温度测量数显控制仪设计.doc

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河北学院
课程设计说明书
(学年第二学期）

课程名称 ： 电子技术课程设计
题 目 ： 温度测量数显控制电路
专业班级 :
学生姓名 :
学 号：
指导教师 ：
设计周数 ： 2周
设计成绩 ：

课程设计
评 语

课程设计
成 绩

指导教师
(签字）

年 月 日

目录

一、 绪论

二、设计目的

三、设计主题
（方案Ⅰ与方案Ⅱ)
1、 方框图
2、 设计
3、 制作

四、结论

附件
元件清单

一、绪论
主要说明以7107为核心的数字式温度控制器的设计.主要由五部分组成:数码管显示预设温度和实测温度，A/D转换器实现数模信号的相互转换；预置电路和实测电路来预置温度和测量温度.控制电路则用来控制预设与实测之间的转换,此部分是一个电压比较器以LM324为主.供电部分为偏执电路，直流稳压电源5V。

二、设计目的
设计任务:温度显示/控制电路设计
设计要求:该设计电路测量温度的范围为0到100℃，能够对温度值预置、测量进行数字显示和温度控制.
可选用器件：集成电路、LM324、CD4013、CD4066、LM7107、共阳数码管、发光二极管、电阻、电容、开关按钮等

三、设计主题
方案Ⅰ
1、方框图

2、方案分析
热敏电阻的电阻值会随着外界温度的变化而变化,并近似为线性变化.利用这种关系，可以组成温度测量电路。从这个电路中将会得到随外界温度变化而变化的带有当前温度特征的电压信号。
温度测量电路模块输出的电压信号的伏值一般较小，不能直接用于后续电路模块的输入信号。因此,要在温度测量电路后面加上电压放大电路。将温度测量电路输出的带有当前温度特征的电压信号进行放大,使得输出的电压伏值能够满足后续电路模块的输入要求，选择LM324。
放大电路模块输出地电压信号分为两路：一路直接用于数字显示电路模块的输入信号,从而得到直观的温度数据。另一路将输出的电压信号作为继电器驱动电路模块中的电压比较器的一个输入信号。
温度控制电路模块的输出电压信号也分为两路:一路直接送到数字显示电路模块的输入端，这样既可以显示当前要设的温度值.另一路送入继电器驱动电路模块中的电压比较器的另一个输入端，与放大电路的模块输出的电压信号进行比较,，从而由这两电路输入的电压信号决定电压比较器的输出电压信号。
电压比较器的输出电压信号由其两路输入电压信号所决定.当两路输入信号输入的电压相等时，则继电器驱动电路模块工作，从而控制外界温度的变化，并将电路变化结果输入到数字显示电路模块中.
数字显示电路模块的输出显示内容，由其输入的电压信号所决定，并且其输出显示的段码数字与输入的电压信号呈现一定的线性关系。这样就可以由输入的电压信号的伏值大小来控制其显示内容，从而得到当前温度下的数字输出显示，从而可以直观的得到当前的温度值。
当温度超过当前的设定值时，通过三极管供压放大带动风扇进行转动。
3、模块电路设计
（1）显示电路
先把电路接入A\D转换器7107,然后接入共阳极数码管,使模拟信号转换成数字信号。
7107是一块应用非常广泛的集成电路，它包含31/2位数字A/D转换器,可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等.制作时，数字显示数码管玮共阳型，2K可调电阻最好选用多圈电阻,分压电阻选用误差较小的金属膜电阻，其它器件选用正品即可.

（2)5V稳压电源
三端稳压器的通用产品有78系列（正电源）和79系列（负电源)，输出电压由具体型号中的后面两个数字代表，有5V，6V，8V,9V,12V,15V,18V,24V等档次。输出电流以78（或79）后面加字母来区分L表示0。1；AM表示0。5A，无字母表示1。5A，如78L05表求5V 0。1A.在使用时必须注意：(VI)和(Vo）之间的关系，以7805为例，该三端稳压器的固定输出电压是5V，而输入电压至少大于7V,这样输入/输出之间有2－3V及以上的压差。使调整管保证工作在放大区.但压差取得大时,又会增加集成块的功耗，所以，两者应兼顾，即既保证在最大负载电流时调整管不进入饱和，又不至于功耗偏大。 另外一般在三端稳压器的输入输出端接一个二极管,用来防止输入端短路时,输出端存储的电荷通过稳压器，而损坏器件。一般稳压管和稳压三级管的用途是一样的，都用于控制板电路的稳压．以防止电压过高烧毁电路输入与公共端之间，输出与公共端之间接电容，防止自激震荡。
(3）预置与测量
电流I为温度的函数 I=273+t,式中t为摄氏温度；电流I的单位为uA。I1用以抵制273uA的偏移量,所以第一级输出电压U=If×Rf1为与摄氏温度成正比的电压量。温度每变化1摄氏度，U变化10mA，第二级为同相比例运算电路，用以调整放大倍数，满足要求的电压温度当量。
预置电路和测量电路由CD4066串联发光二极管构成，并与控制器相连。CD4066每个封装内部有4个独立的模拟开关,每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子,其中输入端和输出端可互换。当控制端加高电平时，开关导通；当控制端加低电平时开关截止。模拟开关导通时，导通电阻为几十欧姆；模拟开关截止时，呈现很高的阻抗，可以看成为开路。模拟开关可传输数字信号和模拟信号,可传输的模拟信号的上限频率为40MHz。

（4）
①控制电路
控制电路由D触发器构成的CD4013双向开关起控制作用,按下按键电路导通+5v电源供电，控制开关控制预置或测量电路的导通或截止。当测量温度小于预置温度时，Q非=1，测量电路导通，使升温；当测量温度大于预置温度时，Q=1,预置电路导通,使降温。
②控制开关CD4066
CD4066每个封装内部有4个独立的模拟开关,每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子,其中输入端和输出端可互换.当控制端加高电平时，开关导通；当控制端加低电平时开关截止。模拟开关导通时，导通电阻为几十欧姆；模拟开关截止时，呈现很高的阻抗，可以看成为开路。模拟开关可传输数字信号和模拟信号，可传输的模拟信号的上限频率为40MHz。各开关间的串扰很小，典型值为－50dB。

(5)选器件及其参数　
①　LM324放大电路
LM324系列器件为价格便宜的带有真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。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下,静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-"为两个信号输入端，“V+”、“V—”为正、负电源端,“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反;Vi+（+)为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同.

②　CD4066
CD4066每个封装内部有4个独立的模拟开关，每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子，其中输入端和输出端可互换.当控制端加高电平时，开关导通；当控制端加低电平时开关截止。
③　CD4013
CD4013是一双D触发器，由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和Q及Q输出，此器件可用作移位寄存器,且通过将Q输出连接到数据输入，可用作计算器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。置位和复位与时钟无关,而分别由置位或复位线上的高电平完成。一个D有6个端子:2个输出，4个控制。4个控制分别是R、S、CP、D。R和S不能同时为高电平.当R为1、S为0时，输出Q一定为0,因此R可称为复位端。当S为1、R为0时，输出Q一定为1。当R、S均为0时,Q在CP端有脉冲上升沿到来时动作，具体是Q=D,即若D为1则Q也为1，若D为0则Q也为0。

④　7107
7107是一块应用非常广泛的集成电路，它包含31/2位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等.制作时， 2K可调电阻最好选用多圈电阻，分压电阻选用误差较小的金属膜电阻。

方案Ⅱ

（电路图）

（1）　方案分析
预置电路和测量电路由CD4066串联发光二极管构成，并与控制器相连.CD4066每个封装内部有4个独立的模拟开关，每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子,其中输入端和输出端可互换.当控制端加高电平时，开关导通;当控制端加低电平时开关截止。模拟开关导通时，导通电阻为几十欧姆;模拟开关截止时,呈现很高的阻抗，可以看成为开路。模拟开关可传输数字信号和模拟信号，可传输的模拟信号的上限频率为40MHz。电流I为温度的函数 I=273+t，式中t为摄氏温度；电流I的单位为uA.I1用以抵制273uA的偏移量，所以第一级输出电压U=If×Rf1为与摄氏温度成正比的电压量。温度每变化1摄氏度，U变化10mA,第二级为同相比例运算电路,用以调整放大倍数，满足要求的电压温度当量。

（2）控制电路
控制电路由D触发器构成的CD4013双向开关起控制作用，将电路接到控制器上，控制导通或截止 .电源供电，用控制开关控制电路的导通或截止。当测量温度小于预置温度时，Q非=1,测量电路导通，开始升温；反之，则Q=1，预置电路导通，开始降温。

3、选器件及其参数
（1)温度采集器AD590
AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源.AD590的测温范围为-55℃～+150℃。AD590的电源电压范围为4V～30V。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可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高,在-55℃~+150℃范围内，非线性误差为±0。3℃。我们认为它的这些特性完全可以满足于我们的设计要求。
（2)LM324放大电路
同方案Ⅰ中LM324放大电路说明。

5、焊接调试过程
（1）焊接
先将PCB版图转印，将转印好的板腐蚀.将板浸泡在10：1的氯化铁溶液里，使其充分接触，搅拌溶液使其腐蚀加快，待其将多余的铜完全腐蚀干净后擦之干净。然后按照图纸打孔,将孔打完擦拭干净便可上酒精松香溶液,上溶液之前要用细砂纸将又痛部分打磨干净，为防止其再次氧化，打磨干净后立即上松香酒精溶液。注意不要将孔堵住，涂抹完毕后，待其晾干后便可上元件。按照版上的要求焊接各个元件，焊接时一定要轻拿轻放，不焊接时将烙铁放在烙铁架上，以免灼伤别人，若长时间使用时应切断电源，防止烙铁头老化.不能用电烙铁敲击工件。焊接时蘸些松香再熨烫焊锡，烙铁头上焊锡不能随便乱甩。器件焊接顺序按照器件封装的高度,从低到高焊接：先焊色环电阻、然后电容、集成块、电阻.焊接时间再保证湿润的前提下，尽可能短，一般不超过3秒。焊接时若发生焊锡连在一起的现象,可用焊头蘸些松香直接熨烫焊锡,将多余焊锡蘸下。焊接时尽量用焊锡包住插头，出现一个小山峰的形状，防止出现虚焊，使其不导电,焊接时保持焊头上有适量焊锡，使工件受热均匀。
（2）调试
调试依据：电路原理图
调试过程与步骤：正负5v电源连接，对照原理图和系统方案，对每个功能模块进行调试，如测量或预置电路导通则相应的发光二极管 则变亮。也可对滑动变阻器进行调试.调试时应注意：调试前要熟悉各仪器的使用方法,并仔细加以检查，避免由于仪器使用不当或出现故障时做出错误判断.测量用的仪器的地线和被测电路的地线连在一起,只有使仪器和电路之间建立一个公共参考点，测量的结果才是正确的.调试过程中，发现或接线由问题需要更换或修改时应该先关断电源，待更换完毕经认真检查后才可重新通电。通电时，手不要离开电源，发现电路板有异常要迅速切断电源，防止烧坏电路板.

四、结论
软件和硬件的设计已经基本完成，数字温度控制器在功能上符合设计的要求。测量电路通过对比温度传感器测量值和预设值的大小，通过A\D转换器7107将模拟信号转成数字信号输出。当测量值小于预置值时，电键闭合，升温；当测量值大于预置值时,电键断开，降温。从而使测量值接近等于预置温度值.
本人在王老师指导下,基本完成课程设计。通过两周的学习和动手制作,受益颇多。不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识,也发现了许多自己的不足。
设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下,伙伴的努力合作下,终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样,才能成功的做成想做的事,才能在今后的道路上劈荆斩棘,而不是知难而退,那样永远不可能收获成功，收获喜悦。
课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思,给了我莫大的空间.同时，设计让我感触很深.使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计,我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用仪器、仪表；了解了电路的连线方法;以及如何提高电路的性能等等，掌握了焊接的方法和技术。
在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。
六、附件
元件清单
材料名称
器件型号
数量
数码管
共阳极
3
A/D转换开关
LM7107
1
电子开关
CD4066
2
运放
LM324
2
D触发器
CD4013
1
微调电位器
W-1K
1
电位器
W—10K
2
发光二极管
红
2
发光二极管
绿
2
发光二极管
黄
2
二极管
IN4007
2
抗干扰电容
0。01UF
2
电容
0.1UF
2
电容
0.47UF
2
电容
100PF
1
电容
10UF
3
电子开关

1
电阻
10K
6
电阻
47K
1
电阻
1M
1
电阻
1K
5
电阻
100
1
发光二极管
2K
4
发光二极管
100
2

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