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1、 目 录第 1 章 摘 要.1第 2 章 设计目的与意义.2第 3 章 案论证与确定.33.1 系统方案的确定.33.1.1 方案一.33.1.2 方案二.33.2 测量显示方案的确定.43.2.1 方案一.43.2.2 方案二.53.3 温度传感模块.53.3.1 方案一.53.3.2 方案二.63.4 数字显示与温度范围控制模块.93.4.1 A/D 转换部分.93.4.2 控制温度设定与温度超限判断部分有两种方案：.10第 4 章 系统工作原理分析.124.1 AD 转换.124.2 码制的转换.144.3 译码显示.174.4 控制温度设定.184.5 温度超限判断.20总 结.22参
2、考文献.23第 1 页第第 1 1 章章 摘摘 要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测控技术知识及其基本的温度传感器知 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。温度传感选用 高精度摄氏温度传感器 LM35 进行数据采集，通过 UA741 芯片构 成同相比例器实现放大。AD 转换部分使用集成芯片 AD5740；二 进制到 8421BCD 码的转换用 EEPROM 281024 实现；显示译码部分 用 4511 和七段数码管实现；温度
3、控制范围设定采用数字设定方 式，用十进制加计数器 74LS160 和锁存器 74LS175 实现；温度的 判断比较通过数值比较器 74LS85 的级联实现。声光报警利用 555 定时器构成多谐振荡器组成。温度控制执行部分采用继电器控制 的加热制冷装置来实现。此模块的存在，提高了该系统在工业上 的实用性。【关键词】温度测量、A/D 转换、温度控制、声光报警、译码显 示、555 定时器第 2 页第第 2 2 章章 设计目的与意义设计目的与意义随着电子技术的高速发展，对电子方面人才的要求越来越高，不仅要求其具备相关的专业理论知识，还要求其具有较强的设计、制作等实践动手能力。此次课程设计无疑是对从事测
4、控专业的人的一次很好的锻炼和考验，是培养测控技术的人才的一次良好的机会，为其提供了一个理论知识与实践相结合的平台。通过本次课程设计，引导学生结合所学的测控电路理论知识，思考设计方案，以小组合作方式，分工完成各个部分，从而掌握相关的测量显示电路的设计和调试技术，一方面提高了学生的实践动手和协作能力，另一方面培养了学生综合运用所学理论知识进行工程设计的能力。通过此次课程设计，可以培养学生的工程设计能力，包括动手能力、独立思考设计能力、解决实际设计过程中遇到的问题以及团队协作能力等，为今后的专业学习和工程实践打下坚实的基础。第 3 页第第 3 3 章章 案论证与确定案论证与确定3.13.1 系统方案
5、的确定系统方案的确定在本系统的总体设计中，有以下两种思路：3.1.13.1.1 方案一方案一如图 1-1-1 所示，温度传感器模块将温度线性地转变为电压信号，经过放大电路，一路输入给 A/D 转换电路，经过译码进行数字显示，另一路与滑变分压电路相连，由此设定控制温度上下限，经过电压比较器，输出高低电平指示信号，由此控制温度控制执行模块和声光报警部分。此电路最基本的特点就是电路结构简单，实现比较容易。温度传 感器放大电路电压比较 器A/D转换显示声光报 警滑变分压设定 温度上下限显示温控执 行图 1-1-1 总体设计方案 A 框图第 4 页3.1.23.1.2 方案二方案二如图 1-1-2 所示
6、，温度传感模块和 A/D 转换模块，译码显示模块，温控执行和报警模块均与方案 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，另外由于滑变设定温度不易精确调节，误差较大。方案 B 主要采用数字逻辑芯片数字比较器、锁存器等控制实现，其工作的稳定性、准确性和功能扩展性较强。温度传 感器放大电路A/D 转换温控执行声光报警显示显示数字比较 器温度设 定锁存器图 1-1-2 总体设计方案 B 框图比较以上两种方案，方案 A 电路简单，误差较大；方案 B 电路复杂，但精度较高，可移植性好。结合以上两种
7、方案的优缺点，我们选择方案 B 进行系统设计。3.23.2 测量显示方案的确定测量显示方案的确定3.2.13.2.1 方案一方案一该方案采用 LED 显示。第 5 页LED 数码显示中每一个像素单元就是一个发光二极管，如果是单色，一般是红色发光二级管。如果是彩色，一般是三个三原色小二极管组成的一个大二级管。这些二级管组成的矩阵由数码控制实时显示文字或者图像，造价相对低廉，组成的显像面积大。3.2.23.2.2 方案二方案二该方案采用 LCD 液晶显示。液晶显示器是一种被动式的显示器，即液晶本身并不发光，而是利用液晶经过处理后能改变光线通过方向的特性，而达到白底黑字或黑底白字显示的目的。LCD
8、液晶的像素单元是整合在同一块液晶版当中分隔出来的小方格。通过数码控制这些极小的方格进行显像。造价高但是显示非常细腻。经过研究分析，选择方案一。3.33.3 温度传感模块温度传感模块温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等。3.3.13.3.1 方案一方案一用可编程器件 DS18B20 做温度传感器DS18B20数字温度计是 DALLAS 公司生产的1Wire，即单总第 6 页线器件，具有线路简单，体积小的特
9、点。因此用它来组成一个测温系统，线路简单，十分方便。 DS18B20产品具有以下特点： 只要求一个端口即可实现通信。 在 DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 测量温度范围在55到125之间。 数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。 内部有温度上、下限告警设置。但是18B20需要单片机软件控制，与本次设计要求不符。3.3.23.3.2 方案二方案二用 LM35做温度传感器LM35是一种得到广泛使用的温度传感器。由于它采用内部补偿，所以输出可以从0开始。在上述电压范围以内，芯片从电源吸收的电流几乎是不变的（约50A） ，所以芯片自身几乎没有散热的问题。这么小的电流也使得该芯片在某些应用中特别适合，比如在电池供电的场合中，输出可以由第三个引脚取出，根本无需校准。LM35集成温度传感器是利用一个热电偶检测相应的温度，热电偶是将两种不同材料的导体或半导体 A 和 B 焊接起来，构成一个闭合回路，如下图2-1-1所示。当导体 A 和 B 的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。温度传感器热电偶就是利用这一效应工作的。第 7 页图 2-1-1 热电效应原理图LM35 温度传感器其输出电压与摄氏温标
