模電課程設(shè)計(jì)-溫度測(cè)量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

xxxxxx學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告(2011--2012年度第一學(xué)期)名稱：模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目：溫度測(cè)量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：成績(jī)：日期：20xx年xx月xx日目錄TOC\o"1-1"\h\u12330一、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的目的與要求43766二、課程設(shè)計(jì)名稱及設(shè)計(jì)要求59971三、總體設(shè)計(jì)思想52712四、系統(tǒng)框圖及簡(jiǎn)要說(shuō)明53172五、單元電路設(shè)計(jì)〔原理、芯片、參數(shù)計(jì)算等〕624827六、總體電路101213七、仿真結(jié)果1114198八、實(shí)測(cè)結(jié)果分析1227010九、設(shè)計(jì)總結(jié)126563附錄I：元器件清單1310097附錄II：總體電路圖1329482附錄III：參考文獻(xiàn)14一、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的目的與要求〔一〕電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的目的課程設(shè)計(jì)作為模擬電子技術(shù)課程的重要組成局部，目的是使學(xué)生進(jìn)一步理解課程內(nèi)容，根本掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的方法，增加集成電路應(yīng)用知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力以及分析、解決問題的能力。按照本專業(yè)培養(yǎng)方案要求，在學(xué)完專業(yè)根底課模擬電子技術(shù)課程后，應(yīng)進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，其目的是使學(xué)生更好地穩(wěn)固和加深對(duì)根底知識(shí)的理解，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)小型電子系統(tǒng)的方法，獨(dú)立完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試，增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高學(xué)生電路分析和設(shè)計(jì)能力。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生在理論指導(dǎo)下有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)和日后工程實(shí)踐奠定根底。〔二〕電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的要求

1．教學(xué)根本要求要求學(xué)生獨(dú)立完成選題設(shè)計(jì)，掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法；完成系統(tǒng)的組裝及調(diào)試工作；在課程設(shè)計(jì)中要注重培養(yǎng)工程質(zhì)量意識(shí)，按要求寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告。教師應(yīng)事先準(zhǔn)備好課程設(shè)計(jì)任務(wù)書、指導(dǎo)學(xué)生查閱有關(guān)資料，安排適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行答疑，幫助學(xué)生解決課程設(shè)計(jì)過(guò)程中的問題。2．能力培養(yǎng)要求〔1〕通過(guò)查閱手冊(cè)和有關(guān)文獻(xiàn)資料培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題的能力?！?〕通過(guò)實(shí)際電路方案的分析比擬、設(shè)計(jì)計(jì)算、元件選取、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，掌握簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。〔3〕掌握常用儀器設(shè)備的使用方法，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)調(diào)試，提高動(dòng)手能力。〔4〕綜合應(yīng)用課程中學(xué)到的理論知識(shí)去獨(dú)立完成一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)?！?〕培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。二、課程設(shè)計(jì)名稱及設(shè)計(jì)要求〔一〕課程設(shè)計(jì)名稱設(shè)計(jì)題目：溫度測(cè)量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作〔二〕課程設(shè)計(jì)要求1、設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)可以測(cè)量溫度的測(cè)量控制系統(tǒng)，測(cè)量溫度范圍：室溫0～50℃，測(cè)量精度±1℃。2、技術(shù)指標(biāo)及要求：〔1〕當(dāng)溫度在室溫0℃～50℃之間變化時(shí)，系統(tǒng)輸出端1相應(yīng)在0～5V之間變化。〔2〕當(dāng)輸出端1電壓大于3V時(shí)，輸出端2為低電平；當(dāng)輸出端1小于2V時(shí)，輸出端2為高電平。輸出端1電壓小于3V并大于2V時(shí)，輸出端2保持不變。三、總體設(shè)計(jì)思想由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求將實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，所以考慮使用溫度傳感器，該器件具有良好的線性和互換性,測(cè)量精度高,并具有消除電源波動(dòng)的特性。因此，我們可以利用它的這些特性，實(shí)現(xiàn)從溫度到電流的轉(zhuǎn)化；但是，又考慮到溫度傳感器應(yīng)用在電路中后，相當(dāng)于電流源的作用，產(chǎn)生的是電流信號(hào)，所以，應(yīng)用一個(gè)接地電阻使電流信號(hào)在傳輸過(guò)程中轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。接下來(lái)應(yīng)該是對(duì)產(chǎn)生電壓信號(hào)的傳輸與調(diào)整，這里要用到電壓跟隨器、加減運(yùn)算電路，這些電路的實(shí)現(xiàn)都離不開集成運(yùn)放對(duì)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算以及電位器對(duì)電壓調(diào)節(jié)，所以選用了集成運(yùn)放LM324和電位器；最后為實(shí)現(xiàn)技術(shù)指標(biāo)〔當(dāng)輸出端1電壓大于3V時(shí)，輸出端2為低電平；當(dāng)輸出端1小于2V時(shí)，輸出端2為高電平。輸出端1電壓小于3V并大于2V時(shí)，輸出端2保持不變?！持械囊螅x用了555定時(shí)器LM555CM。通過(guò)以上分析，電路的總體設(shè)計(jì)思想就明確了，即我們使用溫度傳感器AD590將溫度轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，然后通過(guò)一系列的集成運(yùn)放電路，使表示溫度的電壓放大，從而線性地落在0～5V這個(gè)區(qū)間里。最后通過(guò)一個(gè)555設(shè)計(jì)的電路實(shí)現(xiàn)當(dāng)輸出電壓在2與3V這兩點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)輸出上下電平的變化。四、系統(tǒng)框圖及簡(jiǎn)要說(shuō)明〔一〕系統(tǒng)框圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明1、溫度傳感器AD590作用是將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)。2、一個(gè)10K的電阻，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào),即2.73～3.23V。3、電壓跟隨器1是為了隔離10K電阻對(duì)后續(xù)電路的影響。4、加減運(yùn)算電路是為了將電壓信號(hào)調(diào)整到0～5V。5、電壓跟隨器2、電壓跟隨器3，均是為了防止前面的電路對(duì)后續(xù)電路的影響。6、555定時(shí)器LM555CM，利用它的CON端實(shí)現(xiàn)功能〔2〕的要求。〔二〕系統(tǒng)框圖AD590串接一個(gè)10KAD590串接一個(gè)10KΩ接地電阻用電位器將5V電壓分壓出2.73V電壓加減運(yùn)算電路將2.73~3.23V電壓轉(zhuǎn)換成0~5V輸出電壓跟隨器電壓跟隨器555電路構(gòu)成2~3V滯回電壓比擬器分壓電路0~5V輸出輸出端1實(shí)現(xiàn)上下電平的輸出LED燈產(chǎn)生2.73~3.33V電壓圖1溫度測(cè)量控制系統(tǒng)框圖五、單元電路設(shè)計(jì)〔原理、芯片、參數(shù)計(jì)算等〕〔一〕溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)局部1、本局部應(yīng)用了集成溫度傳感器AD590。AD590是電流型溫度傳感器,通過(guò)對(duì)電流的測(cè)量可得到所需要的溫度值。其電路外形如圖2所示,它采用金屬殼3腳封裝,其中1腳為電源正端V+;2腳為電流輸出端I0;3腳為管殼,一般不用。圖2AD590管腳圖AD590的主要特性如下：〔1〕流過(guò)器件的電流〔μA〕等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度〔K〕，即：式中：Ir為器件AD590的電流，單位為：μA。T為所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度，單位為：K?！?〕AD590的測(cè)溫范圍為-55℃～+150℃?！?〕AD590的電源電壓范圍為4V～30V。電源電壓可在4V～6V范圍變化，電流Ir變化為1μA，相當(dāng)于溫度變化為1K。AD590可承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。〔4〕輸出電阻為710MΩ?！?〕精度高。共分I、J、K、L、M五檔，M檔精度最高，在-55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差僅為±0．3℃。2、參數(shù)計(jì)算本設(shè)計(jì)要求在室溫0～50℃范圍內(nèi)變化，所以由：〔K〕有：，,且所以，有：，23、AD590的封裝及應(yīng)用電路21〔1〕AD590的封裝133圖3AD590封裝1：VCC2：電流輸出3：NC〔2〕AD590的應(yīng)用電路圖4AD590應(yīng)用電路由于在multisim中，沒有AD590這個(gè)傳感器的虛擬元器件，故在電路中根據(jù)其特性，用一個(gè)直流電流源代替。為了在仿真中方便表示溫度的變化對(duì)輸出電壓的影響，故使用輸出電流變化的直流電流源。硬件安裝時(shí)：AD590的安裝時(shí)要注意引腳安裝正確。AD590的管腳圖由圖3所示，安裝時(shí)管腳1接高電源，此處用12V。2號(hào)引腳是直流輸出，3號(hào)腳懸空即可。用電烙鐵接觸一下AD590隨即放開，然后再點(diǎn)一下這樣來(lái)加熱，使溫度升高，溫度傳感器將感受到的溫度變化轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)?！捕畴娏餍盘?hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)局部1、原理：根據(jù)AD590的電流輸出特性，當(dāng)溫度在0℃～50℃變化時(shí)，輸出電流從273uA～323uA之間線性變化。那么通過(guò)電壓跟隨器2輸出的電壓將為2.73V～3.23V。如圖5-2。2、參數(shù)計(jì)算：由歐姆定律：I=U/R，U=IR得：〔三〕加減運(yùn)算電路局部1、原理：因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)輸出電壓1在0～5V變化，所以必須通過(guò)加減運(yùn)算電路將輸入電壓2.73～3.23V轉(zhuǎn)化為0～5V。連接電路如圖5所示:圖5加減運(yùn)算電路電路圖2、所用芯片：四運(yùn)放LM324CM。3、參數(shù)計(jì)算：因?yàn)檩敵?的電壓范圍是0～5V，所以由公式：假定反應(yīng)電阻,輸入端電阻,而的范圍是2.73V~3.23V,即,因此，得出的范圍為0~5V?！菜摹畴妷焊S器局部本系統(tǒng)中所搭接的三個(gè)電壓跟隨器的作用均是防止前面所接電路對(duì)后續(xù)電路的影響，即起到一個(gè)隔離的作用。具體電路圖如下〔圖6〕：圖6電壓跟隨器電路2、所用芯片：LM324N?！参濉?55定時(shí)器局部1、原理：這局部應(yīng)用的是555定時(shí)器的CON端。當(dāng)CON端電壓值給定后，THR端電壓大于等于CON端的電壓時(shí)，輸出低電平；TRI端電壓小于等于CON/2時(shí)，輸出高電平?！踩鐖D5-5〕圖7555定時(shí)器局部電路圖2、參數(shù)計(jì)算：先設(shè)定CON=3V，當(dāng)Ui≥3V時(shí)，OUT端輸出低電平；當(dāng)Ui≤1.5V時(shí)，OUT端輸出高電平。但題目中是當(dāng)Ui≤2V,輸出高電平,所以,在運(yùn)放的輸出端和TRI端之間接了一個(gè)電位器,調(diào)到3/4處,即使得Ui≤2V時(shí),UTRI≤2×3/4=1.5V。將前面的放大電路的輸出電壓直接作為555定時(shí)器的VTH輸入，而將VTH經(jīng)過(guò)分壓電路分出3/4的電壓后作為555定時(shí)器的VTR輸入，這樣，由于555定時(shí)器的根本特性，就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求，即當(dāng)輸出1的電壓小于2V時(shí)輸出2為高電平，當(dāng)輸出1的電壓大于3V時(shí)輸出2為高電平，當(dāng)輸出1在2V與3V之間變化時(shí)，輸出2的電平保持不變。六、總體電路圖8溫度測(cè)量控制系統(tǒng)總體電路圖七、仿真結(jié)果1、加減運(yùn)算電路正常工作時(shí)仿真結(jié)果。通道A為ad590輸出電壓，通道B為輸出電壓?！布匆蟆?〕的仿真結(jié)果〕圖9電平變換仿真結(jié)果2、電平變換仿真結(jié)果。通道A為輸出電壓，通道B為電平變換結(jié)果〔即要求〔2〕的仿真結(jié)果〕圖10電平變換仿真結(jié)果八、實(shí)測(cè)結(jié)果分析1、依照下表進(jìn)行測(cè)試：表1結(jié)果測(cè)試表第一組：工程溫度輸出1輸出2理論數(shù)值202V高電平實(shí)測(cè)數(shù)值20.11.99V高電平誤差0.5%0．5%無(wú)第二組：工程溫度輸出1輸出2理論數(shù)值18.51.85V高電平實(shí)測(cè)數(shù)值18.21.88V高電平誤差1.5%1.5%無(wú)第三組：工程溫度輸出1輸出2理論數(shù)值303V低電平實(shí)測(cè)數(shù)值29.72.95V低電平誤差1%1.6%無(wú)在誤差允許的范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合要求。此系統(tǒng)的精確度到達(dá)題目要求。九、設(shè)計(jì)總結(jié)1、成果評(píng)價(jià)溫度測(cè)量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作要完成和實(shí)現(xiàn)的電路其穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度的要求都很高，雖然用multisim仿真軟件實(shí)現(xiàn)了其全部功能，但模擬電路與實(shí)際電路的差距還是很大的。實(shí)際電路中用到的根本的元器件相較模擬器件性能有一定的差距，同時(shí)受到外界環(huán)境的影響，電路中的連接導(dǎo)線對(duì)電路的精確度和穩(wěn)定性也有一定的影響。根據(jù)前面的單元電路的設(shè)計(jì)的分析，可以知道，系統(tǒng)的整體的精確度與所使用的傳感器是密切相關(guān)的，而一般的AD590的數(shù)度都比擬高，在-55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3℃。所以系統(tǒng)的非線性誤差比擬小，到達(dá)題目的誤差±1℃的要求。而其它的諸如電阻與理論值的誤差那么可通過(guò)各級(jí)的滑動(dòng)變阻的調(diào)整來(lái)進(jìn)行平衡，最終對(duì)輸出不會(huì)產(chǎn)生太大的影響。最終成果完成全部設(shè)計(jì)要求，但電路的穩(wěn)定性有待提高。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)只是完整地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)題目的設(shè)計(jì)要求，沒有其他的擴(kuò)展功能，這是本系統(tǒng)的一個(gè)比擬大的遺憾。從實(shí)際應(yīng)用方面來(lái)說(shuō)，所能實(shí)現(xiàn)的功能還有待提高，有較大的開展空間，用途較廣泛。2、心得體會(huì)經(jīng)過(guò)上學(xué)期的數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)，我對(duì)課程設(shè)計(jì)的流程已經(jīng)很熟悉，所以，相對(duì)來(lái)說(shuō)這次模擬電路課程設(shè)計(jì)較為順利。這次的課程設(shè)計(jì)不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考的能力，學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法，而這正是日后最實(shí)用的，我覺得受益匪淺。學(xué)習(xí)知識(shí)，不在于考試分?jǐn)?shù)多高，最重要的是將知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，化文字為實(shí)踐，動(dòng)手制作出實(shí)實(shí)在在的有功能的物件。設(shè)計(jì)的過(guò)程是發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過(guò)程。有了上學(xué)期的經(jīng)驗(yàn)搭接電路時(shí)，我更加仔細(xì)，對(duì)電路的布局更加重視。并對(duì)檢查電路問題有了更多經(jīng)驗(yàn)與方法。在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，我也遇到了一些困難。我們只有充分考慮到設(shè)計(jì)中可能存在的問題并及時(shí)想好解決方案，才能使我們的電路到達(dá)最優(yōu)化，才能使電路的實(shí)用性更強(qiáng)。通過(guò)此次模電課程設(shè)計(jì)，讓我收獲了很多知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。感謝老師給我們這次親自動(dòng)手，自行完成課程設(shè)計(jì)的時(shí)機(jī)，讓我們受益匪淺。在很多能力上有了很大的提高：加深了對(duì)電路的分析能力；掌握了常用電子器件的類型和特征；學(xué)會(huì)電子電路的搭接、安裝和調(diào)試；培養(yǎng)了自己解決問題的能力；提高了嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)雖然結(jié)束了，在這過(guò)程中又汗水，有收獲，也留下了很多遺憾，沒有做到完善與創(chuàng)新。相信以后我會(huì)以更加積極地態(tài)度對(duì)待我的學(xué)習(xí)、生活。我相