温度测量与控制电路(DOC 33页).doc

《电子技术》课程设计报告 题 目 温度测量与控制电路 学院（部） 电子与控制工程学院 专 业 建筑设施智能技术 班 级 32060801 学生姓名 孙文涛 学 号 3206080108 6 月 12 日至 6 月 22日 共 1.5周 指导教师（签字） 前言 温度测量与控制电路广泛应用于生产生活中的各个方面，特别是在工业生产中，温度自动控制已经成为一个相当成熟的技术本次课程设计给我们创造了良好的学习机会：一是查阅资料将自己所学的数字电子技术，模拟电子技术，以及传感器的相关知识综合运用，二是系统了解温度监测特别是工业上的温度控制的详细过程，为日后的学习和工作增长知识，积累经验。

在确定课设题目，经仔细分析问题后，实现温度的测量与控制方法很多，大致可以分为两大类型，一种是以单片机为主的软硬件结合方式，另一种是用简单芯片构成实现电路由于单片机知识的匮乏，我们决定用后者实现共同确定了总的电路结构，将设计分为三部分，陈涛负责温度传感部分，孙文涛负责温度显示和温度范围控制部分，张晓阳负责温度控制执行电路和声光报警部分温度传感部分由热电偶构成的温度传感器，数字显示和设定控制部分由模数转换器AD574A、281024 CMOS EEPROM、锁存器74LS175等组成，声光报警和温控加热降温执行电路主要用时基芯片555构成的多谐振荡器和单稳态电路组成在确定了单元电路的设计方案后，我们在总结出总体方案框图的基础上，应用Multisim11.0仿真软件画出了各单元模块电路图，最后汇总电路图由于缺少实践经验，并且知识有限，所以本次设计中难免存在缺点和错误，敬请老师批评指正 设计者 2010年6月20日目录 课题名称 …………………………………………………………………………………………………… 1 摘要 ………………………………………………………………………………………………………… 1 关键词 ……………………………………………………………………………………………………… 1 设计要求 …………………………………………………………………………………………………… 1 正文 ………………………………………………………………………………………………………… 1 一、系统概述和总体方案论证与选择………………………………………………………………… 1 二、单元电路设计……………………………………………………………………………………… 2 （一）温度传感模块……………………………………………………………………………… 3 （二）数字显示与温度范围控制模块…………………………………………………………… 3 1、方案的论证与选择………………………………………………………………………… 3 2、AD转换与解码 …………………………………………………………………………… 8 3、译码显示……………………………………………………………………………………10 4、控制温度设定………………………………………………………………………………11 5、温度超限判断………………………………………………………………………………12 6、多路温度循环检测功能……………………………………………………………………13 7、方案的优点与缺点以及改进………………………………………………………………14 （三）声光报警……………………………………………………………………………………15 （四）温度控制执行………………………………………………………………………………15 三、总体电路图 …………………………………………………………………………………………16 四、结束语 ………………………………………………………………………………………………16 五、参考文献 ……………………………………………………………………………………………17 六、元器件明细 …………………………………………………………………………………………17 七、收获体会 ……………………………………………………………………………………………27 八、鸣谢 …………………………………………………………………………………………………27附录 ……………………………………………………………………………………………………………27教师评语 ………………………………………………………………………………………………………28【课题名称】温度测量与控制电路 【摘要】温度测量与控制电路是在实际应用中相当广泛的测量电路。

本次设计主要运用基本的模拟电子技术和数字电子技术的知识，从基本的单元电路出发，实现了温度测量与控制电路的设计总体设计中的主要思想：一、达到设计要求；二、尽量应用所学知识；三、设计力求系统简单可靠，有实际价值温度传感采用热电偶和温度补偿原理AD转换部分使用集成芯片AD574A；二进制到8421BCD码的转换用EEPROM 281024实现；显示译码部分用74LS48和数码管实现；温度控制范围设定采用数字设定方式，用74LS160十进制加计数器和锁存器74LS175实现；温度的判断比较数值比较器74LS85的级联实现；通过使用74LS160和ADG508F实现了多路温度循环监测功能声光报警加入了单稳态温度控制执行部分采用555构成的单稳态电路，提高了加热系统与降温系统的稳定性和实用性关键词】：温度传感器 A/D转换 控制温度 声光报警 二进制转BCD 译码显示【设计要求】1. 测量温度范围为200C～1650C，精度0.50C；2. 被测量温度与控制温度均可数字显示；3. 控制温度连续可调；4. 温度超过设定值时，产生声光报警【正文】一、系统概述和总体方案论证与选择方案A.如图1-1所示，温度传感器部分将温度线性地转变为电压信号，经过滤波放大，一路输入A/D转换电路，经过译码进行数字显示，另一路与滑变分压经过电压比较器进行比较输出高低电平指示信号，温度控制执行模块和声光报警部分。

图1-1 总体设计方案A框图方案B.如图1-2所示，温度传感和A/D转换，译码显示，温控执行和报警均与方案A相同，不同处在于控制温度设定方式和温度超限判断方式方案A的超限判断模块和控制温度设定主要使用模拟信号，该方案易受外界干扰如使用环境温度等因素，另外由滑变设定温度不易调节精确，实际中，若采用电池供电，电源电压的变化会影响其温控范围的准确性方案B主要采用数字芯片逻辑控制实现，其工作的稳定性准确性和功能扩展性较强图1-2 总体设计方案B框图二、单元电路设计（一）温度传感模块如图2-1-1所示，温度传感把模块把温度大小转化为电压信号，传入数字显示与温度范围控制模块使用时将热电偶的热端（工作端）放入被测量的环境中，注意连接导线选用阻值受温度影响小的材料，且有良好的绝缘材料包裹长时间使用后可对电路进行校准，在标准温度下，测量输出电压值，并通过调整滑动变阻器进行校准其输出电压Uo(V)和温度T(℃)的关系式为Uo=0.02384*T图2-1-1 温度传感模块电路图（二）数字显示与温度范围控制模块1、方案的论证与选择经分析，数字显示与温度范围控制模块的核心主要有两部分：（1） A/D转换和码制转换部分（2） 温度范围设定与温度超限行为判断部分每部分分别有两种方案：（1） A/D转换部分方案A. 首先要把温度传感器的电压信号转换成频率不同的矩形波信号。

如图2-2-1所示，电压/频率转换电路由一只运算放大器和一只555以及少量电阻和电容组成，运算放大器部分作成差分积分电路，同相输入端是由555的3脚输出端反馈加来的，由于555的触发电平是1/3VCC，因此当输入电压信号在1/2VCC内变化时，该电路的输入电压Ui和输出的矩形波的频率具有良好的线性关系（由于该方案最终未被采纳，只给出V/F对应关系表作为参照，见表1，该电路的具体原理和Ui~线性关系的详细计算和在此不再赘述）图2-2-1 555和差分积分放大电路构成的V/F转换器V/F转换关系对应表 表1R3220kΩ22kΩ10kΩ5KΩC31μF0.1μF2μF200pFR1,R21MΩ220kΩ100k10kΩC1,C22μF0.1μF2nF300pF频率/电压1Hz/V100Hz/V10kHz/V100kHz/V V/F转换器输出的频率不同的矩形波信号要转化成可数字显示的BCD码，如图2-2-2所示，频率---8421BCD码的转换由4片同步十进制加法器74LS160实现，第（1）片74LS160的RCO进位输出接第（2）片的CLK时钟信号输入端，当第（1）片74LS160计数器进位时，第（2）片74LS160加1，第（2）片再向第（3）片74LS160进位，以此类推，4组QDQCQBQA分别为百位、十位、个位、小数位，分别经过4片锁存器74LS175，接到4片七段数字显示译码器74LS48，再连接数码管即可实现温度的十进制数显示。

图2-2-2 频率信号转BCD码 把4片锁存器74LS175的CLK时钟端接在一起，引出节点①4片74LS160的清零端接在一起，引出节点②V/F转换器的频率信号经过图2-2-4中的与门“U2A”进入③节点①和②的波形关系需满足如图2-2-3所示关系，即满足“先锁存，后清零”，这样，在“计数开始”（②的上升沿）到“锁存器状态翻转”（①的上升沿）的这段时间t内，通过的波形周期数就等于数码管上显示的数字时间t的大小可以通过调节图2-2-4中的R、C参数来调整，t =0.7R2C1≈0.49s，使其在这段时间内恰巧通过一定的周期数，就可以使计数器计数到该温度并显示出来比如，当温度为10.0℃时，V/F转换电路产生一定频率的矩形波，在指定的时间t内，使其恰巧通过100个完整波形，四片计数器的输出状态为0000 0001 0000 0000，即可译码显示为“10.0”代表10.0℃图2-2-3 方案A中 节点①和②的波形关系 该波形由图2-2-4所示电路产生电容C3起到消除竞争与冒险的作用，没有C3，可能使锁存器锁入数据0000 0000 0000 0000，数码管上会显示0.0 (℃)并引起错误报警，和温控执行电路的不合理启动。

图2-2-4 方案A 清零信号。