温度测量与控制电路设计

目 录

第1章 摘 要 ................................................................................................. 1

第2章 设计目的与意义 ................................................................................... 2

第3章 案论证与确定 ....................................................................................... 3

3.1系统方案的确定 .................................................................................... 3

3.1.1方案一 ........................................................................................ 3

3.1.2方案二 ........................................................................................ 3

3.2测量显示方案的确定 ............................................................................ 4

3.2.1方案一 ........................................................................................ 4

3.2.2方案二 ........................................................................................ 5

3.3 温度传感模块 ....................................................................................... 5

3.3.1方案一 ........................................................................................ 5

3.3.2方案二 ........................................................................................ 6

3.4 数字显示与温度范围控制模块 ............................................................ 9

3.4.1 A/D转换部分 .......................................................................... 9

3.4.2 控制温度设定与温度超限判断部分有两种方案： ............. 10

第4章 系统工作原理分析 ............................................................................... 12

4.1 AD转换 ................................................................................................ 12

4.2 码制的转换 ......................................................................................... 14

4.3译码显示 .............................................................................................. 17

4.4 控制温度设定 ..................................................................................... 18

4.5 温度超限判断 ..................................................................................... 20

总 结 ............................................................................................................. 22

参考文献 ............................................................................................................. 23

第 1 页 第1章 摘 要

温度测量与控制电路是在实际应用中相当广泛的测量电路。本次设计主要运用基本的测控技术知识及其基本的温度传感器知识，从基本的单元电路出发，实现了温度测量与控制电路的设计。总体设计中的主要思想：一、达到设计要求；二、尽量应用所学知识；三、设计力求系统简单可靠，有实际价值。温度传感选用高精度摄氏温度传感器LM35进行数据采集，通过UA741芯片构成同相比例器实现放大。AD转换部分使用集成芯片AD5740；二进制到8421BCD码的转换用EEPROM 281024实现；显示译码部分用4511和七段数码管实现；温度控制范围设定采用数字设定方式，用十进制加计数器74LS160和锁存器74LS175实现；温度的判断比较通过数值比较器74LS85的级联实现。声光报警利用555定时器构成多谐振荡器组成。温度控制执行部分采用继电器控制的加热制冷装置来实现。此模块的存在，提高了该系统在工业上的实用性。

【关键词】温度测量、A/D转换、温度控制、声光报警、译码显示、555定时器

第 2 页 第2章 设计目的与意义

随着电子技术的高速发展，对电子方面人才的要求越来越高，不仅要求其具备相关的专业理论知识，还要求其具有较强的设计、制作等实践动手能力。此次课程设计无疑是对从事测控专业的人的一次很好的锻炼和考验，是培养测控技术的人才的一次良好的机会，为其提供了一个理论知识与实践相结合的平台。通过本次课程设计，引导学生结合所学的测控电路理论知识，思考设计方案，以小组合作方式，分工完成各个部分，从而掌握相关的测量显示电路的设计和调试技术，一方面提高了学生的实践动手和协作能力，另一方面培养了学生综合运用所学理论知识进行工程设计的能力。

通过此次课程设计，可以培养学生的工程设计能力，包括动手能力、独立思考设计能力、解决实际设计过程中遇到的问题以及团队协作能力等，为今后的专业学习和工程实践打下坚实的基础。

第 3 页 第3章 案论证与确定

3.1系统方案的确定

在本系统的总体设计中，有以下两种思路：

3.1.1方案一

如图1-1-1所示，温度传感器模块将温度线性地转变为电压信号，经过放大电路，一路输入给A/D转换电路，经过译码进行数字显示，另一路与滑变分压电路相连，由此设定控制温度上下限，经过电压比较器，输出高低电平指示信号，由此控制温度控制执行模块和声光报警部分。此电路最基本的特点就是电路结构简单，实现比较容易。

温度传感器放大电路电压比较器A/D转换显示声光报警滑变分压设定温度上下限显示温控执行

图1-1-1 总体设计方案A框图

3.1.2方案二

如图1-1-2所示，温度传感模块和A/D转换模块，译码显示 第 4 页 模块，温控执行和报警模块均与方案A相同，不同处在于控制温度设定方式和温度超限判断方式。方案A的超限判断模块和控制温度设定主要使用模拟信号，该方案易受外界干扰如使用环境温度等因素，另外由于滑变设定温度不易精确调节，误差较大。方案B主要采用数字逻辑芯片数字比较器、锁存器等控制实现，其工作的稳定性、准确性和功能扩展性较强。

温度传感器放大电路A/D转换温控执行声光报警显示显示数字比较器温度设定锁存器图1-1-2 总体设计方案B框图

比较以上两种方案，方案A电路简单，误差较大；方案B电路复杂，但精度较高，可移植性好。结合以上两种方案的优缺点，我们选择方案B进行系统设计。

3.2测量显示方案的确定

3.2.1方案一

该方案采用LED显示。

LED数码显示中每一个像素单元就是一个发光二极管，如果是单色，一般是红色发光二级管。如果是彩色，一般是三个三原色小二极管组成的一个大二级管。这些二级管组成的矩阵由数码控 第 5 页 制实时显示文字或者图像，造价相对低廉，组成的显像面积大。

3.2.2方案二

该方案采用LCD液晶显示。

液晶显示器是一种被动式的显示器，即液晶本身并不发光，而是利用液晶经过处理后能改变光线通过方向的特性，而达到白底黑字或黑底白字显示的目的。LCD液晶的像素单元是整合在同一块液晶版当中分隔出来的小方格。通过数码控制这些极小的方格进行显像。造价高但是显示非常细腻。

经过研究分析，选择方案一。

3.3 温度传感模块

温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等。

3.3.1方案一

用可编程器件DS18B20做温度传感器

DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，线路简单，十分方便。 DS18B20产品具有以下特点：