模電課程設計-溫度測量控制系統的設計與制作

xxxxxx學院課程設計報告(2011--2012年度第一學期)名稱：模擬電子技術課程設計題目：溫度測量控制系統的設計與制作學號：學生姓名：指導教師：成績：日期：20xx年xx月xx日目錄TOC\o"1-1"\h\u12330一、電子技術課程設計的目的與要求43766二、課程設計名稱及設計要求59971三、總體設計思想52712四、系統框圖及簡要說明53172五、單元電路設計〔原理、芯片、參數計算等〕624827六、總體電路101213七、仿真結果1114198八、實測結果分析1227010九、設計總結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14一、電子技術課程設計的目的與要求〔一〕電子技術課程設計的目的課程設計作為模擬電子技術課程的重要組成局部，目的是使學生進一步理解課程內容，根本掌握電子系統設計和調試的方法，增加集成電路應用知識，培養(yǎng)學生實際動手能力以及分析、解決問題的能力。按照本專業(yè)培養(yǎng)方案要求，在學完專業(yè)根底課模擬電子技術課程后，應進行課程設計，其目的是使學生更好地穩(wěn)固和加深對根底知識的理解，學會設計小型電子系統的方法，獨立完成系統設計及調試，增強學生理論聯系實際的能力，提高學生電路分析和設計能力。通過實踐教學引導學生在理論指導下有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學習和日后工程實踐奠定根底?！捕畴娮蛹夹g課程設計的要求

1．教學根本要求要求學生獨立完成選題設計，掌握數字系統設計方法；完成系統的組裝及調試工作；在課程設計中要注重培養(yǎng)工程質量意識，按要求寫出課程設計報告。教師應事先準備好課程設計任務書、指導學生查閱有關資料，安排適當的時間進行答疑，幫助學生解決課程設計過程中的問題。2．能力培養(yǎng)要求〔1〕通過查閱手冊和有關文獻資料培養(yǎng)學生獨立分析和解決實際問題的能力?！?〕通過實際電路方案的分析比擬、設計計算、元件選取、安裝調試等環(huán)節(jié)，掌握簡單實用電路的分析方法和工程設計方法。〔3〕掌握常用儀器設備的使用方法，學會簡單的實驗調試，提高動手能力?！?〕綜合應用課程中學到的理論知識去獨立完成一個設計任務。〔5〕培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風和嚴謹的科學態(tài)度。二、課程設計名稱及設計要求〔一〕課程設計名稱設計題目：溫度測量控制系統的設計與制作〔二〕課程設計要求1、設計任務要求設計制作一個可以測量溫度的測量控制系統，測量溫度范圍：室溫0～50℃，測量精度±1℃。2、技術指標及要求：〔1〕當溫度在室溫0℃～50℃之間變化時，系統輸出端1相應在0～5V之間變化?！?〕當輸出端1電壓大于3V時，輸出端2為低電平；當輸出端1小于2V時，輸出端2為高電平。輸出端1電壓小于3V并大于2V時，輸出端2保持不變。三、總體設計思想由于系統設計要求將實現溫度信號轉化為電壓信號，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,測量精度高,并具有消除電源波動的特性。因此，我們可以利用它的這些特性，實現從溫度到電流的轉化；但是，又考慮到溫度傳感器應用在電路中后，相當于電流源的作用，產生的是電流信號，所以，應用一個接地電阻使電流信號在傳輸過程中轉化為電壓信號。接下來應該是對產生電壓信號的傳輸與調整，這里要用到電壓跟隨器、加減運算電路，這些電路的實現都離不開集成運放對信號進行運算以及電位器對電壓調節(jié)，所以選用了集成運放LM324和電位器；最后為實現技術指標〔當輸出端1電壓大于3V時，輸出端2為低電平；當輸出端1小于2V時，輸出端2為高電平。輸出端1電壓小于3V并大于2V時，輸出端2保持不變?！持械囊?，選用了555定時器LM555CM。通過以上分析，電路的總體設計思想就明確了，即我們使用溫度傳感器AD590將溫度轉化成電壓信號，然后通過一系列的集成運放電路，使表示溫度的電壓放大，從而線性地落在0～5V這個區(qū)間里。最后通過一個555設計的電路實現當輸出電壓在2與3V這兩點上實現輸出上下電平的變化。四、系統框圖及簡要說明〔一〕系統框圖的簡要說明1、溫度傳感器AD590作用是將溫度信號轉化為電流信號。2、一個10K的電阻，將電流信號轉化為電壓信號,即2.73～3.23V。3、電壓跟隨器1是為了隔離10K電阻對后續(xù)電路的影響。4、加減運算電路是為了將電壓信號調整到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后續(xù)電路的影響。6、555定時器LM555CM，利用它的CON端實現功能〔2〕的要求?！捕诚到y框圖AD590串接一個10KAD590串接一個10KΩ接地電阻用電位器將5V電壓分壓出2.73V電壓加減運算電路將2.73~3.23V電壓轉換成0~5V輸出電壓跟隨器電壓跟隨器555電路構成2~3V滯回電壓比擬器分壓電路0~5V輸出輸出端1實現上下電平的輸出LED燈產生2.73~3.33V電壓圖1溫度測量控制系統框圖五、單元電路設計〔原理、芯片、參數計算等〕〔一〕溫度信號轉化為電流信號局部1、本局部應用了集成溫度傳感器AD590。AD590是電流型溫度傳感器,通過對電流的測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〕流過器件的電流〔μA〕等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度〔K〕，即：式中：Ir為器件AD590的電流，單位為：μA。T為所處環(huán)境的熱力學溫度，單位為：K?！?〕AD590的測溫范圍為-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被損壞?！?〕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，非線性誤差僅為±0．3℃。2、參數計算本設計要求在室溫0～50℃范圍內變化，所以由：〔K〕有：，,且所以，有：，23、AD590的封裝及應用電路21〔1〕AD590的封裝133圖3AD590封裝1：VCC2：電流輸出3：NC〔2〕AD590的應用電路圖4AD590應用電路由于在multisim中，沒有AD590這個傳感器的虛擬元器件，故在電路中根據其特性，用一個直流電流源代替。為了在仿真中方便表示溫度的變化對輸出電壓的影響，故使用輸出電流變化的直流電流源。硬件安裝時：AD590的安裝時要注意引腳安裝正確。AD590的管腳圖由圖3所示，安裝時管腳1接高電源，此處用12V。2號引腳是直流輸出，3號腳懸空即可。用電烙鐵接觸一下AD590隨即放開，然后再點一下這樣來加熱，使溫度升高，溫度傳感器將感受到的溫度變化轉化為電流信號?！捕畴娏餍盘栟D化為電壓信號局部1、原理：根據AD590的電流輸出特性，當溫度在0℃～50℃變化時，輸出電流從273uA～323uA之間線性變化。那么通過電壓跟隨器2輸出的電壓將為2.73V～3.23V。如圖5-2。2、參數計算：由歐姆定律：I=U/R，U=IR得：〔三〕加減運算電路局部1、原理：因為要實現輸出電壓1在0～5V變化，所以必須通過加減運算電路將輸入電壓2.73～3.23V轉化為0～5V。連接電路如圖5所示:圖5加減運算電路電路圖2、所用芯片：四運放LM324CM。3、參數計算：因為輸出1的電壓范圍是0～5V，所以由公式：假定反應電阻,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器局部本系統中所搭接的三個電壓跟隨器的作用均是防止前面所接電路對后續(xù)電路的影響，即起到一個隔離的作用。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定時器局部1、原理：這局部應用的是555定時器的CON端。當CON端電壓值給定后，THR端電壓大于等于CON端的電壓時，輸出低電平；TRI端電壓小于等于CON/2時，輸出高電平?！踩鐖D5-5〕圖7555定時器局部電路圖2、參數計算：先設定CON=3V，當Ui≥3V時，OUT端輸出低電平；當Ui≤1.5V時，OUT端輸出高電平。但題目中是當Ui≤2V,輸出高電平,所以,在運放的輸出端和TRI端之間接了一個電位器,調到3/4處,即使得Ui≤2V時,UTRI≤2×3/4=1.5V。將前面的放大電路的輸出電壓直接作為555定時器的VTH輸入，而將VTH經過分壓電路分出3/4的電壓后作為555定時器的VTR輸入，這樣，由于555定時器的根本特性，就可以實現設計的要求，即當輸出1的電壓小于2V時輸出2為高電平，當輸出1的電壓大于3V時輸出2為高電平，當輸出1在2V與3V之間變化時，輸出2的電平保持不變。六、總體電路圖8溫度測量控制系統總體電路圖七、仿真結果1、加減運算電路正常工作時仿真結果。通道A為ad590輸出電壓，通道B為輸出電壓?！布匆蟆?〕的仿真結果〕圖9電平變換仿真結果2、電平變換仿真結果。通道A為輸出電壓，通道B為電平變換結果〔即要求〔2〕的仿真結果〕圖10電平變換仿真結果八、實測結果分析1、依照下表進行測試：表1結果測試表第一組：工程溫度輸出1輸出2理論數值202V高電平實測數值20.11.99V高電平誤差0.5%0．5%無第二組：工程溫度輸出1輸出2理論數值18.51.85V高電平實測數值18.21.88V高電平誤差1.5%1.5%無第三組：工程溫度輸出1輸出2理論數值303V低電平實測數值29.72.95V低電平誤差1%1.6%無在誤差允許的范圍內，實驗結果符合要求。此系統的精確度到達題目要求。九、設計總結1、成果評價溫度測量控制系統的設計與制作要完成和實現的電路其穩(wěn)定性和準確度的要求都很高，雖然用multisim仿真軟件實現了其全部功能，但模擬電路與實際電路的差距還是很大的。實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，同時受到外界環(huán)境的影響，電路中的連接導線對電路的精確度和穩(wěn)定性也有一定的影響。根據前面的單元電路的設計的分析，可以知道，系統的整體的精確度與所使用的傳感器是密切相關的，而一般的AD590的數度都比擬高，在-55℃～+150℃范圍內，非線性誤差為±0.3℃。所以系統的非線性誤差比擬小，到達題目的誤差±1℃的要求。而其它的諸如電阻與理論值的誤差那么可通過各級的滑動變阻的調整來進行平衡，最終對輸出不會產生太大的影響。最終成果完成全部設計要求，但電路的穩(wěn)定性有待提高。本系統的設計只是完整地實現了設計題目的設計要求，沒有其他的擴展功能，這是本系統的一個比擬大的遺憾。從實際應用方面來說，所能實現的功能還有待提高，有較大的開展空間，用途較廣泛。2、心得體會經過上學期的數字電子課程設計，我對課程設計的流程已經很熟悉，所以，相對來說這次模擬電路課程設計較為順利。這次的課程設計不僅培養(yǎng)了獨立思考的能力，學會了很多學習的方法，而這正是日后最實用的，我覺得受益匪淺。學習知識，不在于考試分數多高，最重要的是將知識運用到實踐中，化文字為實踐，動手制作出實實在在的有功能的物件。設計的過程是發(fā)現問題、分析問題、解決問題的過程。有了上學期的經驗搭接電路時，我更加仔細，對電路的布局更加重視。并對檢查電路問題有了更多經驗與方法。在設計實現的過程中，我也遇到了一些困難。我們只有充分考慮到設計中可能存在的問題并及時想好解決方案，才能使我們的電路到達最優(yōu)化，才能使電路的實用性更強。通過此次模電課程設計，讓我收獲了很多知識和經驗。感謝老師給我們這次親自動手，自行完成課程設計的時機，讓我們受益匪淺。在很多能力上有了很大的提高：加深了對電路的分析能力；掌握了常用電子器件的類型和特征；學會電子電路的搭接、安裝和調試；培養(yǎng)了自己解決問題的能力；提高了嚴肅認真的工作作風和嚴謹的科學作風。模擬電子技術課程設計雖然結束了，在這過程中又汗水，有收獲，也留下了很多遺憾，沒有做到完善與創(chuàng)新。相信以后我會以更加積極地態(tài)度對待我的學習、生活。我相