數(shù)字式溫度測(cè)量控制電路的設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)綜合實(shí)踐文檔 課題名稱(chēng)：數(shù)字式溫度測(cè)量控制電路的設(shè)計(jì) 姓 名：樊正建 學(xué) 號(hào)：09034214 系 別：電氣系 專(zhuān) 業(yè)：電子工程信息技術(shù) 指導(dǎo)老師： 王瑞陽(yáng) 專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù) 副教授 2012年 3月 浙江溫州 溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)綜合實(shí)踐開(kāi)題報(bào)告姓 名： 樊正建 學(xué) 號(hào)： 09034214 專(zhuān) 業(yè)：電子信息工程技術(shù)課題名稱(chēng)： 數(shù)字式溫度測(cè)量控制電路的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師： 王瑞陽(yáng)2011 年12月 19日課題意義及現(xiàn)狀、需解決的問(wèn)題和擬采用的解決方案一課題意義：溫度是工業(yè)中非常關(guān)鍵的一項(xiàng)物理量，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、各種高新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研究中也是一個(gè)非常普遍和常用的測(cè)量參數(shù)。目前，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，傳感技

2、術(shù)的廣泛應(yīng)用，溫度的測(cè)量與控制已向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。目前普遍采用數(shù)字電路完成。設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，輸出溫度采用數(shù)字顯示，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確等重要特點(diǎn)。二課題現(xiàn)狀：本設(shè)計(jì)采用K型熱點(diǎn)偶與核心處理芯片相結(jié)合，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)，用數(shù)字顯示。測(cè)量、制范圍0800。控制精度為0.5級(jí)。三需解決的問(wèn)題：1、 能把溫度量轉(zhuǎn)換成比例的模擬電信號(hào)（電壓或電流）。2、 把模擬電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)。3、 最后通過(guò)數(shù)字電路（計(jì)數(shù)、譯碼和顯示）直接指示出溫度值。四解決方案： 這次采用K型熱電偶，將溫度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化，如電壓和電流的變化，溫

3、度變化和電信號(hào)的變化有一定的關(guān)系，如線(xiàn)性關(guān)系，一定的曲線(xiàn)關(guān)系等，這個(gè)電信號(hào)可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路即A/D將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，在通過(guò)數(shù)字電路（計(jì)數(shù)、譯碼和顯示）直接指示出溫度值，成為可以顯示出來(lái)的溫度數(shù)值，如25.0攝氏度，然后通過(guò)顯示單元，如LED,LCD或者電腦屏幕等顯示出來(lái)給人觀(guān)察。這樣就完成了數(shù)字式溫度的基本測(cè)溫功能。指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 指導(dǎo)教師：年月日專(zhuān)業(yè)教研室審查意見(jiàn)：教研室負(fù)責(zé)人： 年 月 日課題摘要溫度是工業(yè)中非常關(guān)鍵的一項(xiàng)物理量，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、各種高新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研究中也是一個(gè)非常普遍和常用的測(cè)量參數(shù)。目前，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，傳感技術(shù)的廣泛應(yīng)用，溫度的測(cè)量與控制已向自動(dòng)化、

4、智能化方向發(fā)展。目前普遍采用數(shù)字電路完成。設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，輸出溫度采用數(shù)字顯示，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確等重要特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用的溫度傳感器是K型熱電偶，將溫度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化，如電壓和電流的變化，溫度變化和電信號(hào)的變化有一定的關(guān)系，如線(xiàn)性關(guān)系，一定的曲線(xiàn)關(guān)系等，這個(gè)電信號(hào)可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路即A/D將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，在通過(guò)數(shù)字電路（計(jì)數(shù)、譯碼和顯示）直接指示出溫度值，成為可以顯示出來(lái)的溫度數(shù)值，如25.0攝氏度，然后通過(guò)顯示單元，如LED,LCD或者電腦屏幕等顯示出來(lái)給人觀(guān)察。在通過(guò)控制電路來(lái)完成溫度的控制，這樣就完成了數(shù)字式溫度的基本測(cè)溫功能。

5、關(guān)鍵詞：K型熱電偶、冷端補(bǔ)償、線(xiàn)性校正、0-800、設(shè)定值、A/D轉(zhuǎn)換 目 次1、引言11.1、設(shè)計(jì)任務(wù)11.2、設(shè)計(jì)要求12、設(shè)計(jì)方案：23、溫度傳感器33.1、熱電偶的測(cè)溫原理33.2、K型熱電偶特點(diǎn)44、冷端補(bǔ)償55、放大電路65.1、0P07的功能和管腳圖66、線(xiàn)性校正86.1、LM324的管腳圖和管腳說(shuō)明97、設(shè)定電路118、遲滯比較器128.1、電路組成128.2、門(mén)限電壓的估算:138.3、傳輸特性139、驅(qū)動(dòng)電路159.1、繼電器1510、A/D轉(zhuǎn)換電路1710.1、ICL7107的引腳圖1710.2、 ICL7107的工作原理1811、顯示1912、電源2112.1電源電路的

6、電路圖2112.2電路分析21結(jié)論23致謝25參考文獻(xiàn)26附錄A27附錄B281、引 言 溫度是一個(gè)基本物理量，也是一個(gè)與人們的生活環(huán)境、生產(chǎn)活動(dòng)密切相關(guān)的重要物理量。溫度的測(cè)量和控制技術(shù)應(yīng)用十分廣泛。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中，經(jīng)常需要對(duì)某一系統(tǒng)的溫度進(jìn)行測(cè)量，并能自動(dòng)地控制、調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的溫度。通過(guò)該設(shè)計(jì)我們可以直觀(guān)看到溫度視數(shù)變化，根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的需要調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度。1.1、設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)一步熟悉模擬和數(shù)字設(shè)計(jì)方法和規(guī)范，并進(jìn)一步鞏固所學(xué)模擬電子及相關(guān)知識(shí)，達(dá)到綜合應(yīng)用電子技術(shù)的目的，培養(yǎng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)以及動(dòng)手實(shí)踐等能力，學(xué)會(huì)閱讀相關(guān)科技文獻(xiàn)，查找器件手冊(cè)與相關(guān)參數(shù)，獨(dú)立思考分析，完整理總結(jié)設(shè)計(jì)報(bào)告。了解

7、溫度傳感器件的功能，學(xué)會(huì)在實(shí)際電路中應(yīng)用。進(jìn)一步熟悉集成運(yùn)算放大器的線(xiàn)性和非線(xiàn)性應(yīng)用。了解檢測(cè)溫度的傳感器種類(lèi)不同，采用的測(cè)量電路和要求不同，執(zhí)行器、開(kāi)關(guān)等的控制方式也不同。運(yùn)用電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量和控制任務(wù)，完成溫度測(cè)量和控制電路的連接和調(diào)試。學(xué)會(huì)對(duì)電子電路的檢測(cè)和排除電路故障，進(jìn)一步熟悉常用電子儀器的使用，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。1.2、設(shè)計(jì)要求1) 能把溫度量轉(zhuǎn)換成比例的模擬電信號(hào)（電壓或電流）；2) 把模擬電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)；3) 最后通過(guò)數(shù)字電路（計(jì)數(shù)、譯碼和顯示）直接指示出溫度值；4) 被測(cè)溫度和控制溫度均可數(shù)字顯示；5) 測(cè)量溫度為08000C，精度為050C；2、設(shè)計(jì)

8、方案：線(xiàn)性校正放大電路控制開(kāi)關(guān)冷端補(bǔ)償溫度傳感器A/D轉(zhuǎn)換器 顯示驅(qū)動(dòng)電路 電源 比較器 設(shè)定值 圖2.1：熱電偶溫度控制方框圖比較器：選用運(yùn)放構(gòu)成的遲滯比較器A/D轉(zhuǎn)換、顯示電路：選用ICL7107熱電偶可采用冷端補(bǔ)償（冷端恒溫法、補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)法），經(jīng)過(guò)非線(xiàn)性反饋進(jìn)行校正，形成線(xiàn)性凋零電路，量程調(diào)整采用定位器，設(shè)定值采用外圍硬件，用7107芯片A/D轉(zhuǎn)換，用共陽(yáng)數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)。3、溫度傳感器本次采用K型熱電偶。K型熱電偶作為一種溫度傳感器，K型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。K型熱電偶可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)中從0到1300范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。 圖3.1：K型

9、熱電偶K型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線(xiàn)盒等主要部件組成。K型熱電偶具有線(xiàn)性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能用于氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶(hù)所采用。3.1、熱電偶的測(cè)溫原理熱電偶測(cè)溫必須由熱電偶、連接導(dǎo)線(xiàn)及顯示儀表三部分組成。下圖是最簡(jiǎn)單的熱電偶測(cè)溫示意圖。 圖3.2：熱電偶溫度計(jì)示意圖按右圖組成的熱電偶蕊及測(cè)溫電偶絲1 ，如果將熱電偶的熱端加熱，使得冷、熱兩端的溫度不同，則在該熱電偶回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，這種物理現(xiàn)象就稱(chēng)為熱電現(xiàn)象(即熱電效應(yīng))。在熱電偶回路中產(chǎn)生的電勢(shì)由溫差電勢(shì)和相接觸電勢(shì)兩部分組成 接觸電勢(shì)：它是兩種電子密度不同的

10、導(dǎo)體相互接觸時(shí)產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)。當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體A和B相接觸時(shí)，假設(shè)導(dǎo)體A和B的電子密度分別為Na和Nb并且NaNb，則在兩導(dǎo)體的接觸面上，電子在兩個(gè)方向的擴(kuò)散率就不相同，由導(dǎo)體A擴(kuò)散到導(dǎo)體B的電子數(shù)比從B擴(kuò)散到A的電子數(shù)要多。導(dǎo)體A失去電子而顯正電，導(dǎo)體B獲很電子而顯負(fù)電。因此，在A、B兩導(dǎo)體的接觸面上便形成一個(gè)由A到B的靜電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)將阻礙擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的繼續(xù)進(jìn)行，同時(shí)加速電子向相反方向運(yùn)動(dòng)，使從B到4的電子數(shù)增多，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。此時(shí)A、B之間也形成一電位差，這個(gè)電位差稱(chēng)為接觸電勢(shì)。此電勢(shì)只與兩種導(dǎo)體的性質(zhì)相接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)，當(dāng)兩種導(dǎo)體的材料一定，接觸電勢(shì)僅與其接點(diǎn)溫度有關(guān)。溫度越高，

11、導(dǎo)體中的電子就越活躍，由A導(dǎo)體擴(kuò)散到B導(dǎo)體的電子就越多，致使接觸面處所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度越高，因而接觸電勢(shì)也就越大。這樣將1產(chǎn)生的溫差熱電勢(shì)通過(guò)連接導(dǎo)線(xiàn)2在顯示儀表3中顯示出來(lái)。3.2、K型熱電偶特點(diǎn)檢出(測(cè)溫)元件熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一。必須配二次儀表，其優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。 測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50+1600均可連續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800（如鎢-錸）。 構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開(kāi)頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。表1：K型

12、熱電偶分度表溫度01030507090100000.39691.20332.02312.85123.68194.09621004.09624.50915.32846.13836.94067.73918.13852008.13858.53869.342710.153410.970911.794712.208630012.208612.623613.456614.293115.132715.97516.397140016.397116.819817.666918.515819.366320.218120.644350020.644321.070621.923622.776423.628824.48

13、0224.905560024.905525.330326.178627.024927.868628.709629.12970029.12929.547630.382231.213532.04132.864933.27544、冷端補(bǔ)償熱電偶測(cè)量溫度時(shí)要求其冷端（測(cè)量端為熱端，通過(guò)引線(xiàn)與測(cè)量電路連接的端稱(chēng)為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢(shì)大小才與測(cè)量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測(cè)量時(shí)，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將影響嚴(yán)重測(cè)量的準(zhǔn)確性。在冷端采取一定措施補(bǔ)償由于冷端溫度變化造成的影響稱(chēng)為熱電偶的冷端補(bǔ)償。熱電偶的熱電勢(shì)是以冷端在零度為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量的。然而，通常測(cè)量時(shí)儀表是處于室溫之下的，由于冷端不為零度，造成熱

14、電勢(shì)差減小，使測(cè)量不準(zhǔn)，出現(xiàn)錯(cuò)誤。不補(bǔ)償會(huì)出現(xiàn)測(cè)量錯(cuò)誤。例如用毫伏計(jì)測(cè)量溫度，熱電偶冷端為50度，接補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)冷端為室溫20度，如果不采取調(diào)整零點(diǎn)的方法，測(cè)量顯示溫度為實(shí)際溫度減去20度。 圖4 .1：補(bǔ)償電路5、放大電路“放大”的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)能量的控制，即能量的轉(zhuǎn)換：用能量比較小的輸入信號(hào)來(lái)控制另一個(gè)能源，使輸出端的負(fù)載上得到能量比較大的信號(hào)。放大的對(duì)象是變化量，放大的前提是傳輸不失真。放大把微弱的電信號(hào)的幅度放大。一個(gè)微弱的電信號(hào)通過(guò)放大器后，輸出電壓或電流的幅得到了放大，但它隨時(shí)間變化的規(guī)律不能變，即不失真。根據(jù)放大電路輸入信號(hào)的條件和對(duì)輸出信號(hào)的要求，放大器可分為四種類(lèi)型，所以有

15、四種放大倍數(shù)的定義。（1）電壓放大倍數(shù)定義為: AU=uo/ui（2）電流放大倍數(shù)定義為: AI=io/ii （3）互阻增益定義為: Ar=uo/ii（4）互導(dǎo)增益定義為: Ag=io/uiLM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表

16、示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬,靜態(tài)功耗小,可單電源使用,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。 下面介紹其應(yīng)用實(shí)例。LM324作反相交流放大器。此放大器可代替晶體管進(jìn)行交流放大,可用于擴(kuò)音機(jī)前置放大等。電路無(wú)需調(diào)試。放大器采用單電源供電, 由R1、R2組成1/2V+偏置,C1是消振電容。5.1、0P07的功能和管腳圖Op07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對(duì)于OP07A最大為25V），所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP0

17、7A為2nA）和開(kāi)環(huán)增益高（對(duì)于OP07A為300V/mV）的特點(diǎn)，這種 圖5.1：放大電路低失調(diào)、高開(kāi)環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放 大傳感器的微弱信號(hào)等方面。特點(diǎn)： 超低偏移：150V最大。低輸入偏置電流： 1.8nA 。低失調(diào)電壓漂移： 0.5V/ 。超穩(wěn)定，時(shí)間： 2V/month最大高電源電壓范圍： 3V至22V。OP07芯片引腳功能說(shuō)明：1和8為偏置平衡(調(diào)零端)，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4接地，5空腳 6為輸出，7接電源+ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS 最大額定值。圖5.2：OP07管腳圖6、線(xiàn)性校正常規(guī)數(shù)字儀表進(jìn)行非線(xiàn)性補(bǔ)償，主

18、要有兩方面的工作：（1）根據(jù)已知的傳感器非線(xiàn)特性求得所需要的線(xiàn)性化器的非線(xiàn)性特性。非線(xiàn)性特性的求取可用數(shù)字解析表達(dá)式，也可用圖解法求得。（2）根據(jù)所求得線(xiàn)性化器特性，采用非線(xiàn)性補(bǔ)償電路來(lái)實(shí)現(xiàn)非線(xiàn)性補(bǔ)償，而對(duì)非線(xiàn)性曲線(xiàn)的處理一般采用折線(xiàn)逼近法。在溫度測(cè)量中大量試用的熱電偶，其輸出熱電勢(shì)Et與被測(cè)溫度T之間是非線(xiàn)性關(guān)系，而且不同種類(lèi)的熱電偶，其非線(xiàn)性規(guī)律不通。這就要求補(bǔ)償熱電偶非線(xiàn)性的線(xiàn)性化器，其非線(xiàn)性規(guī)律能根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，以試用各種熱電偶的非線(xiàn)性。所以本次處理非線(xiàn)性采用折線(xiàn)近似逼近的方法。任意的非線(xiàn)性函數(shù)關(guān)系都可以用折線(xiàn)近似逼近，這種近似逼近法的精確度由所取的折線(xiàn)段數(shù)決定。折線(xiàn)的段數(shù)越多，逼近

19、的精確度越高。熱電偶溫度信號(hào)非線(xiàn)性是比較大的，如B偶，從0°C升高到1800°C，熱電勢(shì)從0mV變化到13.585mV，每100°C熱電勢(shì)增加最大的約為最小的8倍。B偶的最大輸出熱電勢(shì)只有13.585mV，而且當(dāng)溫度升高到約1700°C時(shí)，該增加值下降。其它熱電偶都存在類(lèi)似的問(wèn)題，盡管稍有不同。這又給線(xiàn)性化增加了難度。這是一種對(duì)非線(xiàn)性較大的信號(hào)處理的較好的方法。處理得好可以達(dá)到較高的精度。這種方法普遍適用于各種熱電偶的整個(gè)正信號(hào)溫區(qū)。該種方法的電路原理圖如圖所示。該電路的工作過(guò)程是：當(dāng)輸入的電壓信號(hào)較低時(shí)，IC1中的反相端電壓較同相端(A)低得多（同相端

20、的電壓大小是根據(jù)線(xiàn)性化要求設(shè)定的，B點(diǎn)同樣），IC1的輸出端電壓較高，D1截止。當(dāng)輸入信號(hào)電壓接近IC1的同相端時(shí)，IC1的輸出逐漸降低，隨之，D1逐漸導(dǎo)通，V4逐漸增大，直到V4接近A點(diǎn)電壓為止。這就有效地限制了熱電偶信號(hào)迅速增加，降低了非線(xiàn)性。IC2的工作過(guò)程與此類(lèi)似，不同的是B點(diǎn)電位比A點(diǎn)高。當(dāng)輸入電壓在A點(diǎn)電壓以下時(shí)，D2截止，IC2不工作；只有當(dāng)輸入電壓高于A點(diǎn)電壓或接近B點(diǎn)電壓時(shí)IC2才工作。工作過(guò)程與IC1相同。所用折線(xiàn)的段數(shù)是根據(jù)精度要求決定的。對(duì)于熱電偶信號(hào)處理來(lái)說(shuō)，有三段就可以使精度達(dá)到0.5%以上。當(dāng)D1、D2都導(dǎo)通后，可推出：式中，VF為晶體管發(fā)射結(jié)的正向壓降。本設(shè)計(jì)選

21、用折線(xiàn)近似法對(duì)熱電偶進(jìn)行線(xiàn)性化近似。 圖6.1： 線(xiàn)近似逼近式非線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)特性曲線(xiàn)圖圖6.2：線(xiàn)性電路6.1、LM324的管腳圖和管腳說(shuō)明LM324系列器件帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)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)。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見(jiàn)圖： 圖6.3：LM324管腳

22、圖這個(gè)是最常用的運(yùn)算放大器1，2，3腳是一組5，6,7腳是一組，8，9，10腳是一組，12，13,14腳是一組，剩下的兩個(gè)腳是電源，1，7,8,14是各組放大器的輸出腳，其它的就是輸入腳。至于使用地方，那就是你需要比較器和運(yùn)算放大器的所有地方你都可以用，只是當(dāng)你所需要用到運(yùn)算放大器的地方對(duì)運(yùn)算放大器的性能要求很高的時(shí)候那你就的看看LM324是不是滿(mǎn)足性能要求了！7、設(shè)定電路設(shè)定電路的作用：當(dāng)溫度在測(cè)量0600范圍內(nèi)，電路放大后的電壓信號(hào)通過(guò)電壓比較器與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，電壓信號(hào)小于基準(zhǔn)信號(hào)，電路正常運(yùn)行。但當(dāng)輸出電路溫度超過(guò)該范圍，基準(zhǔn)信號(hào)小于電壓信號(hào)時(shí)，電路停止運(yùn)行，直到溫度低于溫度傳感器設(shè)

23、定的最大溫度值時(shí)。 圖7.1：設(shè)定電路8、遲滯比較器遲滯比較器是一個(gè)具有遲滯回環(huán)傳輸特性的比較器。在反相輸入單門(mén)限電壓比較器的基礎(chǔ)上引入正反饋網(wǎng)絡(luò)，就組成了具有雙門(mén)限值的反相輸入遲滯比較器。由于反饋的作用這種比較器的門(mén)限電壓是隨輸出電壓的變化而變化的。它的靈敏度低一些，但抗干擾能力卻大大提高。單門(mén)限電壓比較器雖然有電路簡(jiǎn)單、靈敏度高等特點(diǎn)，但其抗干擾能力差。8.1、電路組成遲滯比較器是一個(gè)具有遲滯回環(huán)特性的比較器。圖2a所示為反相輸入遲滯比較器原理電路，它是在反相輸入單門(mén)限電壓比較器的基礎(chǔ)上引入了正反饋網(wǎng)絡(luò)，其傳輸特性如圖2b所示。如將vI與VREF位置互換，就可組成同相輸遲滯比較器。 圖8.

24、1 輸入和輸出電壓波形 （a） 圖8.2 (b)8.2、門(mén)限電壓的估算:由于比較器中的運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)或正反饋狀態(tài)，因此一般情況下，輸出電壓vO與輸入電壓vI不成線(xiàn)性關(guān)系，只有在輸出電壓發(fā)生跳變瞬間，集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端之間的電壓才可近似認(rèn)為等于零，即:或 （1）設(shè)運(yùn)放是理想的并利用疊加原理，則有（2）根據(jù)輸出電壓Vo的不同值（VOH或VOL），可求出上門(mén)限電壓VT+和下門(mén)限電壓VT分別為（3）（4） 門(mén)限寬度或回差電壓為 （5）設(shè)電路參數(shù)如圖XX_02a所示，且 ，則由式(3)(5)可求得 ， 和 。8.3、傳輸特性設(shè)從 ， 和 開(kāi)始討論。當(dāng)Vt由零向正方向增加到接近 前，Vo一直保持 不變。

25、當(dāng)Vt增加到略大于 ，則Vo由VOH下跳到VOL，同時(shí)使Vp下跳到 。VI再增加，Vo保持 不變。若減小Vi，只要 ，則Vo將始終保持 不變，只有當(dāng) 時(shí)，Vo才由 跳到VOH。其傳輸特性如圖XX_02b所示。由以上分析可以看出，遲滯比較器的門(mén)限電壓是隨輸出電壓Vo的變化而改變的。它的靈敏度低一些，但抗干擾能力卻大大提高了。 圖8.3：比較電路9、驅(qū)動(dòng)電路主電路和控制電路之間，用來(lái)對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)行放大的中間電路（即放大控制電路的信號(hào)使其能夠驅(qū)動(dòng)功率晶體管），稱(chēng)為驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)，就是將信息電子電路傳來(lái)的信號(hào)按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開(kāi)

26、通或關(guān)斷的信號(hào)。對(duì)半控型器件只需提供開(kāi)通控制信號(hào)，對(duì)全控型器件則既要提供開(kāi)通控制信號(hào)，又要提供關(guān)斷控制信號(hào)，以保證器件按要求可靠導(dǎo)通或關(guān)斷。 圖9.1 驅(qū)動(dòng)電路9.1、繼電器繼電器是一種電控制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。當(dāng)輸入量(如電壓、電流、溫度等)達(dá)到規(guī)定值時(shí)，繼電器使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開(kāi)。輸入量可分為電氣量(如電流、電壓、頻率、功率等)及非電氣量(如溫度、壓力、速度等)兩大類(lèi)。繼電器具有動(dòng)作快、工作

27、穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于電力保護(hù)、自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)、遙控、測(cè)量和通信等裝置中。繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開(kāi)關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測(cè)、通訊、自動(dòng)控制、機(jī)電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一。 繼電器一般都有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等）的感應(yīng)機(jī)構(gòu)（輸入部分）；有能對(duì)被控電路實(shí)現(xiàn)“通”、“斷”控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（輸出部分）；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對(duì)輸入量進(jìn)行耦合隔離，功能處理和對(duì)輸出部分進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的中間機(jī)構(gòu)（驅(qū)動(dòng)部分）。 作為控制元件，概括起來(lái)，繼電器有如下幾種作用： 1) 擴(kuò)大控制范圍：例如，多觸點(diǎn)繼電器控制信

28、號(hào)達(dá)到某一定值時(shí)，可以按觸點(diǎn)組的不同形式，同時(shí)換接、開(kāi)斷、接通多路電路。 2) 放大：例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個(gè)很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。 3)綜合信號(hào)：例如，當(dāng)多個(gè)控制信號(hào)按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時(shí)，經(jīng)過(guò)比較綜合，達(dá)到預(yù)定的控制效果。 4) 自動(dòng)、遙控、監(jiān)測(cè)：例如，自動(dòng)裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線(xiàn)路，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。10、A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)化電路。 亦稱(chēng)“模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器”，簡(jiǎn)稱(chēng)“模數(shù)轉(zhuǎn)換器”。將模擬量或連續(xù)變化的量進(jìn)行量化（離散化），轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量的電路。 A/D變換包含三個(gè)部分：抽樣、量化和編碼。一般情況下，量化和編碼是同時(shí)完

29、成的。 抽樣是將模擬信號(hào)在時(shí)間上離散化的過(guò)程； 量化是將模擬信號(hào)在幅度上離散化的過(guò)程； 編碼是指將每個(gè)量化后的樣值用一定的二進(jìn)制代碼來(lái)表示。10.1、ICL7107的引腳圖4iP838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)圖10.1： ICL7107的引腳圖。(1) ICL7107引腳功能4iP838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)4iP838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)V和V-分別為電源的正極和負(fù)極，4i

30、P838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)au-gu,aT-gT,aH-gH：分別為個(gè)位、十位、百位筆畫(huà)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，依次接個(gè)位、十位、百位LED顯示器的相應(yīng)筆畫(huà)電極。4iP838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)Bck：千位筆畫(huà)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。接千位LEO顯示器的相應(yīng)的筆畫(huà)電極。4iP838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)PM：液晶顯示器背面公共電極的驅(qū)動(dòng)端，簡(jiǎn)稱(chēng)背電極。4iP838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖

31、-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)Oscl-OSc3 ：時(shí)鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器。第38腳至第40腳電容量的選擇是根據(jù)下列公式來(lái)決定： 4iP838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)Fosl = 0.45/RC4iP838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)COM ：模擬信號(hào)公共端，簡(jiǎn)稱(chēng)“模擬地”，使 用時(shí)一般與輸入信號(hào)的負(fù)端以及基準(zhǔn)電壓的負(fù)極相連。4iP838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-

32、原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)TEST ：測(cè)試端，該端經(jīng)過(guò)500歐姆電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱(chēng)“邏輯地”或“數(shù)字地”。4iP838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)VREF VREF- ：基準(zhǔn)電壓正負(fù)端。4iP838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)CREF：外接基準(zhǔn)電容端。4iP838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)INT：27是一個(gè)積分電容器，必須選擇溫度系數(shù)小不致使積分器的輸入電壓產(chǎn)生漂移

33、現(xiàn)象的元件4iP838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)IN和IN- ：模擬量輸入端，分別接輸入信號(hào)的正端和負(fù)端。4iP838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)AZ：積分器和比較器的反向輸入端，接自動(dòng)調(diào)零電容CAz 。如果應(yīng)用在200mV滿(mǎn)刻度的場(chǎng)合是使用0.47F，而2V滿(mǎn)刻度是0.047F。4iP838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)BUF：緩沖放大器輸出端，接積分電阻Rint。其輸出級(jí)的無(wú)功電流( id

34、ling current )是100A，而緩沖器與積分器能夠供給20A的驅(qū)動(dòng)電流，從此腳接一個(gè)Rint至積分電容器，其值在滿(mǎn)刻度200mV時(shí)選用47K，而2V滿(mǎn)刻度則使用470K。10.2、 ICL7107的工作原理-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7107是一種間接A/D轉(zhuǎn)換器。它通過(guò)對(duì)輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時(shí)間間隔，然后利用脈沖時(shí)間間隔，進(jìn)而得出相應(yīng)的數(shù)字性輸出。838電子4iP838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)它的

35、原理性框圖如圖所示，它包括積分器、比較器、計(jì)數(shù)器，控制邏輯和時(shí)鐘信號(hào)源。積分器是A/D轉(zhuǎn)換器的心臟，在一個(gè)測(cè)量周期內(nèi)，積分器先后對(duì)輸入信號(hào)電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行兩次積分。比較器將積分器的輸出信號(hào)與零電平進(jìn)行比較，比較的結(jié)果作為數(shù)字電路的控制信一號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)源的標(biāo)準(zhǔn)周期Tc 作為測(cè)量時(shí)間間隔的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。它是由內(nèi)部的兩個(gè)反向器以及外部的RC組成的。其振蕩周期Tc=2RCIn1.5=2.2RC 。11、顯示 我們最常用的是七段式和八段式LED數(shù)碼管，八段比七段多了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，其他的基本相同。所謂的八段就是指數(shù)碼管里有八個(gè)小LED發(fā)光二極管，通過(guò)控制不同的LED的亮滅來(lái)顯示出不同的字形。數(shù)碼管又分為共陰極

36、和共陽(yáng)極兩種類(lèi)型，其實(shí)共陰極就是將八個(gè)LED的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個(gè)LED的另一端高電平，它便能點(diǎn)亮。而共陽(yáng)極就是將八個(gè)LED的陽(yáng)極連在一起。其原理圖如下。圖11.1:數(shù)碼管引腳圖其中引腳圖的兩個(gè)COM端連在一起，是公共端，共陰數(shù)碼管要將其接地，共陽(yáng)數(shù)碼管將其接正5伏電源。一個(gè)八段數(shù)碼管稱(chēng)為一位，多個(gè)數(shù)碼管并列在一起可構(gòu)成多位數(shù)碼管，它們的段選線(xiàn)（即a,b,c,d,e,f,g,dp）連在一起，而各自的公共端稱(chēng)為位選線(xiàn)。顯示時(shí)，都從段選線(xiàn)送入字符編碼，而選中哪個(gè)位選線(xiàn)，那個(gè)數(shù)碼管便會(huì)被點(diǎn)亮。數(shù)碼管的8段，對(duì)應(yīng)一個(gè)字節(jié)的8位，a對(duì)應(yīng)最低位，dp對(duì)應(yīng)最高位。所以如果想讓數(shù)碼管顯示數(shù)字

37、0，那么共陰數(shù)碼管的字符編碼為00111111，即0x3f；共陽(yáng)數(shù)碼管的字符編碼為11000000，即0xc0。 圖11.2： 顯示電路12、電源12.1電源電路的電路圖 實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)采用的直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電路由變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等組成。橋式整流電路把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。橋式整流器是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電變換為單向脈動(dòng)直流電,由于整流后的輸出電壓，含有直流分量外，還含有較大的諧波分量，這些諧波分量稱(chēng)為紋波，必須采用濾波電路，作用是濾去整流輸出中的交流分量，得到平滑的直流輸出，在通過(guò)穩(wěn)壓管進(jìn)行穩(wěn)壓。電源電路如圖12-1所示： 圖12.1 電源12.2電路

38、分析 (1)先分析當(dāng)負(fù)載不變，電網(wǎng)電壓變化時(shí)的穩(wěn)壓過(guò)程。此時(shí)，電網(wǎng)電壓升高，整流濾波后的直流電壓U I 也隨之增加，立即引起輸出電壓UO也穩(wěn)壓管電壓U z升高，I z隨之大大增加。這樣，電阻R上的壓降Ur=(I O + I z)*R也增加，導(dǎo)致U o下降，接近原有值趨于穩(wěn)定。U o雖有所增加，也維持I z增加，但比無(wú)穩(wěn)壓管時(shí)為小。 (2)再分析當(dāng)電網(wǎng)電壓不變，負(fù)載變化時(shí)的穩(wěn)壓過(guò)程。這時(shí)若負(fù)載電阻RL減小，立即引起Io和I r增加，使U o即U z減小，I z隨之大大減小，使I r和Ur減小，導(dǎo)致U o回升，接近原有值趨之穩(wěn)定。2電容濾波電路的計(jì)算方法：UC=1.2U2 ，UC=2Uo。結(jié)論20

39、11年12月，我開(kāi)始了我的畢業(yè)論文工作，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的寫(xiě)作到現(xiàn)在論文基本完成。論文的寫(xiě)作是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，需要不斷的進(jìn)行精心的修改，不斷地去研究各方面的文獻(xiàn)，認(rèn)真總結(jié)。歷經(jīng)了這么久的努力，終于完成了畢業(yè)論文。在這次畢業(yè)論文的寫(xiě)作的過(guò)程中，我擁有了無(wú)數(shù)難忘的感動(dòng)和收獲。12月初，在與導(dǎo)師的交流討論中我的題目定了下來(lái)，是：數(shù)字式溫度測(cè)量電路的設(shè)計(jì). 當(dāng)開(kāi)題報(bào)告定下來(lái)之后，我便立刻在學(xué)校的圖書(shū)館著手資料的收集工作中，當(dāng)時(shí)面對(duì)眾多網(wǎng)絡(luò)資料庫(kù)的文章真是有些不知所措，不知如何下手。我將這一困難告訴了指導(dǎo)老師，在老師的細(xì)心的指導(dǎo)下，終于使我了解了應(yīng)該怎么樣利用學(xué)校的浩瀚的資源找到自己需要的青春文學(xué)方面的資源，

40、找了大概20篇左右相關(guān)的論文，認(rèn)真的閱讀，總結(jié)筆記，為自己的論文打好基礎(chǔ)。在搜集資料后，我在電腦中都進(jìn)行分類(lèi)的整理，然后針對(duì)自己不同部分的寫(xiě)作內(nèi)容進(jìn)行歸納和總結(jié)。盡量使我的資料和論文的內(nèi)容符合，這有利于論文的撰寫(xiě)。然后及時(shí)拿給老師進(jìn)行溝通，聽(tīng)取老師的意見(jiàn)后再進(jìn)行相關(guān)的修改。老師的意見(jiàn)總是很寶貴的，可以很好的指出我的資料收集的不足以及需要什么樣的資料來(lái)完善文章。1月初，資料已經(jīng)查找完畢了，我開(kāi)始著手論文初稿的寫(xiě)作。初稿的寫(xiě)作顯得邏輯結(jié)構(gòu)有點(diǎn)不清晰，總是想到什么相關(guān)的問(wèn)題就去寫(xiě)，而沒(méi)有很好的分出清晰的層次，讓文章顯得有點(diǎn)凌亂，這樣的文章必然是不符合要求的，但畢竟是初稿，在老師的指導(dǎo)下還要進(jìn)行反復(fù)的修改。寫(xiě)作畢業(yè)論文是我們每個(gè)大學(xué)生必須經(jīng)歷的一段過(guò)程，也是我們畢業(yè)前的一段寶貴的回憶。當(dāng)我們看到自己的努力有收獲的時(shí)候，總是會(huì)有那么一點(diǎn)點(diǎn)自豪和激動(dòng)。任何事情都是這樣子，需要我們腳踏實(shí)地的去做，一步一個(gè)腳印的完成，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，有了好的態(tài)度才能做好一件事情，一開(kāi)始都覺(jué)得畢業(yè)論文是一個(gè)很困難的任務(wù)，大家都難免會(huì)有一點(diǎn)畏懼之情，但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的努力和積累，經(jīng)過(guò)不斷地查找資料后總結(jié)，我們都很