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(cè)到的環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，表示控制信號(hào)的發(fā)光二極管亮，否則表示控制信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。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(hào)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(duì)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(cè)量溫度的范圍0-100（LM35CZ還可測(cè)溫度的范圍40 - +110，但要增加負(fù)電源供電，請(qǐng)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(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行放大，得到合適的與溫度對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。電路可選用0.1V/。由于設(shè)定溫度信號(hào)需要數(shù)碼顯示，因此采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)單脈沖信號(hào)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(hào)通過(guò)計(jì)數(shù)器后是以數(shù)字信號(hào)形式出現(xiàn)的，注意到環(huán)境溫度信號(hào)是以模擬信號(hào)形式出現(xiàn)的，兩者不統(tǒng)一，考慮到模擬信號(hào)大小的比較非常容易，所以將設(shè)定溫度的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)。所以必須有一個(gè)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)的電路（即數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路D/A）。是否輸出控制信號(hào)，是由環(huán)境溫度信號(hào)和設(shè)定溫度信號(hào)的大小關(guān)系來(lái)決定的，當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度（即環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的電壓高于設(shè)定溫度對(duì)應(yīng)的電壓）時(shí)，電路輸出控制信號(hào)，表示控制信號(hào)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(duì)應(yīng)的電壓低于設(shè)定溫度對(duì)應(yīng)的電壓）時(shí)，電路不輸出控制信號(hào)，表示控制信號(hào)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(dòng)器74LS48，用74LS48直接驅(qū)動(dòng)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(hào)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(hào)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(hào)。 通用運(yùn)算放大器LM324簡(jiǎn)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(hào)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(hào)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(hào)。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(hào)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(shuō)明。非門(mén)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(hào)或利用電容器的充放電過(guò)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(duì)應(yīng)的腳為1腳，依逆時(shí)針?lè)较蛞来螢?，3，4，5，6，7，8號(hào)腳。555應(yīng)用：?jiǎn)蚊}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(hào)開(kāi)始形成。注意到此時(shí)7腳與內(nèi)部是斷開(kāi)的（T截止），電源通過(guò)R14對(duì)電容C2充電，6腳電位開(kāi)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(hào)結(jié)束。單脈沖信號(hào)由3腳輸出。單脈沖維持時(shí)間通過(guò)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(hào)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(hào)輸入端，Q3Q2Q1Q0是四個(gè)計(jì)數(shù)信號(hào)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(hào)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(hào)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?jiǎn)挝坏?倍4倍2倍1倍。這樣就將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成了模擬信號(hào)。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(shuō)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(hào)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(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，因此還需要一個(gè)加法器將個(gè)位

15、信號(hào)與十位信號(hào)相加，并變成與溫度準(zhǔn)確的對(duì)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(duì)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(guò)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(hào)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(hào)電壓為0.25V的0

16、9倍時(shí)，在R13上產(chǎn)生的電壓就會(huì)為0.1V的09倍即0.1V-0.9V也會(huì)成立）。當(dāng)R12所接信號(hào)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(hào)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(hào)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(jiǎn)化等式得 當(dāng)R12所接信號(hào)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(jiǎn)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(hào)控制空調(diào)的工作，將會(huì)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(kāi)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(kāi)機(jī)，隨著開(kāi)機(jī)過(guò)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(kāi)機(jī)。即開(kāi)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(duì)應(yīng)的電壓變化量就有0.4V，便于測(cè)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?hào)的形成及顯示電路設(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(mén)U4A的輸入為x1,x2, 輸出為y3,與非門(mén)U4D的輸入為x12,x13,與非門(mén)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(hào)形成電路電路用于課程設(shè)計(jì)時(shí)，由于并沒(méi)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(kāi)停機(jī)信號(hào)的發(fā)光二極管一直亮或一直滅，而觀察不到開(kāi)停機(jī)過(guò)程和現(xiàn)象。對(duì)于做課程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)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(hào)，當(dāng)開(kāi)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(kāi)機(jī)（即LE

21、D亮），如此循環(huán)。 如圖所示，當(dāng)開(kāi)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T(mén)1，即充電時(shí)間為T(mén)1，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(kāi)機(jī)時(shí)間為T(mén)2，取C=2200F，設(shè)停機(jī)時(shí)間T1=44秒，開(kāi)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(cè)到的環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，表示控制信號(hào)的發(fā)光二極管亮，否則表示控制信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)?？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(hào)需要發(fā)光二極管顯示，因此采用移位計(jì)數(shù)器4017對(duì)單脈沖信號(hào)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(kāi)關(guān)設(shè)定溫度電壓發(fā)光二極管電路驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示 移位計(jì)數(shù)器4017簡(jiǎn)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(hào)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(kāi)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(shuō)明帶

24、負(fù)載能力較差）。四二輸入與非門(mén)簡(jiǎn)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(shuō)明帶負(fù)載能力較差）。四個(gè)與非門(mén)的詳細(xì)情況如下圖所示。它們每個(gè)與非門(mén)有二個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。四模擬開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)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(kāi)關(guān)的詳細(xì)情況如下圖所示。它們每個(gè)模擬開(kāi)關(guān)有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端（注意，它們誰(shuí)為輸入端誰(shuí)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(kāi)關(guān)導(dǎo)通，當(dāng)控制端為低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)截止，。是否輸出控制信號(hào)，是由環(huán)境溫度信號(hào)和設(shè)定溫

25、度信號(hào)的大小關(guān)系來(lái)決定的，當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度（即環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的電壓高于設(shè)定溫度對(duì)應(yīng)的電壓）時(shí)，電路輸出控制信號(hào)，表示控制信號(hào)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(duì)應(yīng)的電壓低于設(shè)定溫度對(duì)應(yīng)的電壓）時(shí)，電路不輸出控制信號(hào)，表示控制信號(hào)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(qǐng)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(qǐng)實(shí)驗(yàn)者閱讀其相關(guān)內(nèi)容。設(shè)定溫度信號(hào)電壓的產(chǎn)生采用最簡(jiǎn)單的電阻分壓電路得到與設(shè)定溫度對(duì)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(dòng)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(kāi)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(huì)改變其分壓電路的分壓值，因此，在電壓信號(hào)通過(guò)模擬開(kāi)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(qǐng)實(shí)驗(yàn)者閱讀其相關(guān)內(nèi)容。整體電路解說(shuō)：本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用方案二，現(xiàn)就電路的工作過(guò)程進(jìn)行解說(shuō)。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(kāi)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(hào)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(hào)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(kāi)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(kāi)關(guān)導(dǎo)通，選出一個(gè)分壓電壓信號(hào)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(kāi)關(guān)導(dǎo)通情況是什么狀態(tài)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)開(kāi)關(guān)的電流為，不會(huì)影響分壓電壓的輸出結(jié)果。否則，由于開(kāi)關(guān)有電流通過(guò)，分壓電路的電壓值就不是由R3R7決定，將會(huì)是隨著開(kāi)關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)的變化

28、而變化，這一點(diǎn)請(qǐng)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(dòng)作的進(jìn)行，電壓跟隨器輸出的電壓信號(hào)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(guò)，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(guò)，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(guò)，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(guò)，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(guò)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?hào)產(chǎn)生電路，由二個(gè)比較器（比較信號(hào)分別

30、為表示設(shè)定溫度的設(shè)定電壓信號(hào)和表示模擬環(huán)境溫度的電容器上的電壓信號(hào)）和由二個(gè)與非門(mén)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(hào)，再經(jīng)過(guò)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(hào)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(hào)情況是：環(huán)境溫度高于25時(shí)，輸出控制信號(hào)（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(hào)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(hào)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(hào)，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(hào)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(hào)才出現(xiàn)，空調(diào)才開(kāi)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(guò)程?？刂菩盘?hào)是否出現(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(lái)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(hào)的產(chǎn)生電路。本電路沒(méi)有采用溫度傳感器，采集實(shí)際的環(huán)境溫度信號(hào)，因?yàn)檫@樣，反映不出電路的工作過(guò)程，因?yàn)椴](méi)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(hào)，對(duì)模擬環(huán)境溫度信號(hào)的要求是：當(dāng)控制信號(hào)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(hào)的電壓要開(kāi)始降低，當(dāng)控制信號(hào)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(hào)的電壓要開(kāi)始上升。采用電容器的充放電過(guò)程來(lái)模擬，讓控制電路的輸出信號(hào)來(lái)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(kāi)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(duì)這個(gè)問(wèn)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(cè)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(hào)發(fā)生電路（單脈沖寬度設(shè)計(jì)為0.3S左右，請(qǐng)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(kāi)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(kāi)關(guān)中只有一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，在按鍵作用下，四個(gè)開(kāi)關(guān)輪流導(dǎo)通，所以通過(guò)電阻分壓的四個(gè)電壓只有其中一個(gè)電壓通過(guò)導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)再通過(guò)隔離級(jí)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(duì)應(yīng)關(guān)系，所以設(shè)定溫度可以由4017的輸出狀態(tài)來(lái)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(lái)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(jiǎn)單，工作原理也比較簡(jiǎn)單，請(qǐng)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(guò)程的分析以及模擬溫度變化過(guò)程的電路工作過(guò)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(wèn)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(duì)應(yīng)1）。將其討論過(guò)程以及設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程寫(xiě)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(hào)，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(duì)應(yīng)“+”極和“-”極，若是三極管，弄清板上對(duì)應(yīng)的“e” “b” “c”，對(duì)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(wàn)能表的歐姆檔直接測(cè)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(duì)應(yīng)的“e” “b” “c”，集成塊的腳編號(hào)的確認(rèn)。認(rèn)真焊接。按照印刷板上器件編號(hào)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(guò)程中注意以下問(wèn)題：各發(fā)光二極管”+”-“極。三極管上對(duì)應(yīng)的“e” “b” “c”集成塊的腳在印刷板上的對(duì)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(wú)短路現(xiàn)象和虛焊現(xiàn)象。認(rèn)真測(cè)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(kāi)），用萬(wàn)用表的電壓檔測(cè)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(kāi)），用萬(wàn)用表的電壓檔重復(fù)測(cè)量?jī)蓚€(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(cè)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(huà)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(cè)試：設(shè)定電壓為不同值時(shí)測(cè)量大電容上電壓變化情況，測(cè)量開(kāi)停機(jī)時(shí)間。6 分析故障和排除故障，并將分析和排除過(guò)程記錄下來(lái)。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