溫度調(diào)節(jié)控制器

1、電路實(shí)踐系列講義 溫度調(diào)節(jié)控制器2012-4-18溫度調(diào)節(jié)控制器（一）溫度調(diào)節(jié)控制器要求設(shè)定溫度可調(diào)：20-29。設(shè)定溫度用數(shù)碼管顯示。當(dāng)電路檢測到的環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，表示控制信號的發(fā)光二極管亮，否則表示控制信號的發(fā)光二極管不亮。設(shè)計(jì)思路；電路必須有溫度傳感器，將環(huán)境溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號。可用溫度傳感器采用LM35。附：LM35資料如圖為溫度傳感器LM35的實(shí)物圖，從圖中我們可知LM35各管腳名稱，以便我們正確安裝這個(gè)器件。1腳接電源+VC，3腳接地（GND）或者接負(fù)電源，2腳為信號輸出端。電源電壓范圍為+4V+20V，輸出端輸出直流電壓與溫度的對應(yīng)關(guān)系為10mV/，即當(dāng)溫度為20時(shí)，器

2、件輸出電壓為200mV=0.2V。測量溫度的范圍0-100（LM35CZ還可測溫度的范圍40 - +110，但要增加負(fù)電源供電，請讀者查閱相關(guān)資料）。功耗非常小，器件在不同溫度下使用時(shí)從電源吸收的電流為恒定的50A，所以一般不到1mW的功率。對溫度信號進(jìn)行放大，得到合適的與溫度對應(yīng)的電壓信號。電路可選用0.1V/。由于設(shè)定溫度信號需要數(shù)碼顯示，因此采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器對單脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)（單脈沖電路的按鍵就是設(shè)定溫度的調(diào)節(jié)按鍵），由于十位上數(shù)字不變（此位上的數(shù)字是固定的），只變化個(gè)位，所以只需要一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。溫度傳感器放大器*10比較器單脈沖發(fā)生器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器個(gè)位D/A加法器發(fā)光二極管電路74

3、LS48數(shù)碼管顯示由于設(shè)定溫度信號通過計(jì)數(shù)器后是以數(shù)字信號形式出現(xiàn)的，注意到環(huán)境溫度信號是以模擬信號形式出現(xiàn)的，兩者不統(tǒng)一，考慮到模擬信號大小的比較非常容易，所以將設(shè)定溫度的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號。所以必須有一個(gè)數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號的電路（即數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路D/A）。是否輸出控制信號，是由環(huán)境溫度信號和設(shè)定溫度信號的大小關(guān)系來決定的，當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度（即環(huán)境溫度對應(yīng)的電壓高于設(shè)定溫度對應(yīng)的電壓）時(shí)，電路輸出控制信號，表示控制信號的發(fā)光二極管亮。當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度（即環(huán)境溫度對應(yīng)的電壓低于設(shè)定溫度對應(yīng)的電壓）時(shí)，電路不輸出控制信號，表示控制信號的發(fā)光二極管不亮。因此，需要一個(gè)電壓比較器

4、。設(shè)定溫度顯示電路，表示十位的數(shù)字用一個(gè)數(shù)碼管就可以了，讓它固定地顯示“2”。十進(jìn)制計(jì)數(shù)器輸出的就是個(gè)位設(shè)定溫度數(shù)字，所以讓計(jì)數(shù)器輸出接七位數(shù)碼解碼驅(qū)動器74LS48，用74LS48直接驅(qū)動數(shù)碼管，所顯示的就是設(shè)定溫度的個(gè)位數(shù)。電路構(gòu)成如下圖所示。發(fā)光二極管工作電路。各單元電路的設(shè)計(jì)放大器，可以由運(yùn)算放大器構(gòu)成，由于是單電源供電，所以采用同相比例放大器。放大倍數(shù)應(yīng)為10。同相比例放大器電路如圖所示，因?yàn)橥啾壤糯笃鞯姆糯蟊稊?shù)為 A = 1+R2/R1所以 R2/R1 = 9取 R1 = 10K，R2 = 91K通用運(yùn)算放大器LM358是一塊雙運(yùn)放集成電路，內(nèi)含二個(gè)完全一樣的運(yùn)算放大器，引腳8

5、個(gè)，引腳編號1，2，3，4，5，6，7，8按如下方法確定：正面朝上，有缺口的一方朝左（或者有圓點(diǎn)的位置在左下），左下第一引腳為1，然后按逆時(shí)針順序依次確定2，3，4，5，6，7，8，即左上腳為8號引腳。實(shí)物圖如下左圖所示。8腳接正電源，4腳接負(fù)電源或地GND引腳3，2，1三個(gè)腳組成A運(yùn)放（其中引腳3為A運(yùn)放的同相輸入端，引腳2為A運(yùn)放的反相輸入端，引腳1為A運(yùn)放的輸出端），引腳5，6，7三個(gè)腳組成B運(yùn)放（其中引腳5為B運(yùn)放的同相輸入端，引腳6為B運(yùn)放的反相輸入端，引腳7為B運(yùn)放的輸出端）。運(yùn)算放大器LM358電路符號。 通用運(yùn)算放大器LM324簡介 通用運(yùn)算放大器LM324是四運(yùn)放集成電路，內(nèi)

6、含四個(gè)完全一樣的運(yùn)算放大器，引腳14個(gè)，引腳編號1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14按如下方法確定：正面朝上，有缺口的一方朝左（或者有圓點(diǎn)的位置在左下），左下第一引腳為1，然后按逆時(shí)針順序依次確定2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，即左上腳為14號引腳。實(shí)物如圖所示。4腳接正電源，11腳接負(fù)電源或地GND引腳3，2，1三個(gè)腳組成A運(yùn)放（其中引腳3為A運(yùn)放的同相輸入端，引腳2為A運(yùn)放的反相輸入端，引腳1為A運(yùn)放的輸出端），引腳5，6，7三個(gè)腳組成B運(yùn)放（其中引腳5為B運(yùn)放的同相輸入端，引腳6為B運(yùn)放的反相輸入端，引腳7為B運(yùn)放的輸出端）。引腳

7、10，9，8三個(gè)腳組成C運(yùn)放（其中引腳10為C運(yùn)放的同相輸入端，引腳9為C運(yùn)放的反相輸入端，引腳8為C運(yùn)放的輸出端）。引腳12，13，14三個(gè)腳組成D運(yùn)放（其中引腳12為D運(yùn)放的同相輸入端，引腳13為D運(yùn)放的反相輸入端，引腳14為D運(yùn)放的輸出端）上圖為運(yùn)算放大器LM324電路符號。3 運(yùn)算放大器LM358和LM324的主要參數(shù) 電源電壓范圍 單電源 +3.0V-+32V，雙電源±1.5 V-±16 V 輸出高電平大約比電源電壓低1.5V，最大輸出端拉電流40mA，最大輸出端灌電流20mA，555定時(shí)器 555定時(shí)器是一塊常用的集成電路，電路符號如左圖所示，8為電源端VCC，

8、1為公共端GND。所加電源電壓范圍：4.5V<VCC<18V，內(nèi)部電路原理圖如右圖所示，內(nèi)部有三個(gè)相同的分壓電阻，每個(gè)電阻上的電壓都為1/3VCC。兩個(gè)比較器C1和C2，C1的比較電壓為2/3 VCC，C2的比較電壓為1/3 VCC，當(dāng)比較器“+”端電壓大于比較器“-”端電壓時(shí)，比較器輸出高電平（其狀態(tài)用1表示），當(dāng)比較器“+”端電壓低于比較器“-”端電壓時(shí)，比較器輸出低電平（其狀態(tài)用0表示）。G1，G2兩個(gè)與單脈沖發(fā)生器，本電路中的單脈沖發(fā)生器直接利用實(shí)驗(yàn)板上的單脈沖發(fā)生器。下面就其電路結(jié)構(gòu)及計(jì)算加以說明。非門構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，G3為輸出緩沖反相器，起整形和提高帶負(fù)載能力的作用

9、。T為泄放三極管，為外接電容提供充放電回路。利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)電路時(shí)，主要是考慮如何讓2和6的電位發(fā)生變化（外接信號或利用電容器的充放電過程實(shí)現(xiàn)）而讓定時(shí)器的輸出狀態(tài)發(fā)生變化，而設(shè)計(jì)成各種具有不同功能的電路。實(shí)際555器件如小圖所示，有小圓點(diǎn)對應(yīng)的腳為1腳，依逆時(shí)針方向依次為2，3，4，5，6，7，8號腳。555應(yīng)用：單脈沖發(fā)生器,電路如圖所示。當(dāng)按鍵按下時(shí)，“2”腳電位為0，從內(nèi)部圖可知，2腳所在比較器C2同相輸入端電位低于反相輸入端電位，所以該比較器輸出低電平0，G2輸出高電平1，G1輸出低電平0（注意到比較器C1輸出高電平，因6腳所接電容現(xiàn)在電壓為0），泄放三極管T截止，反相器G3輸出

10、高電平1，脈沖信號開始形成。注意到此時(shí)7腳與內(nèi)部是斷開的（T截止），電源通過R14對電容C2充電，6腳電位開始升高，當(dāng)6腳電位升高到2/3VCC時(shí)，比較器C1從高電平跳到低電平0，G1輸出高電平（T飽和導(dǎo)通，電容電荷立即全部泄掉），G3輸出低電平，脈沖信號結(jié)束。單脈沖信號由3腳輸出。單脈沖維持時(shí)間通過理論計(jì)算得T = 1.1R2C2本電路取值，T=0.33S 取R2=3M，C2=104十進(jìn)制計(jì)數(shù)器利用74LS90構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，脈沖信號從CLK0端(14)加入，數(shù)據(jù)從Q3Q2Q1Q0端輸出，Q0為最低位，Q3為最高位。因計(jì)數(shù)器總是處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，所以MS1，MS2，MR1，MR2都接低電平，C

11、LK1接Q0。74LS90是二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CLK0和CLK1是兩個(gè)脈沖信號輸入端，Q3Q2Q1Q0是四個(gè)計(jì)數(shù)信號輸出端，MS1和MS2是兩個(gè)置端，高電平有效，MR1和MR2是兩個(gè)清零端，高電平有效。5腳接電源（+5V），10腳接公共端GND。輸出高電平為3.6V，輸出低電平為0V。當(dāng)將CLK1接Q0，脈沖信號從CLK0輸入時(shí)，作為BCD十進(jìn)制計(jì)數(shù)器使用。若將Q3與CLK0相連接，計(jì)數(shù)脈沖從CLK1輸入，則作為二-五混合十進(jìn)制計(jì)數(shù)器使用。數(shù)模轉(zhuǎn)換器 數(shù)模轉(zhuǎn)換器由運(yùn)放構(gòu)成的加法器實(shí)現(xiàn)，數(shù)字信號為00001001（1代表高電平，74系列高電平為3.6V，0代表低電平，74系列低電平為0V），Q

12、DQCQBQ0各端子分別單獨(dú)作用時(shí)所形成的模擬電壓應(yīng)分別為基準(zhǔn)電壓單位的8倍4倍2倍1倍。這樣就將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化成了模擬信號。電路如圖所示。產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓為0.21V。即當(dāng)Q0單獨(dú)作用時(shí)輸出電壓為0.21V，當(dāng)QB單獨(dú)作用時(shí)輸出電壓為0.21V的2倍即0.42V，當(dāng)QC單獨(dú)作用時(shí)輸出電壓為0.21V的4倍即0.84V，當(dāng)QD單獨(dú)作用時(shí)輸出電壓為0.21V的8倍即1.68V。 只要R5=2R9，R6=R9，R7=（1/2）R9，R8=（1/4）R9就可以滿足以上關(guān)系。結(jié)論的推導(dǎo)思路：Q0單獨(dú)作用時(shí)（注意此時(shí)R6，R7，R8是與R9并聯(lián)的），在R9上產(chǎn)生的電壓為U，列出關(guān)系式。Q1單獨(dú)作用時(shí)（注意此

13、時(shí)R5，R7，R8是與R9并聯(lián)的），在R9上產(chǎn)生的電壓為2U，列出關(guān)系式。Q2單獨(dú)作用時(shí)（注意此時(shí)R6，R5，R8是與R9并聯(lián)的），在R9上產(chǎn)生的電壓為4U，列出關(guān)系式，Q3單獨(dú)作用時(shí)（注意此時(shí)R6，R7，R5是與R9并聯(lián)的），在R9上產(chǎn)生的電壓為8U，列出關(guān)系式。共四個(gè)關(guān)系式，設(shè)R9=R，R5=aR，R6=bR，R7=cR，R8=dR，并注意到條件a，b，c，d必須大于0，以確定U的取值范圍，在U的取值范圍內(nèi)確定一個(gè)合適的數(shù)值，再解由這四個(gè)方程組成的方程組，計(jì)算出a，b，c，d四個(gè)值，確定了R5，R6，R7，R8四個(gè)電阻與R的關(guān)系。但求解這個(gè)方程組比較困難，作者是在尋找規(guī)律的基礎(chǔ)上直接找出結(jié)

14、果。方法是先解答二位加法器的電路，找出其規(guī)律再應(yīng)用到四位加法器上，然后加以驗(yàn)證。四位加法器輸出要求：當(dāng)Q0單獨(dú)作用時(shí)，輸出為0.25V（為什么這樣設(shè)定，后面再說明），因此，放大倍數(shù)為0.25/0.21=1.190，即 R4/R3=1.190-1=0.190。取 R3=20K，R4=3.6K。附：迭加原理 當(dāng)電路有幾個(gè)電壓源同時(shí)作用時(shí)，電路的電流電壓等于各個(gè)電壓源單獨(dú)作用時(shí)所產(chǎn)生的電流電壓之和。注意：考慮某個(gè)電壓源單獨(dú)作用時(shí)，其它電壓源置0（即其它電壓源電壓為0，相當(dāng)于接地）。加法器因?yàn)閺臄?shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的電壓信號只反映了設(shè)定溫度的個(gè)位數(shù)，還不是與設(shè)定溫度對應(yīng)的電壓信號，因此還需要一個(gè)加法器將個(gè)位

15、信號與十位信號相加，并變成與溫度準(zhǔn)確的對應(yīng)量，其計(jì)數(shù)器輸出數(shù)字量，數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出量，加法器輸出量,設(shè)定溫度對應(yīng)關(guān)系如下：000000010010001101000101011001111000100100.250.500.751.001.251.501.752.002.252.02.12.22.32.42.52.62.72.82.920212223242526272829 下面通過計(jì)算確定R11，R12，R13的值。注意到數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出接R11，+5V電源接R12。當(dāng)R11所接信號電壓為0.25V單獨(dú)作用時(shí)，在R13上產(chǎn)生的電壓應(yīng)為0.1V（此關(guān)系若成立，則當(dāng)R11所接信號電壓為0.25V的0

16、9倍時(shí)，在R13上產(chǎn)生的電壓就會為0.1V的09倍即0.1V-0.9V也會成立）。當(dāng)R12所接信號電壓為+5V單獨(dú)作用時(shí)，在R13上產(chǎn)生的電壓應(yīng)為2V，這樣，當(dāng)兩個(gè)信號同時(shí)作用時(shí)，在R11上產(chǎn)生的電壓是2.0V2.9V。設(shè)R13=R，R11=xR，R12=yR，當(dāng)R11所接信號電壓為0.25V單獨(dú)作用時(shí)，在R13上產(chǎn)生的電壓應(yīng)為0.1V，此時(shí)R12與R13是并聯(lián)的，列出關(guān)系式 簡化等式得 當(dāng)R12所接信號電壓為+5V單獨(dú)作用時(shí)，在R13上產(chǎn)生的電壓應(yīng)為2V，此時(shí)R11與R13是并聯(lián)的，列出關(guān)系式 10簡化等式得 解由組成的方程組得 取R13=R=20K，R11=10K，R12=10K.。從此處

17、可知四位加法器輸出電壓設(shè)為0.25V的優(yōu)點(diǎn)了。如果控制電路只讓環(huán)境溫度與設(shè)定溫度比較，產(chǎn)生控制信號控制空調(diào)的工作，將會出現(xiàn)當(dāng)環(huán)境溫度降到設(shè)定溫度時(shí)，空調(diào)出現(xiàn)頻繁開關(guān)機(jī)的現(xiàn)象，這是不可能正常工作的。因此，需要設(shè)計(jì)一個(gè)延遲量，如2，即空調(diào)應(yīng)該是如下工作狀態(tài)：當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，開機(jī)，隨著開機(jī)過程的進(jìn)行，環(huán)境溫度降低，當(dāng)降低到設(shè)定溫度時(shí)不停機(jī)，一直降到比設(shè)定溫度低2時(shí)才停機(jī)；停機(jī)后，環(huán)境溫度升高，當(dāng)升高到設(shè)定溫度時(shí)，空調(diào)才重新開機(jī)。即開停機(jī)的時(shí)間是環(huán)境溫度變化2的時(shí)間。本電路為了觀察現(xiàn)象比較明顯，將設(shè)定溫度延遲量設(shè)為4，這樣對應(yīng)的電壓變化量就有0.4V，便于測量和觀察。以設(shè)定溫度平均值25為參

18、考確定電阻R14和R15。即當(dāng)R14和R15上的總電壓為2.5V時(shí)，R14上的電壓為0.4V，則R15上的電壓為2.1V，因?yàn)殡妷褐鹊扔陔娮柚热14=10K，則R15=52.5K。取R15=51K?？刂菩盘柕男纬杉帮@示電路設(shè)設(shè)定溫度為25，設(shè)比較器U3C輸出U1，比較器U3D輸出U2，與非門U4A的輸入為x1,x2, 輸出為y3,與非門U4D的輸入為x12,x13,與非門U4D輸出y11。當(dāng)環(huán)境溫度高于25時(shí)，x1=U1=0,y3=1,使得x12=1而x13=U2=1,所以y11=0（使得x2=0），LED亮，開機(jī)。當(dāng)環(huán)境溫度低于25但高于21時(shí)，x1=U1=1,但x2=0所以y3=1,

19、使得x12=1，而x13=U2=1,所以y11=0（使得x2=0），LED亮，開機(jī)。當(dāng)環(huán)境溫度低于21時(shí)，x13=U2=0，所以y11=1（使得x2=1）, LED滅，停機(jī)。而x1=U1=1, x2=1所以y3=0（使得x12=0）。從以上討論可知，降溫過程中降到設(shè)定溫度時(shí)不停機(jī)，要降到比設(shè)定溫度低4時(shí)才停機(jī)。停機(jī)后，環(huán)境溫度開始升高，當(dāng)升高到高于21時(shí)，x13=U2=1，但注意到x12=0，所以y11=1，LED滅，繼續(xù)處于停機(jī)狀態(tài)。當(dāng)環(huán)境溫度升高到高于25時(shí)，x1=U1=0,y3=1,使得x12=1，注意到x13=U2=1，所以y11=0，LED亮，開機(jī)。 從以上討論可知，當(dāng)停機(jī)后溫度升高

20、，但升高到21時(shí)繼續(xù)處于停機(jī)狀態(tài)，一直升高到設(shè)定溫度時(shí)才開機(jī)。當(dāng)然，這個(gè)21也可以設(shè)計(jì)成其它數(shù)值，如22，23，等等，只要改變R14或R15的電阻值就可以了。模擬環(huán)境溫度信號形成電路電路用于課程設(shè)計(jì)時(shí)，由于并沒有使得環(huán)境溫度發(fā)生變化，所以當(dāng)采用溫度傳感器時(shí)，我們只能觀察到用于表示開停機(jī)信號的發(fā)光二極管一直亮或一直滅，而觀察不到開停機(jī)過程和現(xiàn)象。對于做課程設(shè)計(jì)來說這是不太理想的。因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)模擬環(huán)境溫度變化的一個(gè)電路。 這個(gè)電路要產(chǎn)生這樣的一個(gè)電壓信號，當(dāng)開機(jī)狀態(tài)（即LED亮）時(shí)，這個(gè)電壓要逐漸降低，當(dāng)降低到設(shè)計(jì)值時(shí)，停機(jī)（即LED滅），然后這個(gè)電壓要逐漸升高，當(dāng)升高到設(shè)計(jì)值時(shí)，開機(jī)（即LE

21、D亮），如此循環(huán)。 如圖所示，當(dāng)開機(jī)狀態(tài)（即LED亮）時(shí)，Q1截止，Q2導(dǎo)通，電容器放電，電壓降低；當(dāng)停機(jī)狀態(tài)（即LED滅）時(shí)，Q2截止，Q1導(dǎo)通，電容器充電，電壓升高； 13電阻R17，R18，R19的計(jì)算設(shè)停機(jī)時(shí)間為T1，即充電時(shí)間為T1，而電容器在充電時(shí)間內(nèi)電壓升高0.4V，設(shè)Q1飽和導(dǎo)通，壓降為0.7V，電容上電壓為2.5V時(shí)電流最小，電容上電壓為2.1V時(shí)電流最大，取其平均狀態(tài)2.3V計(jì)算電流（需要準(zhǔn)確計(jì)算時(shí)采用積分法）：同理，設(shè)開機(jī)時(shí)間為T2，取C=2200F，設(shè)停機(jī)時(shí)間T1=44秒，開機(jī)時(shí)間T2=26秒，計(jì)算得： R17=100K.，R19=47K。設(shè)三極管=30（要以最小的可能

22、值計(jì)算），三極管處于臨界飽和狀態(tài)，基極電流的倍大于最大集電極電流。 R18<3M，取R18=470K。提示：這個(gè)電路可能取R18=1M更合適。溫度調(diào)節(jié)控制器（二）溫度調(diào)節(jié)控制器要求設(shè)定溫度可調(diào)：24-27。設(shè)定溫度用發(fā)光二極管顯示。當(dāng)電路檢測到的環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，表示控制信號的發(fā)光二極管亮，否則表示控制信號的發(fā)光二極管不亮。設(shè)計(jì)思路；電路必須有溫度傳感器，將環(huán)境溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號?？捎脺囟葌鞲衅鞑捎肔M35（它的性能在上節(jié)已經(jīng)介紹）。由于設(shè)定溫度信號需要發(fā)光二極管顯示，因此采用移位計(jì)數(shù)器4017對單脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)（單脈沖電路的按鍵就是設(shè)定溫度的調(diào)節(jié)按鍵）。溫度傳感器放大器*10

23、比較器單脈沖發(fā)生器移位計(jì)數(shù)器模擬開關(guān)設(shè)定溫度電壓發(fā)光二極管電路驅(qū)動發(fā)光二極管顯示 移位計(jì)數(shù)器4017簡介4017外形結(jié)構(gòu)為DIP16。其中（8）腳接GND，（16）腳接+VCC電源（最高18V）。CLK-脈沖信號端，RST-復(fù)位端（高電平有效），ENA-片選端，低電平有效（此端為0時(shí)，芯片工作，此端為1時(shí)，芯片禁止工作），CO-進(jìn)位端，高電平有效。Q9Q8Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0-數(shù)據(jù)輸出端，Q9為最高位，Q0為最低位。計(jì)數(shù)器每接收到一個(gè)脈沖，1狀態(tài)從Q0端開始依次向高位移一位。注意到，輸出端十個(gè)中任何時(shí)間都只可能有一個(gè)端為1，而其它都為0。各數(shù)據(jù)輸出端的輸出電流不能大于1mA（說明帶

24、負(fù)載能力較差）。四二輸入與非門簡介：40外形結(jié)構(gòu)為DIP1。其中（）腳接GND，（1）腳接+VCC電源（最高18V）。輸出端的輸出電流不能大于1mA（說明帶負(fù)載能力較差）。四個(gè)與非門的詳細(xì)情況如下圖所示。它們每個(gè)與非門有二個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。四模擬開關(guān)簡介：40外形結(jié)構(gòu)為DIP1。其中（）腳接GND，（1）腳接+VCC電源（最高18V）。四個(gè)模擬開關(guān)的詳細(xì)情況如下圖所示。它們每個(gè)模擬開關(guān)有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端（注意，它們誰為輸入端誰為輸出端都可以），一個(gè)控制端（分別為13，12，5，6），控制端為高電平時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通，當(dāng)控制端為低電平時(shí)，開關(guān)截止，。是否輸出控制信號，是由環(huán)境溫度信號和設(shè)定溫

25、度信號的大小關(guān)系來決定的，當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度（即環(huán)境溫度對應(yīng)的電壓高于設(shè)定溫度對應(yīng)的電壓）時(shí)，電路輸出控制信號，表示控制信號的發(fā)光二極管亮。當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度（即環(huán)境溫度對應(yīng)的電壓低于設(shè)定溫度對應(yīng)的電壓）時(shí)，電路不輸出控制信號，表示控制信號的發(fā)光二極管不亮。因此，需要一個(gè)電壓比較器。設(shè)定溫度顯示電路，用發(fā)光二極管電路顯示其設(shè)定溫度。發(fā)光二極管工作電路。各單元電路的設(shè)計(jì)放大器，與溫度調(diào)節(jié)控制器（一）相同。請實(shí)驗(yàn)者閱讀其相關(guān)內(nèi)容。555定時(shí)器 原理及應(yīng)用與溫度調(diào)節(jié)控制器（一）相同。請實(shí)驗(yàn)者閱讀其相關(guān)內(nèi)容。設(shè)定溫度信號電壓的產(chǎn)生采用最簡單的電阻分壓電路得到與設(shè)定溫度對應(yīng)的電壓，即2.4V，2

26、.5V，2.6V，2.7V。由R3，R4，R5，R6，R7構(gòu)成。具體設(shè)定溫度值為多少，是由4017的狀態(tài)決定的，而4017的狀態(tài)是由單脈沖電路的按鍵動作決定的，每按一次按鍵，4017的輸出高電平移一位。就可以選擇不同的模擬開關(guān)導(dǎo)通而選用不同的設(shè)定溫度。電阻分壓電路的負(fù)載電流必須為0，否則會改變其分壓電路的分壓值，因此，在電壓信號通過模擬開關(guān)后需要接一個(gè)隔離電路，利用運(yùn)放構(gòu)成隔離電路是一個(gè)理想的方案。電路的其它部分與溫度調(diào)節(jié)控制器（一）相同。請實(shí)驗(yàn)者閱讀其相關(guān)內(nèi)容。整體電路解說：本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用方案二，現(xiàn)就電路的工作過程進(jìn)行解說。電阻R3R7為分壓電路，按以上電阻參數(shù)選定電阻，分壓電路可以分別得到

27、2.4V，2.5V，2.6V，2.7V電壓，分別送到四個(gè)模擬開關(guān)的輸入端，555及電阻R1，R2及電容C1，C2構(gòu)成單脈沖信號發(fā)生器，每按一次按鍵，產(chǎn)生一個(gè)脈沖，送到計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，在脈沖信號的作用下，的狀態(tài)變化，循環(huán)變化。注意到Q4端接復(fù)位端，4017的輸出端分別接四個(gè)模擬開關(guān)的控制端，因?yàn)槊糠N狀態(tài)下最多只有一個(gè)高電平，所以最多只有一個(gè)模擬開關(guān)導(dǎo)通，選出一個(gè)分壓電壓信號送到電壓跟隨器（電壓跟隨器是為了起隔離作用，現(xiàn)在這樣接，不論開關(guān)導(dǎo)通情況是什么狀態(tài)，因?yàn)橥ㄟ^開關(guān)的電流為，不會影響分壓電壓的輸出結(jié)果。否則，由于開關(guān)有電流通過，分壓電路的電壓值就不是由R3R7決定，將會是隨著開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)的變化

28、而變化，這一點(diǎn)請實(shí)踐者在其它的電路中也要引起相當(dāng)?shù)闹匾暎?，所以隨著按鍵動作的進(jìn)行，電壓跟隨器輸出的電壓信號分別為2.4V，2.5V，2.6V，2.7V（分別代表24，25，26，27，以0.1V代表1）,也就表示設(shè)定溫度的變化情況。同時(shí)，的輸出端分別接四個(gè)發(fā)光二極管電路，當(dāng)Q1為高電平時(shí)，Q6管導(dǎo)通，發(fā)光二極管D5有電流通過，發(fā)光，含義是顯示設(shè)定為24。當(dāng)Q2為高電平時(shí)，Q5管導(dǎo)通，發(fā)光二極管D4有電流通過，發(fā)光，含義是顯示設(shè)定為25。當(dāng)Q2為高電平時(shí)，Q5管導(dǎo)通，發(fā)光二極管D4有電流通過，發(fā)光，含義是顯示設(shè)定為26。當(dāng)Q3為高電平時(shí)，Q4管導(dǎo)通，發(fā)光二極管D3有電流通過，發(fā)光，含義是顯示設(shè)定

29、為27。電路中，三極管基極電阻的確定原則是當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)必須是飽和導(dǎo)通，因此，三極管基極電流不能太小，集電極電阻（即二極管限流電阻）的確定原則是使通過二極管的電流在二極管的額定值mA以內(nèi)，設(shè)計(jì)發(fā)光二極管電流為6mA，則集電極電阻（即二極管限流電阻）（5-1.8-0.2）/6=0.5(K)，其中1.8V是發(fā)光二極管的導(dǎo)通壓降，0.2是三極管飽和時(shí)ce間的電壓近似值，按計(jì)算結(jié)果，取電阻值為510歐姆。若設(shè)三極管電流放大系數(shù)為100，則基極電阻的最大值為（5-0.7）*100/6=71.7(K)，實(shí)際選用的電阻值要大大低于這個(gè)計(jì)算結(jié)果，本電路取基極電阻為?？刂菩盘柈a(chǎn)生電路，由二個(gè)比較器（比較信號分別

30、為表示設(shè)定溫度的設(shè)定電壓信號和表示模擬環(huán)境溫度的電容器上的電壓信號）和由二個(gè)與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器組成。電壓跟隨器得到設(shè)定溫度電壓信號，再經(jīng)過一個(gè)電阻分壓電路得到一個(gè)分壓值。例如：設(shè)定電壓信號為2.5V（代表設(shè)定溫度25），得到的分壓值為2.5*51/(51+10)=2.1V(代表2)，則控制電路輸出的控制信號情況是：環(huán)境溫度高于25時(shí)，輸出控制信號（低電平有效），空調(diào)工作，環(huán)境溫度降低，當(dāng)降至25時(shí)，控制信號繼續(xù)存在，空調(diào)繼續(xù)工作，環(huán)境溫度繼續(xù)降低，直到降至2時(shí)，控制信號消失，空調(diào)停止工作；環(huán)境溫度低于2時(shí)，不輸出控制信號，空調(diào)不工作，環(huán)境溫度升高，當(dāng)升高到2時(shí)，控制信號繼續(xù)不出現(xiàn)，空調(diào)

31、還是不工作，環(huán)境溫度繼續(xù)升高，直到升高到2時(shí)，控制信號才出現(xiàn)，空調(diào)才開始工作。這個(gè)電路的工作情況，需要比較認(rèn)真細(xì)致的分析，才能分析出電路的工作過程?？刂菩盘柺欠癯霈F(xiàn)，即表示空調(diào)是否工作，用發(fā)光二極D1管更不發(fā)光來表示，當(dāng)控制電路輸出低電平時(shí)，D1亮，當(dāng)控制電路輸出高電平時(shí)，D1不亮。模擬環(huán)境溫度信號的產(chǎn)生電路。本電路沒有采用溫度傳感器，采集實(shí)際的環(huán)境溫度信號，因?yàn)檫@樣，反映不出電路的工作過程，因?yàn)椴]有真正的空調(diào)系統(tǒng)工作使環(huán)境溫度變化，因此采用模擬環(huán)境溫度信號，對模擬環(huán)境溫度信號的要求是：當(dāng)控制信號出現(xiàn)時(shí)（即控制電路輸出端為低電平），表示環(huán)境溫度信號的電壓要開始降低，當(dāng)控制信號不出現(xiàn)時(shí)（即控制

32、電路輸出端為高電平），表示環(huán)境溫度信號的電壓要開始上升。采用電容器的充放電過程來模擬，讓控制電路的輸出信號來控制充放電回路的通斷，可用三極管作為控制通斷的電子開關(guān)器件。當(dāng)控制電路輸出低電平時(shí)，三極管Q1截止，Q2導(dǎo)通，電容器C3放電，C3上電壓降低。當(dāng)控制電路輸出高電平時(shí)，三極管Q截止，Q導(dǎo)通，電容器C3充電，C3上電壓升高。電阻R11和R13的大小決定了電容器充放電速度快慢，也就是表示環(huán)境溫度變化的快慢。這此時(shí)間可以利用電容的充電放電時(shí)電壓的變化規(guī)律（高中物理和大學(xué)電路分析都對這個(gè)問題進(jìn)行了詳細(xì)的介紹）進(jìn)行理論計(jì)算，得出具體結(jié)果。溫度調(diào)節(jié)控制器（二）（實(shí)踐制作測試部分）仔細(xì)研究電路原理圖，集

33、成塊LM555構(gòu)成單脈沖信號發(fā)生電路（單脈沖寬度設(shè)計(jì)為0.3S左右，請實(shí)踐者依據(jù)此要求計(jì)算R2，C2）。集成塊構(gòu)成四位脈沖分配器（將Q4接到復(fù)位端，當(dāng)Q為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器立即復(fù)位），集成塊的四個(gè)模擬開關(guān)的狀態(tài)分別由4017的四個(gè)輸出端Q0，Q1，Q2，Q3控制，因?yàn)?017的輸出端在任何時(shí)候都只有一個(gè)輸出端為,所以4066的四個(gè)模擬開關(guān)中只有一個(gè)開關(guān)導(dǎo)通，在按鍵作用下，四個(gè)開關(guān)輪流導(dǎo)通，所以通過電阻分壓的四個(gè)電壓只有其中一個(gè)電壓通過導(dǎo)通的開關(guān)再通過隔離級送到比較器的一個(gè)輸入端。由于設(shè)定的溫度值是由所選擇的電壓決定的，而這個(gè)電壓又是由4017的輸出狀態(tài)決定的，所以設(shè)定溫度與4017輸出狀態(tài)存在一

34、一對應(yīng)關(guān)系，所以設(shè)定溫度可以由4017的輸出狀態(tài)來顯示，由于本電路只設(shè)計(jì)四個(gè)設(shè)定溫度，所以可用四個(gè)發(fā)光二極管來顯示設(shè)定溫度就可以了，這個(gè)顯示電路的結(jié)構(gòu)比較簡單，工作原理也比較簡單，請實(shí)踐者自己分析。其它電路與溫度調(diào)節(jié)控制器（一）完全相同，其工作原理可參閱相應(yīng)部分，同樣，基本RS觸發(fā)器所構(gòu)成的控制電路工作過程的分析以及模擬溫度變化過程的電路工作過程的分析是本電路工作原理分析的難點(diǎn)和重點(diǎn)。當(dāng)以上問題弄清以后，計(jì)算確定電路中各電阻的阻值（同樣是0.1V對應(yīng)1）。將其討論過程以及設(shè)計(jì)計(jì)算過程寫入報(bào)告中。仔細(xì)研究印刷電路板，在本印刷電路板上將要裝配的器件有：普通1/4W電阻器，瓷片電容器，發(fā)光二極管，三

35、極管，集成塊555，集成塊4017，集成塊LM324，集成塊4011。輸入和輸出接口等等。仔細(xì)研究印刷電路上的圖形或符號，確定各位置所裝配的是何種元件。若是發(fā)光二極管，還要弄清板上的對應(yīng)“+”極和“-”極，若是三極管，弄清板上對應(yīng)的“e” “b” “c”，對于集成塊，要弄清楚各腳在印刷板上的相應(yīng)位置。仔細(xì)研究元器件，各電阻器及其阻值，精度，功率，電阻阻值可從電阻上所標(biāo)的色碼直接讀出，或者用萬能表的歐姆檔直接測量確定。各瓷片電容的電容量（標(biāo)注在電容上）。各發(fā)光二極管及其”+”-“極。三極管上對應(yīng)的“e” “b” “c”，集成塊的腳編號的確認(rèn)。認(rèn)真焊接。按照印刷板上器件編號找到相應(yīng)的元件，按以下順

36、序焊接：電阻，IC座，瓷片電容，發(fā)光二極管，三極管，接口。焊接過程中注意以下問題：各發(fā)光二極管”+”-“極。三極管上對應(yīng)的“e” “b” “c”集成塊的腳在印刷板上的對應(yīng)位置。J1要與前續(xù)電路的輸入輸出電源接口方位相一致，因此要注意其方位。仔細(xì)觀察各焊接點(diǎn)，檢查有無短路現(xiàn)象和虛焊現(xiàn)象。認(rèn)真測量。在觀察所焊接的電路板處于正常狀態(tài)后，將+5V電源接入到J1接口。按一下按鍵（注意，按下后立即松開），用萬用表的電壓檔測量各運(yùn)放的輸入端和輸出端的電壓以及Q1，Q2三極管c極電壓（注意是變化的）。再按一下按鍵（注意，按下后立即構(gòu)開），用萬用表的電壓檔重復(fù)測量兩個(gè)運(yùn)放的輸入端和輸出端的電壓以及Q1，Q2三極管c極電壓（注意是變化的）。重復(fù)以上步驟，共四步。并觀察各狀態(tài)時(shí)發(fā)光二極管的狀態(tài)變化情況。設(shè)計(jì)表格并將實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)，理論數(shù)據(jù)記錄在表格中。課程設(shè)計(jì)任務(wù)：實(shí)踐部分：1 畫電路原理圖。2 查閱主要器件（4066，4017，LM324，555，4011）的技術(shù)資料。3 辯認(rèn)套件中所有電子元器件以及印刷電路板。4 焊接。5 測試：設(shè)定電壓為不同值時(shí)測量大電容上電壓變化情況，測量開停機(jī)時(shí)間。6 分析故障和排除故障，并將分析和排除過程記錄下來。報(bào)告部分：程設(shè)計(jì)題目，時(shí)間，地點(diǎn)，指導(dǎo)老師。課程設(shè)計(jì)目的。電