温度控制报警电路.docx

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温度控制报警电路

电子技术综合设计报告

设计课题：

温度控制报警电路的设计

专业班级：

电子信息工程121班

学生姓名：

雷雨杜阳马晓波

设计时间：

2015年1月14号

信息科学与技术学院

2015年1月

温度控制报警电路的设计

一、设计任务与要求

1）温度正常时，数码管按0、1、2、3、4、5顺序显示。

2）温度不正常时，数码管按0、1、2、3、4、5、6、7的顺序循环显示，同时绿色发光二极管点亮。

3）温度继续上升到一定值时，数码管不计数，同时红色发光二极管点亮。

4）要求计数电路的脉冲由555定时器和RC组成的多谐振荡器构成，其中温度用电压模拟表示，8V以下表示温度正常，9-10V表示温度不正常，10V以上表示温度过高。

二、方案设计与论证

要求中用电压表示温度，可以用双限电压比价器（窗口比较器）来对输入电压进行比较，产生高低电平的变化来控制发光二极管点亮与数码管的显示，计数电路的脉冲用555定时器与RC组成的多谐振荡器构成。

图2.1温度控制报警电路的工作原理图

原理图包括振荡电路、计数电路、译码显示电路和温度控制电路。

其中，温度控制电路是本电路的核心。

振荡电路给计数电路提供计数时钟脉冲。

当温度正常时，温度控制电路给计数电路提供一个信号，使其按设定的要求计数，并通过有明显在数码管上显示。

当温度超过设定值时，温度控制电路给计数电路提供信号，使其按要求进行报警状态下的计数，并同时点亮绿色发光二极管报警。

当温度继续上升，温度控制电路给译码电路提供信号，使其停止工作，数码管不计数，并点亮红色发光二极管报警。

温度的改变使温度控制电路提供3个不同的控制信号，最终提供计数、译码显示电路显示出来。

方案一、利用两个量程不同的热敏电阻达到一个电压接力的作用，从而达到把电压分为三个挡的目的从未控制LED灯组和七段数码管进行工作。

方案二、用电压来表示温度，并且通过比较器将整个的过程产生的电压分为三个档，通过电压比较器，从而达到常温高温和超高温的情况从而达到整个的操作，显示部分使用七段数码管来进行数字显示。

我选的是第二个方案。

三、单元电路设计与参数计算

3.1时钟脉冲产生模块

（1）电路组成

多谐振荡器电路图3.1

用555定时器构成的多谐振荡器电路如图3.1所示：

图中电容C、电阻R1和R2作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。

定时器的触发输入端（2脚）和阀值输入端（6脚）与电容相连；集电极开路输出端（7脚）接R1、R2相连处，用以控制电容C的充、放电；外界控制输入端（5脚）通过0.01uF电容接地。

（2）工作原理：

图3.2多谐振荡器的工作波形

多谐振荡器的工作波形如图3.2所示：

电路接通电源的瞬间，由于电容C来不及充电，Vc=0v，所以555定时器状态为1，输出Vo为高电平。

同时，集电极输出端（7脚）对地断开，电源Vcc对电容C充电，电路进入暂稳态I，此后，电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。

多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于RC充、放电回路的参数。

暂稳态Ⅰ的维持时间，即输出Vo的正向脉冲宽度T1≈0.7（R1+R2）C；暂稳态Ⅱ的维持时间，即输出Vo的负向脉冲宽度T2≈0.7R2C。

555定时器组成多谐振荡器，多谐振荡器产生OUT的信号频率。

电阻、电容参数值计算如下：

C2为电路的滤波电容，提高电路的稳定性，一般选取0.01uF

振荡周期T=0.7（R1+2R2）C，振荡频率f=1/T。

图3.3多谐振荡器电路

利用的是555定时器产生脉冲对显像管进行信号输入，从而使整个的显像管进行数字的循环，震荡周期T的计算公式如下所示。

T=0.7（R27+2R26）C

3.2电压比较模块

图3.4比较器图

比较器工作是这样的，同相端电平高于反相端电平时，输出高电平，反之，就输出低电平。

1）当uI

U2A的输出端为高电平；U3A的输出端为高电平。

2）当uI>U2时：

U2A的输出端为低电平，U3A的输出端为低电平。

3）当U1

U2A低电平、U3A的输出端为高电平。

3.3计数模块

采用74ls160十进制计数器:

QA.QB.QC.QD为输出端，RCO是进位输出，ENP,ENT,LOADD都为高电平时计数将13.14引脚通过与非门接到clr清零从而实现计数。

图3.574LS160计数电路图

3.4逻辑电路模块

1.总体逻辑控制模块

图3.6逻辑电路图

逻辑电路实现控制数码管的计数显示和LED的显示，还有选择是数码管显示0-5，还是0-7。

当电压小于8V时，两个比较器的输出端都时高电平，U2A输出端经过一个“非门”就变成低电平，再经过“与门”还是低电平，往上走是一个“非门”就变成高电平，再和1相与，还是高电平，再和”0”经过“或非门”就是”0”,从而到达清零，就只显示0-5。

当电压在9V-10V时，U2A低电平、U3A的输出端为高电平。

继续分析下去就可以得出数码管只显示0-7.还可以控制使得绿LED亮。

当电压大于10V时，U2A的输出端为低电平，U3A的输出端为低电平。

经过逻辑控制电路可以使得七段数码管停止计数同时还可以使得红的LED亮。

2.2选1多路选择器

图3.72选1多路选择器

利用两个与门，一个非门和一个或非门组成的多路选择器通过控制端输入的高低电平去控制整个电路的选择性通断。

四、总原理图及元器件清单

1．总原理图

图4.1总原理图

如图4.1所示为最终设计的电路总图，利用了1个热敏电阻作为传感器，信号经过比较器后进入控选择器从而控制七段译码器与LED灯组的显示。

2.元件清单

元件序号

元件型号

主要参数

数量

备注

R1

滑动变阻器

0-500Ω

1

R12

常规电阻

100Ω

1

R25

常规电阻

500Ω

1

R26

常规电阻

100KΩ

1

R27

常规电阻

5KΩ

1

U2A

差分放大器

LM324N

1

U3A

差分放大器

LM324N

1

U1

非门

NOT

1

U13

非门

NOT

1

U14

非门

NOT

1

U4

与门

AND2

1

U7

与门

AND2

1

U8

与门

AND2

1

U12

与门

AND2

1

U10

或非门

NOR2

1

U11

或门

7432N

1

U15

或门

7432N

1

LED1

LED灯

绿

1

LED3

LED灯

红

1

U6

集成电路

74LS160

1

U5

七段数码管

DCD_HEX_GREEN

1

A1

555定时器

555_VIRTUAL

1

C1

电容

100nf

1

C2

电容

5nf

1

五、性能测试与分析

5.1正常温度

当温度正常时，即当电压小于8V时，数码管按0→1→2→3→4→5的顺序循环显示。

图5.1正常温度时的图

5.2.适当温度

当温度超过设定值时，即当电压的温度为9V-10V时，数码管按0→1→2→3→4→5→6→7的顺序循环显示，同时绿色发光二极管点亮。

图5.2适当温度时的图

5.3.温度过高

温度继续上升到一定值时，即当电压大于10V的时候，数码管不计数，同时红色发光二极管点亮。

图5.3温度过高时的图

5.4.总体的原理图

图5.4电路原理仿真图

5.5PCB原理图

5.6PCB板图

六、结论与心得

在设计的过程中，将系统模块化，更有利于去选择电路的参数，更有利去分析和调试电路。

拿到题目后，我们同一个组的同学就去查资料，通过书本和网上的资料，我们结合老师给的题目的要求和任务，最终选择了用电压来表示温度，并且通过比较器将整个的过程产生的电压分为三个档，通过电压比较器，从而达到常温高温和超高温的情况从而达到整个的操作，显示部分使用七段数码管来进行数字显示，在这次的课程设计的作业过程中，从最先开始的对整个的课题开始构思再到整个课题的模块分析，到最后的Multisim的软件仿真，在这个期间我觉得自己还是学到了很多的知识，想了很多的办法并且在这期间对自己所学的几门电路的知识进行了巩固。

但是整个的电路在设计的时候也存在很多的不足，整个的电路过于复杂，最后经过和同组同学的认真分析，我们慢慢的把复杂的电路简单化了。

参考文献

[1]阎石《数字电子技术基础》高等教育出版社，第五版，20065.5

[2]童诗白《模拟电子技术基础》高等教育出版社，第四版，2006.5.4