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1、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
2、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
3、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 31、方案的论证与选择 3 2、AD转换与解码 83、译码显示104、控制温度设定115、温度超限判断126、多路温度循环检测功能137、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
4、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
5、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200C1650C，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
6、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
7、，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
8、：（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
9、再赘述）。图2-2-1555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1R3220k22k10k5KC31F0.1F2F200pFR1,R21M220k100k10kC1,C22F0.1F2nF300pF频率/电压1Hz/V100Hz/V10kHz/V100kHz/VV/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
10、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。4片74LS160的清零端接在一起，引出节点。V/F转换器的频率信号经过图2-2-4中的与门“U2A”进入。节点和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”（的上升沿）到“锁存器状态翻转”（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
11、。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 =0.7R2C10.49s，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 节点和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
