温度控制报警电路

电子综合设计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月目 录一、 设计任务与要求2二、方案设计与论证3三、单元电路设计与参数计算43.1时钟脉冲产生模块43.2电压比较模块63.3计数模块73.4逻辑电路模块8四、总原理图及元器件清单10五、性能测试与分析125.1正常温度125.2.适当温度135.3.温度过高145.4.总体的原理图145.5 PCB原理图155.6 PCB板图15六、结论与心得16参考文献17温度控制报警电路的设计1、 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。暂稳态的维持时间，即输出Vo的正向脉冲宽度T10.7(R1+R2)C；暂稳态的维持时间，即输出Vo的负向脉冲宽度T20.7R2C。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）C3.2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uIU2时：U2A的输出端为低电平， U3A的输出端为低电平。3) 当U1 uI U2时：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3.5 74LS160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3.7 2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0-5001R12常规电阻1001R25常规电阻5001R26常规电阻100K1R27常规电阻5K1U2A差分放大器LM324N1U3A差分放大器LM324N1U1非门NOT1U13非门NOT1U14非门NOT1U4与门AND21U7与门AND21U8与门AND21U12与门AND21U10或非门NOR21U11或门7432N1U15或门7432N1LED1LED灯绿1LED3LED灯红1U6集成电路74LS1601U5七段数码管DCD_HEX_GREEN1A1555定时器555_VIRTUAL1C1电容100nf1C2电容5nf1五、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012345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01234567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5.5 PCB原理图5.6 PCB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