家用热水器控制器设计-综合电子实验报告

1、.PAGE ：.；电子电路实验实验总结报告 标题称号： 家用电热水器控制器 学生姓名： 学 号： 学生： 指点教师： 验收日期： 电工电子实验教学中心制PAGE 摘 要用清洁能源电能进展加热的 HYPERLINK baike.baidu/view/236735.htm t _blank 热水器被称作 HYPERLINK baike.baidu/view/185010.htm t _blank 电热水器。电热水器与 HYPERLINK baike.baidu/view/185022.htm t _blank 燃气热水器、 HYPERLINK baike.baidu/view/21294.htm

2、t _blank 太阳能热水器是目前市场上畅销的三大热水器种类。近年来，由于电热水器运用平安、用电方便快捷、加热迅速、价钱廉价等方面的优势，人们对电热水器喜欢甚佳，市场销售历年居首，目前电热水器几乎成为家用电器必备之一。本文引见一种储水式电热水器的控制器，其主要功能有进水设置与显示、进水控制、温度设置与显示、温度控制及自动报警等功能。本文先引见了家用电热水器控制器总体方案设计，按照功能及技术性能目的要求，采用自上而下的设计方法对进水控制器和温度控制器的电路构造进展分析和设计，详细的引见了两种控制器的任务原理；接着引见了进水控制器的设计与仿真，进水控制器由水位预置电路、进水情况检测电路及电磁阀控

3、制电路等电路组成，用Multisim软件完成了对各部分电路的仿真检验，检验了进水控制器设计的正确性；接着对温度控制器设计进展引见，温度控制器由温度传感器电路、A/D转换电路、温度预置电路、加热器控制电路、时钟电路及数码管显示电路等电路组成，用软件Multisim完成了对各部分电路仿真检验，检验了温度控制器的设计的正确性；再对进水控制器硬件电路进展安装和调试，完成了进水控制器所要求的功能和技术目的。 因次，从控制器的电路设计和仿真的结果和电路的安装和调试的情况来看，本文所引见的家用热水器控制器的设计是胜利的，完全实现了所要求的目的，验证了电路的可行性。目 录 TOC o 1-3 h z u HY

4、PERLINK l _Toc356218952 第1章 热水器控制器整体设计 1 HYPERLINK l _Toc356218953 1.1 标题简介 1 HYPERLINK l _Toc356218957 1.2 功能及技术性能目的要求 1 HYPERLINK l _Toc356218959 1.3 进水控制器电路构造及任务原理 2 HYPERLINK l _Toc356218960 1.4 温度控制器电路构造及任务原理 3 HYPERLINK l _Toc356218966 第2章 进水控制器电路设计与仿真 5 HYPERLINK l _Toc356218967 2.1 水位预置电路 5

5、HYPERLINK l _Toc356218968 2.1.1 手动脉冲信号产生电路 5 HYPERLINK l _Toc356218969 2.1.2 预置编码电路 5 HYPERLINK l _Toc356218970 2.1.3 译码驱动显示电路 6 HYPERLINK l _Toc356218970 2.1.4 仿真结果 7 HYPERLINK l _Toc356218975 2.2 进水情况检测电路 8 HYPERLINK l _Toc356218968 2.2.1 电路设计 8 HYPERLINK l _Toc356218969 2.2.2 仿真结果 9 HYPERLINK l _

6、Toc356218975 2.3 电磁阀控制电路 9 HYPERLINK l _Toc356218968 2.3.1 优先编码电路设计 9 HYPERLINK l _Toc356218969 2.3.2 形状比较电路设计 9 HYPERLINK l _Toc356218970 2.3.3 继电器开关电路设计 10 HYPERLINK l _Toc356218970 2.3.4 仿真结果 11 HYPERLINK l _Toc356218975 2.4 进水控制器仿真结果 11 HYPERLINK l _Toc356218966 第3章 温度控制器电路设计与仿真 14 HYPERLINK l _

7、Toc356218975 3.1 温度传感器电路 14 HYPERLINK l _Toc356218976 3.1.1 温度/电压变换电路 14 HYPERLINK l _Toc356218970 3.1.2 丈量放大器电路 15 HYPERLINK l _Toc356218970 3.1.3 仿真结果 15 HYPERLINK l _Toc356218975 3.2 A/D转换电路 16 HYPERLINK l _Toc356218968 3.2.1 电路设计 16 HYPERLINK l _Toc356218969 3.2.2 仿真结果 17 HYPERLINK l _Toc3562189

8、75 3.3 温度预置电路 17 HYPERLINK l _Toc356218968 3.3.1 手动脉冲产生电路设计 17 HYPERLINK l _Toc356218969 3.3.2 计数器电路设计 18 HYPERLINK l _Toc356218969 3.3.3 仿真结果 19 HYPERLINK l _Toc356218975 3.4 加热器控制电路 19 HYPERLINK l _Toc356218975 3.5 时钟电路 21 HYPERLINK l _Toc356218968 3.5.1 电路设计 21 HYPERLINK l _Toc356218969 3.5.2 仿真结

9、果 22 HYPERLINK l _Toc356218975 3.6 数码管显示电路 23 HYPERLINK l _Toc356218975 3.7 温度控制器仿真结果 23 HYPERLINK l _Toc356219007 第4章 家用电热水器控制器测试 25 HYPERLINK l _Toc356219008 4.1 水位预置情况 25 HYPERLINK l _Toc356219009 4.2 进水情况检测情况 25 HYPERLINK l _Toc356219008 4.3 电磁阀控制情况26 HYPERLINK l _Toc356219009 4.4 温度传感器情况 27 HYP

10、ERLINK l _Toc356219008 4.5 A/D转换电路情况 27 HYPERLINK l _Toc356219008 4.6 温度预置情况 28 HYPERLINK l _Toc356219008 4.6 加热器控制情况 28 HYPERLINK l _Toc356219013 实验总结 29 HYPERLINK l _Toc356219013 参考文献 30 HYPERLINK l _Toc356219013 附 录 31 HYPERLINK l _Toc356219009 附录一 家用电热水器控制器进水控制器元器件明细表 31 HYPERLINK l _Toc35621900

11、8 附录二 家用电热水器控制器进水控制器实物照片 32 HYPERLINK l _Toc356219008 附录三 实验日志 33 热水器控制器整体设计1.1 标题简介 以清洁能源电能进展加热的热水器称为电热水器。由于对环境无污染，能源充足，呼应快，用热水方便，安装简单，因此颇受青睐。当前，市场上销售的电热水器主要有三种： 容积式。按照安装方式可分为壁挂横式式电热水器和落地式竖式热水器，壁挂式电热水器容积通常为40L-100L，落地式热水器容积通常为100L以上。家用储水式电热水器具有安装方便，出水量大，水温稳定等特点，但传统的储水式电热水器加热速度慢，等待时间较长。即热式。 HYPERLIN

12、K baike.baidu/view/1448599.htm t baike.baidu/_blank 即热式电热水器普通需2030A的电流，即开即热，水温恒定，制热效率高，安装空间小。具有可以即开即热，省时省电，节能环保、体积小巧、水温恒定等诸多优点。速热式。普通容量在6L30L，加热功率较大，约为3.5KW及以上。加热时间较短，1次预热，即可延续供应热水，无运用人数限制。具有机械衡温、全自动智能恒温两种保温方式，维护措施较好，运用平安可靠。近年来，随着电热水器在平安、节能、加热、出水量等方面不断改良，越来越遭到人们的青睐，市场销售历年继续增长。另外，中国未来的电热水器的研发需求还包括平安可

13、靠、节能、低碳环保、温馨安康、产品构造晋级、建筑一体化以及智能化七个方面。因此，家用电热水器将是家庭的家用电器中必备电器产品之一。 HYPERLINK baike.baidu/picture/185010/185010/9812471/c9fcc3cec3fdfc03958a150dd63f8794a5c22690?fr=lemma&ct=cover t _blank 此标题结合学生曾经掌握的模拟电子技术、数字电子技术实际知识和实验技艺，以模拟集成电路和数字集成电路为中心器件，由学生自主完成一种全自动的储水式电热水器控制器的研制。该控制器可实现对热水器的进水阀门和加热器的自动控制，并提供必要的

14、平安、报警等功能。1.2 功能及技术性能目的要求家用电热水器控制器包括进水控制和温度控制两部分，它们之间的电路构造相对比较独立。其功能及技术性能目的要求如下：进水控制：1水位预置：从低到高，共5级；2水位预置指示：红色发光二极管，5个，最上面指示最高水位，最下面指示最低水位；3进水情况检测：从低到高，共6级，其中包括1个水位溢出检测；4进水情况指示：绿色发光二极管，5个，最上面指示最高水位，最下面指示最低水位；5控制进水电磁阀输出端口：1个，开关量，高电平有效；6电磁阀吸合及水位溢出指示：双基色发光二极管，红色亮表示水位已到达溢出位置，绿色亮表示电磁阀吸合。7形状指示一：双基色发光二极管，红色

15、亮表示控制器任务在水位预置形状，绿色亮表示控制器任务在进水形状；温度控制：8温度预置及检测范围：0 50 ；9温度丈量误差： 1 ；10温度显示方式：LED 数码管，两位；11控制加热器输出端口：1个，高电平有效；12形状指示二：双基色发光二极管，红色亮表示控制器任务在温度预置形状，绿色亮表示控制器任务在加热形状。1.3 进水控制器电路构造及任务原理进水控制器电路由水位预置电路、进水情况检测电路、电磁阀控制电路及电磁阀组成，其电路构造如图1.1所示。图1.1 进水控制器电路构造框图进水控制器由三部分电路共同协调完胜利能，该控制器具有两种任务方式，即预置水位方式和进水方式，可经过预置/进水按键开

16、关进展方式的选择。 当开关处于水位预置形状时，预置形状指示灯亮，按动手动脉冲电路中的脉冲按键，将会产生单个脉冲，由于按动开关会有抖动，因此手动脉冲电路曾经利用SR触发器进展消抖，脉冲电路产生的脉冲送至预置编码电路，预置编码电路那么开场对电路形状进展编码。由于水位总共五个水位档，因此，预置编码电路产生的四位二进制码为00010101，预置编码电路把输出的二进制码送至译码驱动电路，译码驱动电路对代码进展译码，使之对应的端口以低电平输出，再经过与门的逻辑控制，驱动预置水位指示灯从低水位档向高水位档依次点亮，指示当前所预置的水位高度。当水位到达第五档之后，再次按动脉冲按键，由于预置编码电路的循环编码，

17、因此水位预置又降为一档，那么一档对应指示灯亮。当开关处于进水形状时，进水形状指示灯亮，假设水箱中的当前水位低于所预置的水位时，形状比较电路输出高电平，经过导通三极管，使继电器线圈电流足够大，使继电器吸合，进水电磁阀被接通并开场任务。随着水箱中的水位不断升高，放入水箱中的不同高度的微动开关被触发，进水情况指示灯也从开场从低水位档到高水位档依次被点亮，指示当前水箱中的水位高度，同时，优先编码器对微动开关电路的输出形状进展编码。由于运用的74148优先编码器，因此是低电平有效进展编码。当水箱中的水位高度和预置水位高度相等时，形状比较电路那么输出低电平，三极管截至，继电器断开，电磁阀电路被断开而停顿任

18、务。假设当前水位曾经到达预置水位时，且电磁阀还没有停顿任务，即电路出现缺点，那么当水位到达溢出水位高度时，触动到溢出微动开关，强行使继电器电路断开，停顿了电磁阀任务，因此可以防止发生水位过高而溢出景象，对热水器具有维护功能。1.4 温度控制器电路构造及任务原理温度控制器电路由温度传感器电路、A/D转换电路、温度预置电路、加热器控制电路、数码管显示电路、时钟电路及加热器等组成，其电路构造如图1.2所示。温度控制器由以上七部分组成，完成温度预置和加热的控制。该控制器有两种任务方式，即温度预置方式和加热方式，可以经过预置/加热开关按键进展方式的选择。当开关处于温度预置形状时，按动脉冲按键，手动脉冲产

19、生电路产生单个脉冲，由于按键按动时有抖动，因此，手动脉冲产生电路用SR触发器进展消抖。产生的脉冲送至计数器，计数器对脉冲进展计数，计数器由两片74160组成100进制计数器，由于温度传感器检测温度为050，因此，在这里，计数器的计数为050，计数器产生两组8421BCD码，送至LED数码管进展显示，以表示所预置的温度。当开关处于加热形状时，为了保证平安，水箱中的水位一定要高于下限水位。否那么无论电路什么情况，加热器也不会任务。首先，温度传感器电路将0 50水温信号转换成0 5 V电压信号，温度传感器电路以电桥的方式衔接，经过电桥转换为差模信号，并经过丈量放大器进展放大，这样有利于抑制共模，放大

20、差模，减少外界共模的干扰，放大温度的差模信号。温度传感器电路输出给A/D转换电路将模拟电压转换成8位二进制代码放于存放器中。然后，代码转换电路将存放器中的代码转换成两组8421BCD码，送至LED数码管进展显示，以表示当前水箱中的水的温度。假设水箱中水的温度低于所预置的温度，形状比较电路那么输出高电平，三极管导通，继电器线圈的电流足够大，继电器开关吸合，加热器电路接通且开场任务。随着水箱中的水的温度逐渐升高，LED数码管显示的当前温度也在逐渐添加。当水箱中的水的温度和所预置的温度相等时，形状比较电路输出低电平，三极管截至，继电器开关断开，加热器电路断开而停顿任务。假设是加热器处于任务形状时，水

21、箱中的水位低于下限水位，电路将发出报警信号，报警指示灯闪烁，并经过逻辑控制使三极管截至，继电器开关断开，以防止水箱烧干而出现事故的景象发生，因此对加热器具有维护作用，使之平安，可靠的任务。图1.2 温度控制器电路构造框图进水控制器电路设计与仿真2.1 水位预置电路2.1.1 手动脉冲信号产生电路手动脉冲信号产生电路由脉冲按键K1、电阻R1100K和R2100K、两输入与非门U1B和U1C及5V电源VDD组成，如图2.1所示。其中U1B和U1C组成SR触发器，以消除按键的抖动，每按动一次K1，手动脉冲产生电路就输出一个脉冲信号。图2.1 手动脉冲信号产生电路图2.1.2 预置编码电路预置编码电路

22、由电阻R3100K、十进制加法计数器U274HC160、两输入与非门U1A和5V电源VDD组成，电路如图2.2所示。74HC160用置数法接成五进制计数器，在CLK端有输入脉冲信号情况下，输出端QCQBQA将依次循环输出5个二进制代码，分别是001 101。图2.2 预置编码电路图图中，电阻R4100K和预置/进水开关按键K21属于控制电路中的一部分。按K21，使得U274HC160的ENT端为高电平常，U274HC160任务在计数形状；否那么，U2处于坚持形状。2.1.3 译码驱动显示电路其中水位指示灯LED1 LED5按照从低到高的位置安放，用于指示水箱的预置水位。其电路图如图2.3所示。

23、图2.3 译码与驱动电路译码驱动显示电路由电阻R10，两输入与门U4，四线十线译码器U3和5V电源VDD组成。图中，电阻R5100K和预置/进水按键K21属于控制电路中的一部分。当按开关K21时，使得U3的D端为低电平，在U3的输入端C、B、A依次输入001 101，U3的输出端将对应的端口置为低电平，经过与门的逻辑电路，将控制LED1LED5的阴极电位，LED为共阳接线，当LED的阴极电位为低电平常，对应的LED灯被点亮。由于有与门的逻辑电路，高一级的水位指示灯亮时，其低级的一切水位指示灯均亮，当水位设置最高档时，五个水位指示灯全亮。而当U3的D端为高电平常，驱动电路输出那么全部为高电平，经

24、过与门逻辑链路后，LED灯的阴极电位均是高电平，因此LED1 LED5全灭。2.1.4 仿真结果水位预置电路如图2.4所示。图2.4 水位预置电路图水位预置电路仿真操作、分析过程如下：1按下预置/进水选择开关K21按键，其输出低电平，那么U3的D端输入为低电平，U2的ENT端为高电平。U2的计数器开场任务，处于计数形状，U3也处于001101的译码形状。且预置指示灯的阴极电位为低电平，因此，预置指示灯亮。2延续按动K1按键，那么手动脉冲电路延续产生脉冲输出,预置编码电路在输入脉冲的作用下开场对电路形状进展编码。同时，译码与驱动电路进展译码之后送至显示电路，显示电路中的LED1 LED5在与门的

25、逻辑输出下,依次被点亮，五个脉冲之后,由于计数器接成五进制循环计数器，因此在下一个脉冲之后，电路形状又变为一，水位指示为最低水位，以此循环。3当K21按键被抬起，其输出高电平，预置编码电路那么处于坚持形状,译码与驱动电路的输出不在001101范围内，因此对应的输出端口为高电平，经过与门逻辑判别后，LED的阴极均为高电平，LED1 LED5全部熄灭。 经过上述分析之后，对电路进展仿真，发现仿真结果和上述情况符合，阐明水位预置电路仿真结果正确。2.2 进水情况检测电路2.2.1 电路设计进水情况检测电路由微动开关电路和进水情况指示电路两部分组成，如图2.5所示。微动开关电路包括电阻R6 R11和开

26、关K36位，其中K31为水位下限开关，K35为水位上限开关，K36为溢出开关。进水情况指示电路包括进水形状指示灯，进水水位指示灯LED6LED10,其中LED6 LED10采用共阳极衔接方法，从低到高放置，指示水箱中当前的水位情况。图2.5 进水情况检测电路开关电路输出端与LED6 LED10的阴极衔接在一同，其输出低电平有效。当水箱中的水位到达下限位置时，进水形状指示灯接通，阴极电位为低电平，进水指示灯亮；到达上限位置时，水位一至五水位指示灯全接通，LED6 LED10全部都亮；当到达溢出位置时，微动开关K36接通，产生溢出信号，并传送到控制电路，此时LED12亮红色，预示水位溢出报警。图中

27、，电阻R14100K和预置/进水开关按键K22属于控制电路中的一部分。当按下K22，使其接地，电路那么处于任务形状，进水指示灯亮，进水水位指示灯根据当前水位情况点亮；否那么，处于电路非任务形状，进水形状指示灯灭，进水水位指示灯全部熄灭。2.2.2 仿真结果当按下开关K22时，使其接地，分别接通进水水位指示灯，那么LED6LED10依次点亮；当K36接通时，那么产生溢出信号，低电平有效，此时LED12亮红色，发出报警信号，阐明仿真结果正确。2.3 电磁阀控制电路2.3.1 优先编码电路设计 优先编码电路由R15100K,8线3线优先编码器U774HC148，非门U6，和5V电源组成。图2.6 优

28、先编码电路图中，当微动开关对应的开封锁合时，开关输出低电平，于微动开关电路的低电平信号送至编码电路，U7便进展编码，由于编码是输入和输出均是低电平有效，因此需求用非门U6将U7输出的编码反码变成原码，以便送至比较电路进展比较。由于开关微动电路输出的最高为第五档为低电平，因此该编码电路的输出为001101。2.3.2 形状比较电路设计形状比较电路由比较器U54585和电阻R13100K、R14100K及5V电源VDD组成。图2.7 形状比较电路图中，预置/进水按键K22属于控制电路中的一部分。预置编码电路的输入和优先编码电路的输入送至U5，当预置/进水按键处于进水形状且预置编码电路的输入大于优先

29、编码电路的输入时，U5才输出高电平，即形状比较电路输出高电平，假设是预置编码电路的输入小于优先编码电路的输入，即是说，预设置的水位低于当前水位或形状开关K22处于预置形状这两种情况时，形状比较电路均会输出低电平。2.3.3 继电器开关电路设计继电器开关电路由继电器J1、二极管D1、三极管T1、非门U6、与非门U1D,及电阻R16100K和5V电源VDD组成。其组成如图2.8。图2.8 继电器开关电路图中，继电器开关电路由形状比较电路和溢出开关的形状决议其输出，当水位为到达溢出水位时，即溢出水位开关未闭合时，该电路那么由形状比较电路决议，当形状比较电路输出为高电平常，三极管导通，继电器的线圈有足

30、够大的电流，继电器开关吸合，电磁阀电路接通，电磁阀开场任务。当形状输出电路输出为低电平常，三极管截至，继电器断开，电磁阀开关电路断开，电磁阀停顿任务。假设是溢出开封锁合，输出为低电平送至继电器开关电路时，无论形状比较电路的输入形状如何，三极管均会截至，继电器开关断开，电磁阀停顿任务。2.3.4 仿真结果电磁阀控制电路如图2.9所示。图2.9 电磁阀控制电路图电磁阀控制电路仿真操作、分析过程如下：水位预置形状时，比较器输出低电平，送至电磁阀控制电路，三极管截至，继电器断开，电磁阀不任务。 2水位检测形状时，假设预置编码电路输入比微动开关电路的输入大时，形状比较电路输出高电平，三极管导通，继电器吸

31、合，电磁阀任务。 3水位溢出时，溢出水位开封锁合，输出低电平，三极管截至，继电器断开，电磁阀不任务。上述情况阐明，电磁阀控制电路仿真结果正确。2.4 进水控制器仿真结果进水控制器电路如图2.10所示。图2.10 进水控制器电路图 进水控制器电路仿真操作、分析过程如下：1将选择方式开关打到预置形状，即按下K2按键，预置水位指示灯LED111亮红色，表示进水控制器任务在水位预置形状；2按动脉冲按键K1按键，水位指示灯依次亮，表示水箱中的水位预置到了该水位位指示灯所表示的水位；3将选择方式开关打到进水形状，即K2抬起，进水指示灯LED112亮绿色，表示进水控制器任务在进水形状。此时，假设水箱中的当前

32、水低于预置水位，那么LED12亮绿色，表示电磁阀任务，给水箱加水；4随着电磁阀任务，水箱中的水位逐渐上升，当当前水位等于预置水位时，那么LED12灭绿色，表示电磁阀不任务，不给水箱加水；5在LED12亮绿色时，即电磁阀任务，将K36合上，那么LED12亮红色，表示水箱中的储水曾经到达溢出位置，阐明形状比较电路出现缺点。此时，继电器会自动断开，强行停顿电磁阀任务。上述情况阐明，进水控制器电路仿真结果正确。第3章 温度控制器电路设计与仿真3.1 温度传感器电路3.1.1 温度/电压变换电路温度变化用铂热电阻Pt100检测，铂热电阻对应温度变化见表3.1。表3.1 铂热电阻Pt100分度简表温度03

33、550电阻值100113.61119.40由表3.1可知，温度在0 50范围内变化时，铂热电阻为100 119.40，铂热电阻阻值变化与温度关系为0.388。温度/电压变换电路采用电桥构造，由精细电阻R1R5 组成，如图3-1所示。其中，R4+ R5等效为铂热电阻，0时它的阻值应为100，所以R3也应取100。R4选用20精细电位器。由于桥臂任务电流限制在0.1mA以内，电压源VDD1选+12V。那么由， ，可得R1 = R2 =120K。图3.1 温度/电压变换电路图图中，电桥输出电压ui1约为10 mV，ui2的范围为10 mV12mV。该电压差，即差模电压信号将送至下一级的丈量放大器进展

34、放大。3.1.2 丈量放大器电路丈量放大电路由三个运算放大器U1A，U1B，U2A，电阻R6，R7，R8，R9，R10，R11，R12，和12V电源VDD组成，具有放大差模信号，抑制共模信号的作用。根据丈量放大器的任务原理进展计算有，第一级的放大倍数为：Au1=1+2R7/R6=101第二级放大倍数为：Au2=R10/R9=24总的放大倍数为：图3.2 丈量放大器电路图3.1.3 仿真结果温度传感器电路的仿真电路图如图3.3所示。用电位器替代铂电阻做温度的检测模拟，当调理电位器R5的电阻值时，使 R4+ R5 = 100 119.40，那么刚好对应铂电阻在模拟温度0 50的范围内变化时的电阻值

35、，经过电桥输出电压ui1的变化范围约为10 12mV，而而电桥的另一臂输出ui2恒为10mV。因此经过后面的丈量放大器的放大，最终uO的输出变化范围0 5V。阐明仿真结果正确。图3.3 温度传感器仿真电路图3.2 A/D转换电路3.2.1 电路设计A/D转换电路由A/D转换器和存放器组成，如图3.4所示。图3.4 A/D转换电路图图3.4中，A/D转换器芯片U2选用ADC0804，存放器U3选用74HC273。由于ADC0804需在在脉冲的作用下，才干启动转换，该控制中，温度变化的时间不快，因此不要求AD转换的频率很高，给AD加1HZ左右的脉冲频率即可。在时钟信号作用下，AD未放大电路的模拟电

36、压15V进展转换，输出八位二进制代码00000000 11111111，并将转换结果存放在存放器U3中再输出。发光二级管P0 P7的作用是显示A/D转换的结果，以便更加直观的察看AD转换结果。3.2.2 仿真结果A/D转换电路的仿真如图3.5所示。调理电位器RW，给AD转换器件U2的输入端输入0V 5V直流电压，经过察看发光二极管P0 P7的亮灭变化情况来了解AD转换情况。当U2输入为0V时，P0 P7全部熄灭，阐明U3输出为00000000；当U2输入为5V时，P0 P7全亮，阐明U3输出形状为11111111，经过仿真，发现结果正确。除此之外，也可以经过逻辑分析仪的波形察看A/D转换电路的

37、输出情况。图3.5 A/D转换仿真电路图3.3 温度预置电路3.3.1 手动脉冲信号产生电路设计 手动脉冲信号产生电路由电阻R17、R18，与非门U6A、U6B，脉冲按键KEY2和5V电源VDD组成。 图中，与非门U6A、U6B构成SR触发器，由于按键在按动时会有抖动，因此采用SR触发器可以消除抖动，当每按动一次脉冲开关K2时，SR触发器就会产生单个脉冲，将脉冲送至计数器。 图3.6 手动脉冲产生电路图3.3.2 计数器电路设计计数器电路如图3.7所示，该电路由两个十进制加法计数器U7和U874HC160、与非门U6D、电阻R19和5V电源VDD组成。其中，计数器U7、U8用置数法接成了五十进

38、制计数器。图3.7 计数器电路图图3.7中，电阻R20、预置/加热按键KEY11为控制电路中的一部分。当预置/加热按键KEY11打到VDD时，即电路处于预置形状，在手动脉冲电路输出的脉冲信号作用下，计数器将产生两组8421BCD码，其变化顺序应是00000000 - 01010000，即代表十进制050，表示预置的温度值为0 50；KEY11接到地一侧时，即电路处于加热形状时，计数器处于坚持形状，即使有脉冲输入也不再计数。3.3.3 仿真结果温度预置电路的仿真电路如图3.8所示。图3.8 温度预置电路的仿真电路图K11接到VDD时，LED1显示红色，表示预置形状。延续按动K2，计数器输出两组8

39、421BCD码，其变化顺序是0000000001010000，仿真结果正确。3.4 加热器控制电路加热器控制电路由代码转换电路、形状比较电路、选择电路、继电器开关电路、预置/加热按键K11和开关K12及报警电路等组成，控制器电路如图3.9所示。代码转换电路由可擦写存储器U4MC7C512组成。该电路的作用是将存放器输出的8位二进制代码转换成两组8421BCD码，以便送至形状比较电路和预置温度用8421BCD码表示进展比较，并送至数码管显示电路进展显示以表示实践的水的温度。形状比较电路由数据比较器U9、U1074HC85组成。该电路的作用是将预置电路的计数器输出的两组8421BCD码和代码转换电

40、路输出的两组8421BCD码进展比较。假设前者小于后者，那么该电路输出高电平，否那么，输出低电平。即是说当水箱中的当前水温低于预设置的温度时，形状比较电路输出高电平；否那么，输出低电平。选择电路由三态缓冲器U11、U1274HC541，预置/加热按键K11、K2，反相器U13C，双基色发光二极管LED1红色指示预置形状，电阻R20、R21和5V电源VDD组成。当预置/加热按键K11打到预置形状时，该电路将预置电路的计数器输出的两组8421BCD码送至数码管显示电路进展显示以表示预置的温度；当预置/加热按键K11打到加热形状时，该电路将代码转换电路输出的两组8421BCD码送至数码管显示电路进展

41、显示以表示当前水的实践温度。图3.9 加热器控制电路继电器开关电路由继电器J1，三极管T1，二极管D1，双基色发光二极管LED1绿色指示加热形状，电阻R21、R22和5V电源VDD组成。当三极管导通时，继电器线圈有足够大的电流，继电器开关吸合，双基色发光二极管LED1发出绿光表示加热形状。报警电路由按键K3，反相器U13B，与非门U6D，发光二极管LED2，电阻R23、R24和5V电源VDD组成。其中，K3是水箱中安顿的下限水位开关。当水箱中的水低于下限水位时，开关K3输出低电平，LED2在时钟脉冲的作用下闪烁报警，同时强行控制继电器开关断开，加热器电路断开而停顿任务，防止了发生烧干水箱的景象

42、发生，该电路对水箱具有维护功能，使之平安，可靠。 3.4.1加热器控制电路仿真及分析 将预置/加热开关打到预置形状，预置指示灯亮，在手动脉冲的作用下，数码管显示的数字逐渐添加，当设定到某一个值时，停顿手动脉冲的输入，数码管显示了当前的预置温度。再将开关打到加热形状，加热指示灯亮，假设此时显示的当前水的温度小于刚预置的水的温度时，加热器开场加热任务，随着调整检测电路的电位器时，数码管显示的当前温度逐渐上升，直到和刚预置的温度相等时，加热器停顿任务，假设调整电位器的值，使之当前的温度又小于预置的温度时，加热器又开场任务。当将下限水位开关打到低电平一端时，表示水位低于下限水位，继电器断开，加热器停顿

43、任务，并报警灯闪烁。上述情况阐明，该电路仿真结果正确。3.5 时钟电路3.5.1 时钟电路设计时钟电路由555定时器U5、电阻R15和R16、电容C1和C25v电源VDD组成，时钟电路如图3.10所示。其输出时钟信号频率为1Hz，分别送入A/D转换电路和报警指示电路。时钟信号的周期T、频率f的计算：图3.10 时钟电路图3.5.2 仿真结果将时钟电路的输出接入示波器，示波器显示的波形如图3.11所示。从图中可以看出，时钟信号的幅度为5V、频率约为0.9Hz，阐明仿真结果正确。图3.11 时钟电路输出波形图3.6 数码管显示电路数码管显示电路由两片三态缓冲器U11、U1274HC541和两个共阴

44、极十六进制LED数码管组成。该电路的作用是将送入该电路的二进制码以数码管数字的方式显示。3.7 温度控制器仿真结果温度控制器电路如图3.12所示。温度控制器电路仿真操作、分析过程如下：1当按下K1按键时，即开关打到预置形状，预置指示灯LED1亮红色，表示温度控制器任务在预置形状；2按动手动脉冲K2按键时，数码管U11、U12显示数字逐渐添加，表示预置的温度在添加； 3当将K1抬起，即开关打到加热形状时，调理电位器的值，使R4为最小值0，U11、U12显示数字为当前温度00，此时小于预置温度，LED1点亮绿色，表示加热器任务。随着增大电位器的值，当前的水的温度逐渐添加，数码管显示的数字逐渐添加，

45、当预置温度和当前温度相等时，LED1熄灭，假设此时改动电位器的值，使预置温度大于当前温度，LED1又被点亮绿色，此时假设K3接地，代表水位低于下限水位时，LED1又熄灭，同时报警指示灯闪烁，表示报警。上述情况阐明，该电路仿真结果正确。图3.12 温度控制器电路图第4章 家用电热水器控制器测试4.1 水位预置情况按预置/进水按键K2，使其处于预置形状，LED12亮红色，电路任务在水位预置形状。此时，按动脉冲按键K1，那么产生单个脉冲，察看预置水位指示灯变化情况，将测试结果填入表4.1中。表4.1 水位预置功能测试结果预置水位指示灯任务情况水位一LED1水位二LED2水位三LED3水位四LED4水

46、位五LED5亮亮亮亮亮测试结果分析： 当按动脉冲按键时，按动第一次，水位一指示灯亮，第二次，水位一和水位二亮，直到第五次按动手动脉冲时，五个水位指示灯都亮，表示预置水位到达水位五，再按动一次手动脉冲时，又只需水位一亮，其他四灯熄灭，由于计数器接成五进制循环计数器，只能循环加水位。4.2 进水情况检测情况按预置/进水按键K2，使其处于进水形状，LED12红色灭，电路任务进水形状。此时，依次接通微动开关，察看进水情况指示灯变化情况，将测试结果填入表4.2中。表4.2 进水情况检测功能测试结果微动开关状 态进水形状指示灯形状LED6 LED10、LED11下限K31接通水位一指示灯水位二指示灯水位三

47、指示灯水位四指示灯水位五指示灯溢出指示灯亮灭灭灭灭灭K31、K32接通水位一指示灯水位二指示灯水位三指示灯水位四指示灯水位五指示灯溢出指示灯亮亮灭灭灭灭K31 K33接通水位一指示灯水位二指示灯水位三指示灯水位四指示灯水位五指示灯溢出指示灯亮亮亮灭灭灭K31 K34接通水位一指示灯水位二指示灯水位三指示灯水位四指示灯水位五指示灯溢出指示灯亮亮亮亮灭灭K31 K35接通水位一指示灯水位二指示灯水位三指示灯水位四指示灯水位五指示灯溢出指示灯亮亮亮亮亮灭K31 K36接通水位一指示灯水位二指示灯水位三指示灯水位四指示灯水位五指示灯溢出指示灯亮亮亮亮亮亮测试结果分析：当微动开关被逐一接通时，水位指示灯

48、逐渐被点亮，由于水位指示灯是共阳接法，当某一微动开关被接通时，对应输出为低电平，送至对应水位的指示灯阴极，因此该水位指示灯亮，代表了当前的水位高度。4.3 电磁阀控制情况将预置水位分别设置在水位一至水位五的位置，再经过拨动触点开关波K31 K35，察看继电器J1动作和指示灯LED11的形状，将测试结果填入表4.3中。表4.3 电磁阀控制功能测试结果预置水位位 置实践水位位 置继电器J1状 态指示灯LED11形状水位一 水位一吸合亮 水位一断开灭水位二 水位二吸合亮 水位二断开灭水位三 水位三吸合亮 水位三断开灭水位四 水位四吸合亮 水位四断开灭水位五 水位五吸合亮 水位五断开灭注：LED11显

49、示绿色时，J1吸合，表示电磁阀开场任务；LED11灭时，J1断开，表示电磁阀停顿任务。进水形状时假设溢出信号有效低电平，LED11那么显示红色，并强行控制J1断开，停顿电磁阀任务。测试结果分析：当开关处于进水形状时，只需当前水位低于预置水位，那么继电器就会吸合，电磁阀电路会接通，电磁阀开场任务，假设是当前水位大于预置水位或是产生了溢出信号，继电器均会断开，电磁阀将会停顿任务。4.4 温度传感器情况调理电位器R5，使 R4+ R5 = 100 119.40，模拟铂电阻温度在0 50范围变化。丈量电桥输出电压ui1、ui2及丈量放大器的输出电压uO，将测试结果填入表4.4中。表4.4 温度传感器电

50、路测试结果温度设置01020304050R4+ R5100103.88107.76111.64115.52119.40uI1mV9.99110.38210.77111.15211.54111.985uI2mV9.9929.9929.9929.9929.9929.992uOV0.020.7821.8872.8113.7554.997测试结果及误差产生的缘由进展分析：根据上述表中的数据可知，温度传感器的电阻变化根本上与输出电压呈线性关系，且电位器在模拟的范围内变化时，输出的电压刚好能在05V之间变化，但是，上述测得的数据和实际计算比较起来还是有误差，这是在由如下几点缘由呵斥:1所选电阻是有精度等级

51、的，因此在电桥中不能够匹配得非常好；2在调理电位器时，电位器也是有精度等级的；3由于电路的级联，因此会产生负载效应，且随着电路中电流的加大而变得明显；4丈量的电压表的显示位数有限，因此会存在读数上的取舍。4.5 A/D转换电路情况按预置/加热按键K1，使其处于加热形状，LED1显示绿色，电路任务在加热形状。此时调理电位器R5，使 R4+ R5 = 100 119.40，察看A/D转换电路输出变化情况，将测试结果填入表4.5中。表4.5 A/D转换电路及数码管显示电路测试结果实践温度01020304050R4+ R5100103.88107.76111.64115.52119.40A/D转换电路

52、输出000000000010100001100000100011111100000011111111测试结果及误差产生的缘由分析：根据上述测试的情况可以知道，AD转换器具有将05V的电压转换成八位二进制码的才干，随着模拟电压的增大，AD转换电路的输出二进制码增大，当电压为5V时，AD输出为11111111，但是，AD转换与实际计算有误差，这是由于在电路中，输出的模拟电压存在误差，且电路存在负载效应，并且AD转换时，由于每次转换的电压不刚好为二进制所对应的模拟电压，因此，在AD转换时也存在取舍问题。4.6 温度预置情况 按预置/加热按键K1，使其处于预置形状，LED1显示红色，电路任务在温度预置

53、形状。此时，按动脉冲按键K2，那么产生单个脉冲，数码管依次显示数字00 50，表示可预置的温度范围在0 50之间。仿真结果正确。4.7 加热器控制情况将预置温度分别设置在10、20、30、40和50，再经过调理电位器R5，察看数码管显示的数字变化、继电器J1动作和指示灯LED1的形状，将测试结果填入表4.7中。表4.7 加热器控制功能测试结果预置温度实践温度继电器J1状 态指示灯LED1绿色形状10 10吸合亮 10断开灭20 20吸合亮 20断开灭30 30吸合亮 30断开灭40 40吸合亮 40断开灭50 50吸合亮 50断开灭测试结果进展分析：当开关处于加热形状时，只需预置温度大于当前温

54、度时，继电器吸合，加热器电路接通开场任务；假设预置温度等于或低于当前温度时，继电器断开，加热器电路断开，加热器不任务；假设水位低于下限水位，无论电路形状如何，继电器均会断开，加热器不任务。实验总结 本次实验完成的义务是家用热水器的设计。家用热水器控制器分为两个部分，一个部分是进水控制器，另一部分是温度控制器。两个控制器分别完成进水控制义务和加热控制义务。在进水控制器中，水位分为五个档，分别表示五个水位高度，为了防止水位过高而溢出，在水箱最高位有个溢出检测开关，以监视水位能否到达溢出水位，为防止水位过低烧干水箱而引发事故，因此在水箱下限水位安装了下限检测开关，以检测水位能否低于下限。进水控制器中，可以对五个水位档进展恣意设置，以到达所期望的水箱水位高度，当水箱中的水位高度设定之后，将形状选择开关选择至进水形状时，形状比较电路将根据当前水位和预置的水位进展比较，假设当前水位比预置水位低，那么需求往水箱中