溫度測量與控制電路課程設(shè)計(jì)

.z..--.可修編-目錄題目…………………1摘要…………………1關(guān)鍵詞………………1設(shè)計(jì)要求……………1第一章系統(tǒng)概述和總體方案論證與選擇…………1單元電路設(shè)計(jì)…………………32.1溫度傳感模塊…………………32.2數(shù)字顯示與溫度*圍控制模塊………………62.2.1方案的論證與選擇………………………6AD轉(zhuǎn)換與解碼………………………82.2.3譯碼顯示…………………122.2.4控制溫度設(shè)定……………142.2.5溫度超限判斷……………162.3聲光報(bào)警與溫度控制執(zhí)行模塊………………182.3.1聲光報(bào)警……………………18\2.3.2溫度執(zhí)行…………………182.4總體電路圖……………………182.5方案的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)以及改進(jìn)…………………19第三章參考文獻(xiàn)………………………21第四章元器件明細(xì)表…………………23第五章收獲與體會(huì)……………………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)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)的知識及其基本的溫度傳感器知識，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；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EEPROM281024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*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*圍00C～1200C，精度0.50C2.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)；精度0.1;4.溫度超過設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)生聲光報(bào)警。第一章系統(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?，?jīng)過放大電路，一路輸入給A/D轉(zhuǎn)換電路，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，經(jīng)過譯碼進(jìn)行數(shù)字顯示,另一路與數(shù)字比較器相連，由此設(shè)定控制溫度上下限，經(jīng)過數(shù)字比較器，輸出指示信號，由此控制溫度控制執(zhí)行模塊和聲光報(bào)警部分。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)。第二章單元電路設(shè)計(jì)2.1溫度傳感模塊溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而改變*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0.2—2秒，靈敏度高。測溫*圍為-50—+150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1－Wire，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*圍在0℃到＋120℃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*圍以內(nèi)，芯片從電源吸收的電流幾乎是不變的（約50μALM35集成溫度傳感器是利用一個(gè)熱電偶檢測相應(yīng)的溫度，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10mVLM35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)雙電源兩種。其接腳圖如下2-1-2（a）、（b圖2-1-圖2-1-2（a圖2-1-2（b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50μA，工作電壓較寬，可在4—20V圖2-1-3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。2.2數(shù)字顯示與溫度*圍控制模塊2.2.1方案的論證與選擇經(jīng)分析，數(shù)字顯示與溫度*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281024CMOSEEPROM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，分壓一路通過圖2-2方案二：利用計(jì)數(shù)器和鎖存器精確設(shè)定溫控*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輸出的代表溫度的圖2-2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2-2c圖2-22.2.2AD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*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圖2-2AD574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*圍為0~10V和0~20V，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2-2AD574A的引腳說明：[1].Pin1(VLogic)——邏輯電源+5V電源輸入端。[2].Pin2(12／8)——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(REFOUT)——10V基準(zhǔn)電源電壓輸出端。[9].Pin9(AGND)——模擬地端。[10].Pin10(REFIN)——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(BIPOFF)——單極性輸入時(shí)BIPOFF接模擬公共地，雙極性時(shí)BIPOFF接對應(yīng) 的-5V、-10V[13].Pin13(10VIN)——單極性0～10V模擬量輸入；雙極性0～±5V模擬量輸入。[14].Pin14(20VIN)——單極性0～20V模擬量輸入；雙極性0～±10V模擬量輸入.。[15].Pin15(DGND)——數(shù)字地端。[16].Pin16-Pin27(DB0-DB11)——12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。REFIN，REFOUT端為參考電壓輸入（通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器0~10V可調(diào)，用于校準(zhǔn)）。當(dāng)輸出的二進(jìn)制碼為111111111111，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。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=10V/℃）即滿足Uo=10T所以參考電壓UREFIN的取值需要滿足UREFIN=k*510，UREFIN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=140kΩ，R7=3kΩ，C5=10μF555的3腳為輸出端，其高電平持續(xù)時(shí)間T1=70.(R6+R7)C5≈1s，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25μ2)、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）281024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，則與此地址相對應(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281024EEPROM，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A0~A11接對應(yīng)的AD5740的二進(jìn)制輸出端，高4位A12~A15均接地。D0~D3，D4~D7，D8~D11，D12~D15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a~g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281024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000.000000000000000000000000000000000000.100000000000000010000000000000001000.200000000000000100000000000000010165.00000010110101010表1存儲(chǔ)器281024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281024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碼電路圖附本模塊所用芯片信息：2810241MSEEPROM（65536*16）A0~A15：地址輸入端D0~D15：數(shù)據(jù)輸出端圖2-2-7 281024管腳圖281024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1**2.2.3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a~g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180Ω電阻接+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2-2-94511BD管腳圖4511BD真值表2.2.4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4511BD轉(zhuǎn)換成七段a~g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)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RDLDEPETCPP3P2P1P0Q3Q2Q1Q00********0000異步清零10**↑p3p2p1p0p3p2p1p0同步置數(shù)110******保持?jǐn)?shù)據(jù)保持11*0*****保持?jǐn)?shù)據(jù)保持1111↑****十進(jìn)制計(jì)數(shù)加法計(jì)數(shù)2、74LS175D圖2-2-1274LS175D管腳圖74LS175D功能表2.2.5溫度超限判斷如圖2-2-13所示，共有8片數(shù)值比較器74LS85，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2-2-14 74LS85N管腳圖74LS85真值表2.3聲光報(bào)警與溫度控制執(zhí)行模塊2.3.1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2.3.2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*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2.4總體電路圖圖反2.5方案的優(yōu)缺點(diǎn)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*圍在-55℃-150℃，工作最大溫度180℃，所以在0℃-120℃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)知識以及時(shí)間限制，此問題依舊沒有得到解決。所以此作品在0℃2、如何將12位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成8421BCD碼。經(jīng)過查閱大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，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R—S觸發(fā)器，高電平觸發(fā)。基本R—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)定模塊電路圖第三章參考文獻(xiàn)[1]*暢生等.傳感器簡明手冊及應(yīng)用電路-溫度傳感器.**電子科技大學(xué).2006.[2]王振紅等.綜合電子設(shè)計(jì)與實(shí)踐.清華大學(xué).2004.[3]林濤等.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).**大學(xué).2002.[4]林濤等.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).清華大學(xué).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).2007.[6]WilliamKleitz.數(shù)字電子技術(shù)從電路分析到技能實(shí)踐.科學(xué).2007.[7]*修文.實(shí)用電子線路圖集.中國電力.2007.[8]最新常用集成塊速查手冊.機(jī)械工業(yè).2007.[9]高文煥等.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn).清華大學(xué).2004.[10]孫淑艷.電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)書.中國電力.2005.[11]*修文.新編電子控制電路300例.機(jī)械工業(yè).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).2004.[13]程德福等.傳感器原理與應(yīng)用.機(jī)械工業(yè).2008.第四章原器件明細(xì)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628102464k*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__K2七段數(shù)碼管（含小數(shù)點(diǎn)）17SEVEN_SEG__K6七段數(shù)碼管18RPACK_VARIABLE_2*8180Ω2排阻19RPACK_VARIABLE_2*7180Ω6排阻2074LS175D8鎖存器21RESISTOR100Ω4電阻22RESISTOR120Ω1電阻23RESISTOR300Ω1電阻24RESISTOR3kΩ1電阻25RESISTOR10kΩ2電阻26RESISTOR20kΩ1電阻27RESISTOR100kΩ8電阻28RESISTOR140kΩ1電阻29POTENTIOMETER1kΩ1電位器30CAPACITOR10nF1電容31CAPACITOR10uF2電容32CAPACITOR100uF1電容33LM351高精度攝氏溫度傳感器34PB_DBT6微動(dòng)開關(guān)35DPST_2NO_SB2雙刀雙置開關(guān)第五章收獲與體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)我選擇了溫度測量與控制這一題目，感到這個(gè)題目綜合性強(qiáng)，應(yīng)用廣，對設(shè)計(jì)者的要求也較高，因此，碰到的難度也較大，但本著求知與實(shí)踐應(yīng)用的精神，我最終將這個(gè)題目的大概框架整理出來，其中有許多不盡人意之處及不理想的地方還很多，這也是我