伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的重要性。根據(jù)運(yùn)算放大器的相關(guān)特性構(gòu)成加減法電路，其運(yùn)算公式如下：令為電壓信

16、號輸出(01000mV), 為TMP36 的電壓輸入(5001500mV)，為了使顯示更加直觀將輸入端減去500mV 作為輸出，為比較電壓輸入(5V)，完成500mV 的產(chǎn)生。由于在應(yīng)用中，沒有負(fù)電壓產(chǎn)生，所以集成運(yùn)算放大器不需要負(fù)電壓輸入，將其負(fù)電壓引腳接地。用相關(guān)參數(shù)解方程，最終得；。電路圖如圖34：圖3-4電壓加減器電路加入溫度傳感器后形成圖如圖3-5圖3-5加入溫度傳感器的電路圖3.5 八通道模擬開關(guān)電路模擬開關(guān)采用CD4066 芯片，具體參數(shù)如下：表32 CD4066 參數(shù)特性表電源電壓VDD輸入電壓Vi儲(chǔ)存溫度范圍Ts開關(guān)控制端CD4066-0.518V-0.5VDD+0.5V-6

17、5+150IN按照設(shè)計(jì)參數(shù)，輸入的電壓范圍為+0.5+1.5V，所以輸入電壓采用5V 電源即可保證輸入輸出的穩(wěn)定。對于要求的電路使用八輸入端并在控制信號下向同一端輸出電壓即可完成要求。對于最終的電壓表顯示，因?yàn)檩敵鰷囟仍O(shè)計(jì)要求為0+100，而溫度傳感器經(jīng)電壓跟隨器后的輸出電壓對應(yīng)為5001500mV，所以在隨后電壓表的測量中用500mV(實(shí)際電路中可以使用9K與1K電阻進(jìn)行分壓以避免添加額外的電壓源)的電壓代替地線的零電位，達(dá)到01000mV 的輸出電壓，輸出比例為10mV/。設(shè)計(jì)的電路如圖3-6圖3-6八通道電子模擬開關(guān)電路及電壓顯示部分4、性能的測試對總電路進(jìn)行性能測試，因?yàn)闇囟葌鞲衅鳠o法

18、正常模擬，使用對等的電壓源代替，根據(jù)溫度傳感器特性，以500mV 為0、1500mV 為100進(jìn)行性能測試，性能測試電路圖如圖4-1圖4-1性能測試用電路圖用示波器（XSC1）對555定時(shí)器發(fā)出的時(shí)鐘波形進(jìn)行檢測得圖4-2的波形：圖4-2 555定時(shí)器時(shí)鐘波形得知每隔0.15s產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號輸給八進(jìn)制計(jì)數(shù)器，符合設(shè)計(jì)要求。2、使用邏輯分析儀檢測74HC138經(jīng)過反相器反相后的譯碼結(jié)果（10KHz脈沖輸入），得到如圖4-3的波形圖：圖4-3 74HC138經(jīng)過反相器反相后的譯碼結(jié)果分析波形可知同一時(shí)間只有一個(gè)輸出端為高電平，且隨時(shí)間依次下移，可以控制模擬開關(guān)的輪流開通、關(guān)斷，符合設(shè)計(jì)要求。觀察

19、示波器得到如圖4-4 的波形：圖4-4 電壓加減電路輸入輸出波形計(jì)算876mV-376.423mV=499.577mV，符合500mV 的降壓要求。表4-1 多路溫度巡回檢測電路測試數(shù)據(jù)表LED顯示所選通道電壓源的電壓理論溫度()電壓表測量電壓實(shí)測溫度()誤差(%)01500mv1001000mv100011300mv80803mv80.30.321200mv70668mv66.80.231000mv50500mv50.10.14900mv40400mv4005800mv30301mv30.50.16700mv20200mv2007500mv030.37pv0.0030.3%5、結(jié)論、性價(jià)比通

20、過對仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)果的觀察，可以得知本設(shè)計(jì)電路完全符合課程設(shè)計(jì)要求。其誤差小于0.1，經(jīng)過電路排查得知其誤差產(chǎn)生原因?yàn)榧蛇\(yùn)算放大器產(chǎn)生的誤差，在忽略成本的條件下，完全可以采用差分放大器進(jìn)行跟隨或者放大，通過修改CD4066芯片的規(guī)格可以使通過的電壓更大，即可以使用差分放大器進(jìn)行精確放大，達(dá)到更高的精確度。本電路以使用集成數(shù)字芯片為主，模塊明晰，方便連接與修理，性價(jià)比較高。6、課設(shè)體會(huì)及合理化建議通過此次實(shí)驗(yàn)，我對匯編語言的理解和使用有了一個(gè)更為深入的認(rèn)識。這次實(shí)習(xí)有機(jī)地結(jié)合了理論與實(shí)踐，既考察了我們對理論知識的掌握情況，還反映出我們實(shí)際動(dòng)手能力，更主要的是它激起我們創(chuàng)新思維，為今后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)創(chuàng)下良好條件，為以后的就業(yè)也打下一個(gè)根基，真可謂一舉多得。開始的時(shí)候由于沒有經(jīng)驗(yàn)，不知如何下手，所以就去圖書管找了一些書看，在課程設(shè)計(jì)過程中，我遇到了一些問題，在老師的幫助下，通過查詢資料和結(jié)合平時(shí)學(xué)到的知識，問題得到了解決，無疑，這是對我分析和解決問題的能力的一次有效檢驗(yàn)。盡管經(jīng)歷了不少的艱辛，但給我積累了一點(diǎn)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，最后也有點(diǎn)小小的成就感。后面的路還很長，我還要努力！ 希望今后能夠