温度超限报警电路的设计与仿真

1 数字电子技术课程设计温度超限报警电路的设计与仿真系部名称：电气工程系专业名称：电气工程及其自动化学生姓名：季莫申完成日期： 2015 年 12 月 16 日石家庄铁道大学2 课程设计评定表姓名 季莫申 学号 存档号系别 电气工程系 专业电气工程及其自动化班级课程设计题目 温度超限报警电路的设计与仿真指导教师评语：签名：年月日1．课程设计成绩：指导教师签名：年月日2．答辩成绩：答辩小组组长签名：年月日3．综合成绩：备注：1.“课程设计成绩”一项由指导教师根据学生在设计过程的表现及课程设计说明书评定，满分 100 分。2.“答辩成绩”一项由指导老师根据答辩情况评定，满分 100 分。3.“综合成绩” =“课程设计成绩” *80%+“答辩成绩” *20%。3 摘要本次课程设计所设计的温度超限报警电路， 由主要由模数转换部分， 加法调整部分， 译码显示部分与判别报警部分组成， 主要实现在限定温度范围内， 对高于上限温度和低于下限温度两种不正常情况进行声光报警，当低于下限温度时，蓝灯亮，并有蜂鸣器报警；当高于上限温度时，红灯亮，并有蜂鸣器报警；当处于两者之间，即正常温度条件下，绿灯亮起表示情况正常。在译码显示部分中，由于随着输入二进制的变化超过一定范围时， 所需加法调整的数值会起变化， 故在解决由于输入范围过大引起的乱码现象时， 有两种解决思路， 一种是控制输出范围，一种是扩大译码范围。在下面的文章中会有更为详细地叙述。关键词： AD转换器、加法器、译码器、比较器、七段数码显像管。4 目录第一章、设计任务及目的 51、设计目的 52、设计要求和设计指标 5第二章、电路设计总方案及原理框图 6第三章、单元电路的设计 71. 主要设计内容 72. 温度采集及模数转换部分 8温度采集及模数转换部分所用芯片说明： 83. 加法调整及译码显示部分 11加法调整及译码显示部分使用芯片说明： 11控制 AD输出方案下的译码显示： 12扩大译码范围下的译码显示： 14４ . 温度比较及声光报警部分 16温度比较及声光报警部分所用芯片说明： 16５ . 总体电路连接图 20第四章、仿真电路效果图 21第五章、元件清单表 24第六章．总结 . 25第七章、参考文献 265 第一章、设计任务及目的一、设计目的该次课程设计是为了培养运用有关的课程的基础理论知识和技能解决实际问题的能力， 从而提高本专业必要的基本技能、 方法和创新能力， 分调动学生的动手能力，让学生在学习理论知识的同时能够结合实际进行设计制作。二、设计要求和设计指标本次设计的题目为温度超限报警器的设计， 顾名思义就是运用温度传感器的温度特性从而达到在一定温度时的报警作用。其主要技术要求如下：１ . 利用温度传感器（用电位器）测量某环境的温度２ . 利用 A/D 转换将温度值转换成数字量。３ . 利用比较器和预置的温度比较判断是否超限。４ . 正常工作范围为 32— 37，低于下限低温报警，高于上限高温报警。５ . 采用蜂鸣器与发光二极管实现声光报警。6 第二章、电路设计总方案及原理框图温度超限报警原理框图图 1 利用热敏电阻器 （由电位器模拟） 的温度传感特性， 通过其电阻随温度变化而变化， 从而在电路中产生电压变化， 使其从温度信号转变为电信号， 让电压与预设电压进行比较， 再通过比较的结果情况， 产生的电信号控制三极管产生开关效应控制报警器报警或不报警。温度模拟 AD 转换 显示电路比较电路 报警电路7 第三章、单元电路的设计1. 主要设计内容（ 1）温度采集及模数转换部分。（ 2）加法调整及译码显示部分。（ 3）温度比较与声光报警部分。8 2. 温度采集及模数转换部分温度采集及模数转换部分所用芯片说明：图 2 在 Multisim ，使用该通用芯片模拟所有的 AD转换器，该芯片的 Vin 引脚是模拟信号输入端； Vref+ 是满量程上限电压输入端， Vref- 是满量程下限电压输入端，二者的差值是满量程输入电压； SOC引脚是开始转换信号的输入端，输入交流电的频率决定了 AD转换的速率；右端 D0至 D7为数字信号输出端； EOC为终止信号输出端，由于是低有效，将其接高即可，不影响仿真结果。9 图 3 74LS283D的左端 A1至 A4， B1至 B4是所相加的两个四位二进制数输入端，右端的 SUM1至 SUM4是相加结果输出端； C0是进位信号输出端， C4是进位信号输入端，这两端在级联时有重要作用。使用 Multisim 中的通用 A/D 转换器进行模数转换，具体电路连接及参数设置如图所示：10 图 4 11 3. 加法调整及译码显示部分加法调整及译码显示部分使用芯片说明：图 5 74LS48N的左端的 ABCD四引脚为输入信号输入端； BI/RBO 引脚是消隐功能端， 无论其他引脚是什么输入信号， 七段输出全部为零， 该端主要用于多显示器的动态显示； LT 为灯测试功能输入端，当此端有效且消隐功能端无效时，无论其他端输入是什么信号，输出的都是高位信号，即全 1，该端的主要功能是测试有无损坏的显像管； RBI 为动态灭零输入段，当消隐功能端有效，灯测试输入端无效，且 ABCD同时输入为低电平时，所有的输出全部为低，即全零，该端的主要作用是在多个七段显示器同时工作时，熄灭高位的 0。 LT、 RBI、 BI/RBO在本次设计中均为用到，实际连接时令其无效即可。 OA至 OG为七段输出端，剩余两端口的功能如图所示。12 图 6 A至 G端为输入端，上方引脚接地即可。使用集成芯片 74LS283D实现加法调整要求，按照调整规律，显示 8421BCD码每上升 10，便需要多加一个 6 来进行调整，在本次课程设计中，对应二进制数 30— 39，为使七段数码显像管正常显示，应进行加 12 调整。控制 AD输出方案下的译码显示：使用集成芯片 74LS48N来为七段数码显像管进行译码显示， 74LS48N驱动的是共阴七段数码显像管。具体电路连接及参数设置如图所示：13 图 7 14 扩大译码范围下的译码显示：由于在不同输入下所需的加法调整数值不同， 所以在这种思路下进行的译码显示需要使用比较器对输入的信号进行判别， 进而通过逻辑关系来实现对不同的输入给予不同数值的加法调整。具体原理如下，对由 AD转换器送来的信号，所有的加法器，比较器都会接受该信号， 但利用译码器的消隐功能端， 可以控制加工后信号的输出， 通过逻辑关系的控制， 虽然在信号来时每个信号都被接受， 处理， 但在任意一个特定时刻，只有有且仅有一个信号可以输出， 这也是多个译码器可以共用一个七段数码显示器的理论基础， 对于七段数码显示器来说， 在任意时刻， 与只有一个译码器与之连接的情况是完全一致的。具体的电路连接方法如下图所示， 随着所需范围的扩大， 只需以此类推图中的电路连接即可。图 8 15 图 9 16 ４ . 温度比较及声光报警部分温度比较及声光报警部分所用芯片说明：图 10 A3至 A0， B3 至 B0 是需比较的两个四位二进制信号输入端； AGTB是 A大于B 的输入端， AEQB是 A 等于 B 输入端， ALTB是 A 小于 B 的输入端，以上三端在级联时作为低位片比较结果的输入端； 对应的， OAGTB,OAEQB,OALTB是 A大于 B，A等于 B， A小于 B的输出端。上限的比较与下限的比较均通过７４ＬＳ８５Ｎ来实现， 用两片集成７４ＬＳ８５Ｎ进行级联组成八位数值比较器， 与预置的上下限温度进行比较， 并将比较信号传送给声光报警电路，电路连接图如下：上限比较电路：17 图 11 18 下限比较电路：图 12比较电路将比较结果送达声光报警电路后， 由声光报警电路根据比较结果进行声光提示， 当温度低于预置下限温度时， 蓝灯亮并有蜂鸣器报警； 当温度在上下限温度之间时属于正常情况， 绿灯亮； 当温度超过上限温度时， 红灯亮并有蜂鸣器报警。电路连接及参数设置如图所示：19 图 13 20 ５ . 总体电路连接图图 14 21 第四章、仿真电路效果图在温度低于 32 度时，下限比较电路报警，蓝灯亮图 15 22 在温度高于 32 度低于 37 度时，正常工作，不报警绿灯亮图 16 23 当温度高于 37 度时，上限报警电路报警，红灯亮图 17 24 第五章、元件清单表元件清单表序号 型号 类别 数量（个） 备注1 ADC A/D 转换 1 2 74LS283D 加法器 4 3 74LS48N 译码器 2 4 500 欧电阻 电阻 14 5 74LS85N 比较器 4 6 1LH62 二极管7 7 LED 3 8 SEVEN SEA COM K 七段显示器 2 9 74AS32M 或门 1 10 74AS08N 与门 1 11 74ALS02N 与非门 1 12 BUZZER 蜂鸣器 2 13 滑动变阻器 1 14 三极管 5 25 第六章．总结通过对整个电路的详细设计过程， 基本理解了对产品的开发流程； 体会了对产品器件的参数选择， 以及对电路的调试； 深刻了对仿真过程与仿真软件本身的了解， 当然对以后的学习， 提供了一种思路； 总的说来对电路的理解和设计能力有了很大的提高。 不过感觉需要学习的东西还很多， 当然要对基本的元器件搞清楚，还需要对一些基本的问题进一步的熟悉研究。从本次设计过程中， 也可以了解到不同设计思路的优劣， 例如在遇到一些繁琐问题， 像本次设计中的设计扩大译码范围电路方案时， 采取一步到位， 毕其功于一役的设计思想并未是设计获得成功， 但是在转变设计思路后， 采用小步快跑的设计思想， 便一步步的解决了这一设计问题， 这种经历让人切身体会到做事还是应脚踏实地，不要好高骛远。26 第七章、参考文献1、阎石主编 , 数字电子技术基础 [M], 北京 , 高等教育出版社 ,2001 2、阎石王红主编，数字电子技术基础习题解答3、 陈明义主编 , 电子技术课程设计实用教程 [M] · 广东· 中南大学出版社· 2002 4、张玉璞，李庆常主编·电子技术课程设计 [M] ·北京·北京理工大学出版社· 1994 5、李银华，王新全，汪泳·电子线路设计指导 [M] ·北京·北京航空航天大学出版社· 2005.6 6、陈振官，陈宏威·光电子电路及制作实例 [M] ·北京·北京国防工业出版社· 2006.1