1、數控溫度檢測報警電路的設計與制作目錄一、 設計任務與技術要求.02二、總體方案設計02三、單元電路設計分析及方案選擇1.溫度檢測模塊.032. 數字量產生與譯碼顯示模塊053.比較模塊 094. 聲光報警模塊 10四、相關參數的計算12五、元器件清單13六、調試用儀器和設備： 14七、總電路引腳圖 15一、 設計任務與技術要求1. 測量溫度范圍為00C990C， 2. 手動設定任意所需溫度基準，數字顯示，增減可調，精度10C。3. 溫度超過設定值時，產生報警信號，報警方式：聲光報警。二、總體方案設計在本系統(tǒng)的總體設計中選擇如圖-1所示方案： D/A轉換（放大）溫度檢測電壓比較控制數字產生 聲、

2、光報警譯碼顯示顯示圖-1總體設計方案原理方框圖總體設計中的主要思想：溫度傳感選用高精度攝氏溫度傳感器LM35進行數據采集，DA轉換部分使用集成芯片DAC0832；二進制到8421BCD碼的轉換用74LS192實現；顯示譯碼部分用4513和七段數碼管實現；溫度控制范圍設定采用數字設定方式，用十進制可逆計數器74LS192；溫度的判斷比較通過數值比較器LM339實現。聲光報警利用555定時器構成多諧振蕩器組成。1.溫度檢測：溫度傳感器/溫敏器件，將溫度(物理量)轉換成對應的電壓（電量）。2.數字量產生：為了實現報警溫度的數字控制，由數字產生電路產生預置報警溫度所需的數字量（2位8421BCD碼）。

3、3. 譯碼、顯示：選輸入是8421碼，譯碼輸出的七段現實碼的譯碼器，及LED數碼管顯示，將產生的數字量直接譯碼并以數碼形式顯示。4. D/A轉換、放大：將數字量轉換為模擬量（電壓量）。5. 比較模塊：將設定數字量所對應的電壓量與檢測溫度對應的電壓量比較經過電壓比較器，輸出高低電平指示信號，由此控制聲光報警模塊，當檢測溫度達到或超過設定報警溫度時即產生聲光報警。6. 報警模塊：不同檢測溫度經過電壓比較器與所設溫度對應的數字量，輸出高低電平指示信號。當輸入信號為低電平時，報警電路不工作。當有高電平信號輸入時，多諧震蕩電路開始工作。發(fā)光二級管點亮，并發(fā)出蜂鳴報警，即發(fā)生報警。三、單元電路設計及分析1

4、.溫度檢測模塊硬件組成：LM35溫度傳感器溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而改變某種特性來間接測量的。不少材料、元件的特性都隨溫度的變化而變化，所以能作溫度傳感器的材料相當多。溫度傳感器隨溫度而引起物理參數變化的有：膨脹、電阻、電容、電動勢、磁性能、頻率、光學特性及熱噪聲等。a.方案的論證與選擇 方案一：采用二極管做溫度傳感器 晶體二極管或三極管的PN結的結電壓是隨溫度而變化的。例如硅管的PN結的結電壓在溫度每升高1時，下降-2mV，利用這種特性，一般可以直接采用二極管（如玻璃封裝的開關二極管1N4148）或采用硅三極管（可將集電極和基極短接）接成二極管來做PN結溫度傳感器。這種傳感器有較好的線

5、性，尺寸小，其熱時間常數為0.22秒，靈敏度較高。測溫范圍為-50+150。同型號的二極管或三極管特性不完全相同，因此它們的互換性較差。方案二：用LM35做溫度傳感器 LM35是一種得到廣泛使用的溫度傳感器。由于它采用內部補償，所以輸出可以從0開始。在上述電壓范圍以內，芯片從電源吸收的電流幾乎是不變的（約50A），所以芯片自身幾乎沒有散熱的問題。這么小的電流也使得該芯片在某些應用中特別適合，比如在電池供電的場合中，輸出可以由第三個引腳取出，根本無需校準。LM35具有以下特點：（1）工作電壓：直流430V；（2）工作電流：小于133A（3）輸出電壓：+6V-1.0V（4）輸出阻抗：1mA 負載時

6、0.1；（5）精度：0.5精度（在+25時）；（6）漏泄電流：小于60A；（7）比例因數：線性+10.0mV/；（8）非線性值：1/4；（9）校準方式：直接用攝氏溫度校準；（10）封裝：密封TO-46 晶體管封裝或塑料TO-92 晶體管封裝；（11）使用溫度范圍：-55+125額定范圍b. 本課題選用LM35用作溫度檢測元件。傳感器電路采用核心部件是 LM35AH，供電電壓為直流15V 時，工作電流為120mA，功耗極低，在全溫度范圍工作時，電流變化很小。電壓輸出采用差動信號方式，由2、3 引腳直接輸出，電阻R 為18K 普通電阻，D1、D2 為1N4148。傳感器電路原理如圖-2。.采樣值的

7、準確量化是溫控電路正常工作的關鍵，這里采用以下換算辦法來進行量化。設經過信號調理后的電壓為Ui，則Ui=(-10V,10V)已知10V 對應的溫度為55，10V 對應的溫度為125，易求得比例因數Kt0.111V/。Ui=-10V+溫度為0時，T55（即相對于55的變化量）。圖-2傳感器電路原理圖 Ui 轉換為數字量后，每個數字量對應電壓值為4.883mV，（由12 位AD，滿量程20V 可得），用Ks 表示。可求得數字量變化與溫度變化的對應關系：（0.111V/）/（4.883mV/數字量）22.73 數字量/當0時，AD 輸出的數字量D0 = 0+5522.73 數字量/125004E2H

8、。最后可以得到，U=0.01t2. 數字量產生與譯碼顯示模塊 硬件組成本電路包括兩片74LS192可逆計數器，CC4513共陰七段碼顯示器，組成一個2位數碼顯示電路及由兩片AD7533實現D/A轉換，還有LM324集成運算放大器，74LS00與非門。 (1) 譯碼顯示部分由兩個74LS192產生從0-99的十進制數字量，74LS192的邏輯圖及引腳圖如圖-5，75LS192是同步十進制可逆計數器，具有雙時鐘輸入，挺尸具有清零、置數功能。如圖-6接線通過控制CPu和CPd實現了兩位十進制可加可減計數功能，經譯碼后可實現與溫度顯示值的一一對應。圖-5:/PL為置數端,CPu為加計數端,CPd為減計

9、數端,/TCu為非同步進位輸出端,/TCd為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計數器輸入端,MR為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數據輸出端。Q0Q1Q2Q3 /BO /CO D0 D1 D2 D3CR CPu/LD CPd74LS19274LS192Vcc D0 CR /BO /CO /LD D2 D3 D1 Q1 Q0 CPDCPUQ2 Q3 GND74LS192圖-5 74LS192的引腳及邏輯圖Q0Q1Q2Q3 /BO /CO D0 D1 D2 D3CR CPu/LD CPd74LS192Q0Q1Q2Q3 /BO /CO D0 D1 D2 D3CR CPu/LD CPd74LS

10、1921圖-6譯碼顯示部分可采用CC4513七段顯示譯碼器，由于74LS192輸出有效電平為高電平，此處采用驅動共陰極結構的顯示器（LED）。在應用過程中，為了使電路能夠正常工作，一般要對顯示器采取限流保護措施。電路接線如圖-7。 圖-7CC4513CC4513(2) D/A轉換、放大采用集成芯片DAC0832作為數模轉換芯片，DAC0832是單片高速8位逐次比較型D/A轉換器，其引腳與工作原理圖如圖-8。具有外接元件少，功耗低，精度高等特點， D/A轉換結果采用電流形式輸出。若需要相應的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現。運放的反饋電阻可通過9號端端引用片內固有電阻，也可

11、外接。圖-8DAC0832引腳功能；DI0DI7：數據輸入線。 ILE：數據鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效。 CS：片選信號輸入線，低電平有效。 WR1：為輸入寄存器的寫選通信號。 XFER：數據傳送控制信號輸入線，低電平有效。 WR2：為DAC寄存器寫選通輸入線。 Iout1:電流輸出線。當輸入全為1時Iout1最大。 Iout2: 電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數。 Rfb:反饋信號輸入線,芯片內部有反饋電阻. Vcc:電源輸入線 (+5v+15v) Vref:基準電壓輸入線 (-10v+10v) AGND:模擬地,摸擬信號和基準電源的參考地. DGND:數字地,兩種地線在基準

12、電源處共地比較好. DAC0832輸出的是電流，一般要求輸出是電壓，所以還必須經過一個外接的運算放大器轉換成電壓。實驗線路如圖-9所示。 LM324-+圖-93.比較模塊硬件組成： LM339LM339引腳與功能簡介 LM339集成塊內部裝有四個獨立的電壓比較器，該電壓比較器的特點是：1）失調電壓小，典型值為2mV；2）電源電壓范圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓為1V-18V；3）對比較信號源的內阻限制較寬；4）共模范圍很大，為0（Ucc-1.5V）Vo；5）差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；6）輸出端電位可靈活方便地選用。圖-10LM339集成塊采用C-14型封裝，圖-10為外

13、型及管腳排列圖。由于LM339使用靈活，應用廣泛，所以世界上各大IC生產廠、公司竟相推出自己的四比較器，如IR2339、ANI339、SF339等，它們的參數基本一致，可互換使用。LM339類似于增益不可調的運算放大器。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點），另一端加一個待比較的信號電壓。當“+”端電壓高于“-”端時，輸出端輸出高電位。當“-”端電壓高于“+”端時，輸出端輸出低電位。兩個輸入端電壓差別

14、大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉換到另一種狀態(tài)，因此，把LM339用在弱信號檢測等場合是比較理想的。LM339的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。因為當輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。 VCC本次課程設計采用如下接線原理：10K5.1KLM33910K圖-114. 聲光報警模塊硬件組成本電路包括555定時器、蜂鳴器、發(fā)光二極管等其它電子原件。 555定時器是中規(guī)模集成電路，利用 它可

15、以方便的構成脈沖產生電路。利用這一點可將其利用在本課題的報 警發(fā)生電路中。 555的引腳圖如圖-12所示。 圖-12表一 555定時器功能表輸 入輸 出UI1UI2RDU0V狀態(tài)XX00導通2/3VCC1/3VCC10導通2/3VCC1/3VCC11截止1/3VCC1不變不變報警電路原理圖如圖-13 所示，由555定時器組成的多諧振蕩電路所構成的報警電路。多諧振蕩環(huán)節(jié)，電源通過兩個電阻對電容充電，當電容兩端電壓沖至2/3Ucc時，輸出U0跳低電平，D腳導通，電容通過電阻放電，當放至小于1/3Uo時，輸出又跳高電平。如此循環(huán)往復形成多諧振蕩。此報警電路通過/R端控制555定時器的工作與否，當給/

16、R端高電平時，電路工作，由預先計算好的振蕩頻率使發(fā)光二極管發(fā)光，揚聲器發(fā)聲。信號由/R端控制；輸出脈沖由OUT端輸出。電路正常工作是，要求輸入脈沖的脈沖寬度一定要小于Tw，若脈寬大于Tw，要加RC微分電路在輸入端。Vcc20K30KR110uF2K48483775KVo1555(II)555(I)3225uF1561560.01uF0.1uF0.01uF圖-13 報警電路原理圖該部分電路圖的工作原理電路由兩個555多諧振蕩器組成，第一個振蕩器的振蕩頻率為12Hz時，第二個振蕩器的振蕩頻率為1000Hz。將第一個振蕩器的輸出(3腳)接到第二個振蕩器的復位端(4腳)。在輸出高電平時，第二個振蕩器振

17、蕩;輸出低電平時，第二個振蕩器停振。這樣，蜂鳴器將發(fā)出間隙聲響。 四、相關參數的計算1. 電壓比較單元電壓比較器選用LM339,+5V供電，上拉電阻R為5.1k。2. 譯碼及顯示單元譯碼器用CC4513，顯示器采用七段顯示器，限流電阻R=1k，LED用共陰極接法。3.DAC單元設定Vref為10V，兩個DAC0832接電位器作為反饋電阻。輸出模擬電壓可調，設計中得到099分別對應輸出電壓：-Uo=(R3/R1)Vi1+(R3/R2)Vi2Uo=0.235x(10x0.235)=2.58V4.報警電路部分電路振蕩周期TT=T1+T2=0.7(R1+2R2)CLED部分：f=2HZ=65.8%揚聲

18、器部分：f=1190HZ=58.3%5.溫度檢測部分： LM35輸出電量與溫度的關系是U=0.01t 0V=U=0.99V 經同相放大器放大：Uo=(1+(R2/R1)U R2=20K，R1=10K Uo=3x0.99=2.9V 這與DAC轉換出來的2.6V為一個電壓等級。五、元器件清單序號編號器件名稱數量數值1R電阻15.1K2R1電位器110K3R2電位器12K4R3電阻120K5R4電阻12K6R5電阻15K7R6電阻110K8R7電阻15K9R8電阻13K10R9電阻110K11R10電阻12K12R11電阻12K13R12電阻11K14C1X碳膜電容10.01uF15C2X碳膜電容10.01uF16C1電解電容15uF17C2電解電容10.1uF18C3電解電容110uF19C4電解電容110uF20蜂鳴器121發(fā)光二極管12255512374LSOO二輸入與非門12474LS192十進制計數器22574LS48譯碼器22674LS324運放227LG5011AH顯示器228DA