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1、专业与班级：中兴 121 姓名：黄鹏飞 学号：61002121971温度控制电路设计一、设计任务设计一温度控制电路并进行仿真。二、设计要求基本功能：利用 AD590 作为测温传感器，T L为低温报警门限温度值，T H为高温报警门限温度值。当 T 小于 TL时，低温警报 LED 亮并启动加热器；当 T 大于 TH时，高温警报 LED 亮并启动风扇；当 T 介于 TL、T H之间时，LED 全灭，加热器与风扇都不工作（假设 TL20，T H30） 。扩展功能：用 LED 数码管显示测量温度值（十进制或十六进制均可） 。三、设计方案AD590 是美国 ANALOG DEVICES 公司的单片集成两端
2、感温电流源，其输出电流与绝对温度成比例。在 4V 至 30V 电源电压范围内，该器件可充当一个高阻抗、恒流调节器，调节系数为 1A/K。AD590 适用于 150以下、目前采用传统电气温度传感器的任何温度检测应用。低成本的单芯片集成电路及无需支持电路的特点，使它成为许多温度测量应用的一种很有吸引力的备选方案。应用 AD590时，无需线性化电路、精密电压放大器、电阻测量电路和冷结补偿。主要特性：流 过 器 件 的 电 流 ( A) 等 于 器 件 所 处 环 境 的 热 力 学 温 度 (K) 度 数 ； AD590 的 测 温 范 围 为 - 55 +150 ； AD590 的 电 源 电 压
3、 范 围 为4 30 V， 可 以 承 受 44V 正 向 电 压 和 20V 反 向 电 压 ， 因 而 器 件 即 使 反 接 也 不会 被 损 坏 ； 输 出 电 阻 为 710m ； 精 度 高 ， AD590 在 -55 +-150 范 围 内 ，非 线 性 误 差 仅 为 0.3 。基 本 使 用 方 法 如 右 图 。AD590 的输出电流是以绝对温度零度（-273 ）为基准，每增加 1，它会增加 1A 输出电流，因此在室温 25时，其输出电流 Iout=（273+25）=298A。Vo的值为 Io乘上 10K，以室温 25而言，输出值为10K298A=2.98V 。测量 Vo时
4、，不可分出任何电流，否则测量值会不准。温度控制电路设计框图如下：测温电路 温度校正温度显示温度判决 低温报警 ， 启动加热器不动作高温报警 ， 启动风扇T T HT T LT L T T H温度控制电路框图由于 Multisim 中没有 AD590 温度传感器，根据它的工作特性，可以采用恒流源来替代该传感器，通过改变电流值模拟环境温度变化。通过温度校正电路专业与班级：中兴 121 姓名：黄鹏飞 学号：61002121972得到实际摄氏温度电压值（可适当放大到几伏特，不超过 5V） ，再送温度判决电路判决，需根据报警温度确定门限比较电压值，电路均可用运算放大器及电压比较器来实现。可采用三极管和继
5、电器（RELAY）来控制驱动风扇与加热器，在仿真中用 DC MOTOR 代替风扇、HEATER 代替加热器，并加上发光二极管来指示其是否工作。温度显示部分可采用 ADC 模数转换芯片来实现，将实际温度电压值通过 ADC 芯片转换成数字逻辑信号再通过数码管显示。4、电路仿真与分析1）总体仿真图Comment Description Designator QuantityAD590 U5 1直流电机 B1 1瓷片电容 33uF C1 1LED D1, D2, D3, D4, D5 5数码管 DP1, DP2 2LM7805 P1 1滑动变阻器 10k R1, R7, R9, R10 4电阻 10k
6、 R2, R3, R4, R5, R6 5电感 1H U7 2LM324N U1 1ADC0809 U2 1SN7448N U3, U4 2有源晶振 Y1 174LS161 U5,U6 2继电器 Y5 .Y6 2跳线帽 U3,U9,U11,U12 8NPN 三极管 8050 U13,U15,U15,U16 8排针 U17,U18,U19,U20 4专业与班级：中兴 121 姓名：黄鹏飞 学号：610021219732）温度采集电路和应答电路温度采集：AD590，美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度,AD590 的测温
7、范围为-55到+150。电源电压可在 4V-6V 范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化 1K。AD590 的输出电流 I=（273+T）A（T 为摄氏温度） ，因此测量的电压 V 为（273+T）A10K=（2.73+T/100）V。为了将电压测量出来又务须使输出电流 I 不分流出来，我们使用电压跟随器其输出电压 V2 等于输入电压 V。 （左图）应答电路：本设计采用的是 LM324 系列器件带有差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。LM324 系列由四个独立的，高增益，内部频率补偿运算放大器，其中专为从单电源供电的电压范围经营。从分裂电源的操作
8、也有可能和低电源电流消耗是独立的电源电压的幅度。AD590 的电压经过射随器之后，进入电压比较电路，TL（20）为低温报警门限温度值，TH（40）为高温报警门限温度值。所以比较电压的上下门限为 V=（273+T）A10K=（2.73+T/100）V 即 2.93V3.03V。当温度低于 20时，射随器的电压低于 2.93V 的门限，加热电路启动，电热丝工作，使温度升高。当温度高于 20时，射随器的电压高于 3.03V 的门限，散热电路启动，风扇启动，使温度升高。(右图)2）显示电路（模数转换）ADC0809 是 CMOS 单 片 型 逐 次 逼 近 式 A D 转 换 器 ， 内 部 结 构
9、如 图13 22 所 示 ， 它 由 8 路 模 拟 开 关 、 地 址 锁 存 与 译 码 器 、 比 较 器 、 8 位 开 关树 型 D A 转 换 器 、 逐 次 逼 近 电 路 。ADC0809 的 工 作 过 程 是 ： 首 先 输 入 3 位 地 址 ， 并 使 ALE=1， 将 地 址 存 入地 址 锁 存 器 中 。 此 地 址 经 译 码 选 通 8 路 模 拟 输 入 之 一 到 比 较 器 。 START 上升 沿 将 逐 次 逼 近 寄 存 器 复 位 。 下 降 沿 启 动 A D 转 换 ， 之 后 EOC 输 出 信 号变 低 ， 指 示 转 换 正 在 进 行
10、 。 直 到 A D 转 换 完 成 ， EOC 变 为 高 电 平 ， 指 示A D 转 换 结 束 ， 结 果 数 据 已 存 入 锁 存 器 ， 这 个 信 号 可 用 作 中 断 申 请 。 当OE 输 入 高 电 平 时 ， 输 出 三 态 门 打 开 ， 转 换 结 果 的 数 字 量 输 出 到 数 据 总 线 上 。本 设 计 只 有 一 路 输 入 ， 所 以 地 址 既 为 001， 基 准 电 压 为 REF（ +）=5.29V， REF（ -） =2.73V。 因 为 ADC0809 为 8 路 输 出 ， 即 （ 5.29-2.73）专业与班级：中兴 121 姓名：黄
11、鹏飞 学号：61002121974/（ 28） =0.01V输 出 端 接 2 个 7448N 译 码 器 ， 分 为 高 位 和 地 位 输 出 ， 且 都 是 16 进 制 表 示 。左图：T 为 37，此时 I 为 310uA，射随器后的电压为 3.10V，高于 TH 的门限电压3.03(TH=30),所以散热电路启动。显示电路显示 16 进制数 25，转换为十进制：2*16+5=37=T，即为该时刻的实时温度。右图：T 为 12，此时 I 为 285uA，射随器后的电压为 2.85V，低于 TL 的门限电压2.93(TL=20), 所以加热电路启动。显示电路显示 16 进制数 0U（查
12、看下图数码管 16 进制显示图） ，转换为十进制：0+12=12=T，即为该时刻的实时温度。7 段数码管 16 进制的表示方法如下：专业与班级：中兴 121 姓名：黄鹏飞 学号：61002121975五、面包板电路调试专业与班级：中兴 121 姓名：黄鹏飞 学号：610021219766、系统设计（PCB 设计、制板、焊接与调试）1、测温电路测量温度的方法多种多样，测温传感器是决定技术指标的关键元件，设计训采用 AD590 作为温度传感器。且 AD590 直接接 12V 的电压，不可为 5V,理由为 AD590 是与 10K 的电阻串连，当温度上升到 30 摄氏度时电阻两端的电压为3V 而供电
13、电压为 5V。由此可知 AD590 两端的电压为 2V 这一电压远远低于正常工作电压。其他的元件工作电压有 5V 的电压，所以设计加入了一个 7805W 稳压芯片，为其他芯片供电。专业与班级：中兴 121 姓名：黄鹏飞 学号：610021219772、应答电路经过运放器的输出端接一个 LED 灯，并且并接一个跳线帽，用做输出的指示信号，正常工作可将其短接。LM324 的输出不可直接驱动电机和电热丝，所以由一个 NPN 三极管和继电器组成开关电路。当输出有响应时，NPN 三极管基极有电流通过，三极管导通，继电器接通，随之驱动电机和电热丝。继电器后接 LED 指示灯，用以报警。3、模数转换1）AD
14、C0809 必须由外部提供时钟信号，需要一个时钟脉冲输入端，要求时钟频率不高于 1000KHZ，不低于 10KHZ。之前的想法是用 NE555 经过多谐振荡产生 500kHZ 左右的脉冲，但是用面包板调试之后发现 NE555 产生频率过高的脉冲会失真，且相当不稳定，有时候不起振。所以最后还是选择了用有源晶振产生500KHZ 左右的脉冲，有源晶振接通后输出的频率为 12MHZ，也不符合 ADC0809的时钟脉冲输入，所以又经过了 2 次分频，先 8 分频在 4 分频，即12M/4/8=375KHZ，满足了 ADC0809 时钟脉冲输入。ADC 即可正常工作。（时钟脉冲输入采样频率越高）专业与班级
15、：中兴 121 姓名：黄鹏飞 学号：610021219782）ADC0809 采样频率为 8 位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。其内部有一个 8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8 路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。8 路只要选一路即可，参考电压出有2 个 10K 的滑动变阻器构成，可以方便的将参考电压调整，输出端接 2 个译码器分别为 16 进制的高位和低位，译码器为 7 段共阴数码管。4、原理图和 PCB5、实物照片第一张为温度为 12（0*16+12=12）低温的照片第二张为温度为 50（3*16+02=50）高温的照片专业与班级：中兴 121 姓名：黄鹏飞 学号：610021219797、设计总结通过这次实训,我发现在现实设计中还需要注意很多的细节,包专业与班级：中兴 121 姓名：黄鹏飞 学号：610021219710括程序设计和硬件设计都要我们小心仔细,一个
