智能飲水機(jī)控制系統(tǒng)-畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、智能飲水機(jī)控制系統(tǒng)學(xué)生：XXX 指導(dǎo)教師：XXX內(nèi)容摘要：該系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合電子技術(shù)理論，從生活實(shí)際出發(fā)，完善了飲水機(jī)的功能。設(shè)計(jì)方案中，主要采用AD590和光敏三極管作為檢測單元，并運(yùn)用了MC14433、74LS160等集成器件。整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，即測溫?cái)?shù)顯和加熱次數(shù)自動(dòng)控制，包括檢測、A/D轉(zhuǎn)換（計(jì)數(shù)）、譯碼選通、繼電器控制等電路模塊單元。與傳統(tǒng)的飲水機(jī)相比，由于采用了自動(dòng)檢測和控制的電子設(shè)計(jì)技術(shù)，可較好地實(shí)現(xiàn)對水溫和水質(zhì)的測量和控制，具有較廣泛的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：檢測單元 溫度傳感器AD590 自動(dòng)控制 繼電器Intelligent water machine control sy

2、stemAbstract: The system of design integrated electronic technology theory, from the actual conditions of life, improving the function of the drinking fountains. The Design project with the main use ofAD590 and phototransistor as a test unit has still used theMC14433, 74LS160, such as integrated dev

3、ice. The whole design system tries to achieve two functions, namely, digital temperature measurement and automatic control of the number of heating, including detection, A / D converter (Count), decoding strobe, relay control such circuit modules. Compared with the traditional drinking fountains, th

4、e use of automatic detection and control of electronic design technology, can better achieve the right temperature and water quality measurement and control, with a wider range of applications.Keywords: Detection Unit Temperature Sensor AD590 Automatic Control Rela目 錄前言11 總體設(shè)計(jì)方案21.1 設(shè)計(jì)方案一21.1.1 方案一方

5、框圖21.1.2 方案論證21.2 設(shè)計(jì)方案二31.2.1 方案二方框圖31.2.2 方案論證31.3 方案比較與選擇32 單元模塊設(shè)計(jì)42.1 直流穩(wěn)壓源電路42.2 溫度檢測電路52.3 A/D轉(zhuǎn)換及顯示電路62.4 光敏檢測及計(jì)數(shù)電路72.4.1 光敏三極管感應(yīng)電路72.4.2 計(jì)數(shù)及繼電器控制電路83 特殊器件介紹93.1 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器MC1443393.2 溫度傳感器AD590113.3 電磁繼電器123.4 計(jì)數(shù)器74LS161134 系統(tǒng)調(diào)試145 系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)156 結(jié)束語15參考文獻(xiàn)17智能飲水機(jī)控制系統(tǒng)前言 飲水機(jī)存在于現(xiàn)代每個(gè)家庭生活中，但是目前大部分的飲水

6、機(jī)功能僅限于燒水功能，對現(xiàn)代人來說，功能還是不完善或者說存在一定的缺陷，比如對水溫沒有顯示裝置，對加熱次數(shù)沒有合理控制等，這些都與對健康水質(zhì)的追求相矛盾。為了解決以上問題，我結(jié)合所學(xué)電子設(shè)計(jì)理論知識(shí)，設(shè)計(jì)了本套智能飲水機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合了電子線路設(shè)計(jì)、數(shù)字電子技術(shù)、Protel仿真設(shè)計(jì)軟件等相關(guān)知識(shí)，考慮現(xiàn)實(shí)需要來完成的。主要實(shí)現(xiàn)的功能為對飲水機(jī)加熱后的水溫測量及其3位半的數(shù)字顯示和對飲用水加熱次數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制的功能。功能一可以通過熱敏電阻，經(jīng)過一些電路變換（電橋電路），感應(yīng)出特定電壓信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路變成相應(yīng)的溫度，直接3位半顯示器來實(shí)現(xiàn)顯示；也可以通過集成溫度傳感器比如AD590

7、，將感應(yīng)電流接入特定的A/D轉(zhuǎn)換電路，最后譯碼實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)顯功能。功能二的實(shí)現(xiàn)為利用飲水機(jī)加熱信號燈會(huì)的亮滅狀態(tài)，我們想利用這個(gè)特點(diǎn)和一個(gè)光敏器件結(jié)合，這樣就可以產(chǎn)生脈沖信號，輸入到計(jì)數(shù)器，根據(jù)設(shè)定的數(shù)值，讓相應(yīng)的計(jì)數(shù)器管腳作為輸出， 再利用輸出的這個(gè)脈沖切斷主電路（用到特定的繼電器）；也可以利用飲水機(jī)內(nèi)部加熱電路的斷開狀態(tài)來通過脈沖感應(yīng)出加熱次數(shù)，再利用脈沖實(shí)現(xiàn)控制。方案二的設(shè)計(jì)模塊中檢測電路、AD轉(zhuǎn)換電路、控制顯示電路，主要是檢測電路對整個(gè)功能實(shí)現(xiàn)影響較大，且A/D轉(zhuǎn)換電路需要放大電路的作用，導(dǎo)致整體誤差的擴(kuò)大，而控制顯示電路采用了單片機(jī)設(shè)計(jì)，不容易實(shí)現(xiàn)微型化。最后對兩種方案進(jìn)行protel

8、99se軟件的仿真測試。通過驗(yàn)證比較，方案一電路穩(wěn)定，顯示準(zhǔn)確，決定選取方案一作為最終的設(shè)計(jì)方案。1 總體設(shè)計(jì)方案1.1 設(shè)計(jì)方案一A/D轉(zhuǎn)換器MC14433電路1.1.1 方案一方框圖 譯碼器CC4511溫度傳感器AD5903位半LED顯示MC1413選通電路K繼電器控制電路脈沖傳達(dá)及控制電路計(jì)數(shù)器74LS161光敏三極管加熱電路圖1.1.1-1 方案一方框圖 1.1.2 方案論證 該方案的設(shè)計(jì)流程方框圖如上所示，分兩塊功能電路。功能一電路采用AD590作為溫度檢測電路來檢測溫度，將傳感器的電流信號（需轉(zhuǎn)換成電壓信號）輸入到AD轉(zhuǎn)換器中，經(jīng)譯碼電路和選通電路最終實(shí)現(xiàn)3位半LED的數(shù)顯；功能二

9、電路采用光感應(yīng)器件（光敏三極管），將感應(yīng)脈沖送至74LS160計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器設(shè)定了一定的計(jì)數(shù)次數(shù)，當(dāng)達(dá)到此次數(shù)時(shí)，發(fā)出一脈沖送至相應(yīng)控制電路中，進(jìn)而控制繼電器工作，實(shí)現(xiàn)切斷加熱電路。本方案運(yùn)用溫度傳感器AD590和光感應(yīng)器光敏三極管件作為檢測感應(yīng)器件，其中AD590的輸出是電流，在輸入到AD轉(zhuǎn)換器中需要先轉(zhuǎn)換成電壓信號。該方案整體上易于實(shí)現(xiàn)，采用了很多集成器件，使得整體電路結(jié)構(gòu)完整、清晰，各功能結(jié)構(gòu)簡單。1.2 設(shè)計(jì)方案二1.2.1 方案二方框圖整形放大電路熱敏電阻8051相關(guān)接口電路A/D轉(zhuǎn)換電路電橋定值電阻3位半數(shù)字顯示電路K繼電器控制電路脈沖傳達(dá)及控制電路內(nèi)部加熱電路感應(yīng)脈沖計(jì)數(shù)器74L

10、S161加熱電路圖1.2.1-1 方案二方框圖1.2.2 方案論證該方案的設(shè)計(jì)電路流程圖如上面所示，對比方案一，該方案設(shè)計(jì)檢測電路由光敏電阻組成的電橋電路和感應(yīng)脈沖電路組成，實(shí)現(xiàn)原理也較為簡單，結(jié)構(gòu)簡潔，但功能一電路誤差較大，增加整形放大電路的情況下，擴(kuò)大了誤差范圍，同時(shí)也不適用飲水機(jī)環(huán)境；功能二區(qū)別一方案一在于檢測電路采用了飲水機(jī)內(nèi)部加熱電路的開關(guān)狀態(tài)原理，感應(yīng)出電路脈沖，從而實(shí)現(xiàn)對加熱次數(shù)的顯示與控制。1.3 方案比較與選擇 兩種方案比較，在功能一方面，方案一運(yùn)用了AD590溫度傳感器作為檢測電路器件，方案二運(yùn)用熱敏電阻構(gòu)成的電橋電路作為檢測電路，雖然兩種方案均能實(shí)現(xiàn)溫度的數(shù)顯和控制，但方

11、案二電路檢測誤差較大，且一定程度上不適用于飲水機(jī)系統(tǒng)中。而方案一采用AD590的集成溫度傳感器作為熱檢測電路，這種檢測方法靈敏度高，線性度好，適用測溫范圍較飲水機(jī)系統(tǒng)合適。功能二方面，方案一采用光感應(yīng)器件光敏三極管作為脈沖計(jì)數(shù)來源，且存在一定的誤差，方案二采用內(nèi)部加熱電路的開關(guān)狀態(tài)作為脈沖來源，穩(wěn)定性較好，不易受外界影響，但是實(shí)現(xiàn)不方便。方案二的設(shè)計(jì)模塊中檢測電路、AD轉(zhuǎn)換電路、控制顯示電路，主要是檢測電路對整個(gè)功能實(shí)現(xiàn)影響較大，且A/D轉(zhuǎn)換電路需要放大電路的作用，導(dǎo)致整體誤差的擴(kuò)大，而控制顯示電路采用了單片機(jī)設(shè)計(jì)，不容易實(shí)現(xiàn)微型化。最后對兩種方案進(jìn)行protel99se軟件的仿真測試，通過驗(yàn)

12、證比較，方案一電路穩(wěn)定，顯示準(zhǔn)確，決定選取方案一作為最終的設(shè)計(jì)方案。2 單元模塊設(shè)計(jì)2.1 直流穩(wěn)壓源電路該直流穩(wěn)壓源電路實(shí)現(xiàn)是+5V的電壓輸出，原理圖如下所示：圖2.1-1 直流穩(wěn)壓源電路圖 在連接電路中，需要在變壓器的副邊接入保險(xiǎn)絲FU，以防電路短路損壞變壓器或其它器件，其額定電流要略大于Iomax，選FU的熔斷電流為1A。整個(gè)電源電路結(jié)構(gòu)形式為220V電壓經(jīng)過變壓器輸入橋式整流電路中，而后經(jīng)幾個(gè)極性電容濾波接入到可調(diào)式三端穩(wěn)壓器CW317輸入端，穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流、過熱保護(hù)電路。R1和RP1組成電壓輸出調(diào)節(jié)電路，輸出電壓 Vo1.25(1+RP1/R1) (2.1) 由于設(shè)計(jì)要求+5V，

13、根據(jù)上面公式計(jì)算參數(shù)得到：RP1/R1=3,取R1=240,RP1為4.7K的滑動(dòng)變阻器。電容C2與RP1并聯(lián)組成濾波電路，以減少輸出的紋波電壓，二極管VD的作用是防止輸出端與地短路，損壞穩(wěn)壓器，起到保護(hù)穩(wěn)壓管的作用。相關(guān)主要元器件選擇及數(shù)量下表2.1-1 。表2.1-1 主要元器件選擇及數(shù)量表編號名稱規(guī)格數(shù)量CW317可調(diào)式穩(wěn)壓器1.2V37V/1.5AFU保險(xiǎn)絲1A（Iomax）1C1、C2極性電容2200Uf/25V2D5二極管IN414812.2 溫度檢測電路在飲水機(jī)系統(tǒng)溫度檢測電路中，運(yùn)用AD590溫度傳感器構(gòu)成TV變換電路，如下圖2.2-1所示：圖2.2-1 溫度檢測電路圖如圖所示

14、，電位器R2用于調(diào)整零點(diǎn)，R4用于調(diào)整運(yùn)放LF355的增益。調(diào)整方法如下：在0時(shí)調(diào)整R2，使輸出VO=0，然后在100時(shí)調(diào)整R4使VO=100mV。如此反復(fù)調(diào)整多次，直至0時(shí)，VO=0mV，100時(shí)VO=100mV為止。最后在飲水機(jī)水溫下進(jìn)行校驗(yàn)，例如，若水溫為25，那么VO應(yīng)為25mV。冰水混合物是0環(huán)境，沸水為100環(huán)境。要使電路中的輸出為200mV/，可通過增大反饋電阻（圖中反饋電阻由R3與電位器R4串聯(lián)而成）來實(shí)現(xiàn)。MC1403是高精度集成穩(wěn)壓器，可以提供輸出可調(diào)的基準(zhǔn)電壓。 本模塊電路中用到的是電流型AD590，采用集成運(yùn)算放大器LF355構(gòu)成的電路實(shí)現(xiàn)電壓的輸出，同時(shí)增加了電路的精

15、度和可靠性。溫度檢測電路中用到的主要電子器件和數(shù)量如表2.2-1。表2.2-1 檢測電路中的主要電子器件及數(shù)量表編號名稱規(guī)格數(shù)量AD590溫度傳感器-551501LF355運(yùn)算放大器K(200V/Mv)1R2、R4滑動(dòng)變阻器2K、100K2MC1403基準(zhǔn)電壓源-30.5-17.5V1 2.3 A/D轉(zhuǎn)換及顯示電路采用MC14433、CD4511、MC1413等集成器件，電路連接圖如圖2.3-1所示：圖2.3-1 A/D轉(zhuǎn)換及顯示電路圖如圖2.3-1所示的電路為3位半溫度顯示電路，其中，MC14433為集成電路驅(qū)動(dòng)器，它含有7個(gè)反向驅(qū)動(dòng)單元，各單元采用達(dá)林頓晶體管電路。因?yàn)镸C14433的DS

16、1DS4為高電平有效，經(jīng)MC1413反相后，正好與4只共陰極LED的千位、百位、十位及個(gè)位的陰極有效相連。當(dāng)MC14433在每次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC端輸出一個(gè)脈寬為Tcp/2的正脈沖，該正脈沖過后，就在DS1DS4端依次輸出脈寬為18Tcp的位選通正脈沖，其中，Tcp為時(shí)鐘脈沖周期。當(dāng)DS1輸出正脈沖時(shí)，Q3、Q2和Q0輸出的最高位數(shù)據(jù)0或1用來表示超量程、欠量程和極性標(biāo)志等等。當(dāng)Q3=1時(shí)，最高位顯示0表示欠量程，Q3=0時(shí)最高位顯示1表示超量程；Q2表示被測電壓極性，即Q2=1極性為正，Q2=0極性為負(fù)，這時(shí)+5V電壓通過電阻Rm使“-”號點(diǎn)亮；Q0表示量程，即Q0=說明輸入電壓在正常

17、范圍內(nèi)，Q0=1表示在正常范圍之外。Rm和Rh分別是負(fù)極性和小數(shù)點(diǎn)顯示的限流電阻。在DS1輸出位選通正脈沖后，DS2、DS3和DS4輸出的正脈沖使Q3Q0端輸出相應(yīng)的BCD碼數(shù)據(jù)。CD4511為7段譯碼驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)輸入電壓過載時(shí)，OR=1，控制CC4511的滅燈端BI，使顯示燈熄滅。MC14433提供輸出可調(diào)的基準(zhǔn)電壓Vref，當(dāng)基準(zhǔn)電壓為2V或200mV時(shí)，滿量程分別為1.999V或199.9mV。優(yōu)點(diǎn)為具有自動(dòng)校零和自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換功能。MC14433的時(shí)鐘頻率fcp與CP0、CP1兩端所接電阻Rc值有關(guān)。當(dāng)Rc=470K時(shí)，fcp=66KHz；當(dāng)Rc=750K時(shí)，fcp=50KHz，每個(gè)A/D

18、轉(zhuǎn)換周期約需16400個(gè)時(shí)鐘脈沖，若時(shí)鐘頻率fcp=66KHz是，由式T=N/fcp=4N/fosc可得一次A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間為T=0.25s，則測量速度為4次/s。積分元件R1C1的取值可由下式估算： R1C1=Vimax.T1/Vc1 (2.3-1)式中，Vc1=VDD-Vimax-0.5V,T1=4000/fcp,4000為信號積分階段所需時(shí)鐘脈沖數(shù)。電路中用到的相關(guān)主要電子器件表2.3-1。表2.3-1 主要電子器件表編號名稱規(guī)格數(shù)量MC14433雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器8mW1LED共陰極數(shù)碼管-4CD45117段譯碼驅(qū)動(dòng)器318V12.4 光敏檢測及計(jì)數(shù)電路2.4.1 光敏三極管感應(yīng)電

19、路為顯示飲水機(jī)加熱次數(shù)，需要檢測加熱電路開關(guān)狀態(tài)次數(shù)，運(yùn)用光敏三極管作為感應(yīng)器件，將感應(yīng)到的脈沖送到后續(xù)電路中，從而實(shí)現(xiàn)加熱次數(shù)的顯示，光敏感應(yīng)電路如下所示： 圖2.4.1-1 光敏三極管感應(yīng)電路2.4.2 計(jì)數(shù)及繼電器控制電路該電路為功能二實(shí)現(xiàn)的核心電路，運(yùn)用74LS161及繼電器等主要器件，電路圖如下所示：圖2.4.2-1 計(jì)數(shù)及繼電器控制電路圖2.4.2-1為計(jì)數(shù)及繼電器控制電路，它由74LS161及繼電器、二極管等組成?？梢赃@樣測試電路效果，當(dāng)接通電源時(shí)，用手擋住VT2 光敏三極管的光線，其內(nèi)阻增大，使VT3集電極為高電位。這樣使VT4，VT5復(fù)合管飽和導(dǎo)通，VD2發(fā)光二極管發(fā)光變亮，

20、同時(shí)電流流過繼電器線圈，產(chǎn)生磁場，開關(guān)觸點(diǎn)吸合接通到另一邊，切斷了220VD電壓的供應(yīng)；反之，若不用手擋住VT2，光敏三極管內(nèi)阻較小，VT3基極為高電位，使VT3導(dǎo)通，其集電極為低電位，這樣VT4、VT5復(fù)合管截止，發(fā)光二極管VD2不亮，繼電器線圈中也沒有電流通過，繼電器不工作，開關(guān)觸點(diǎn)繼續(xù)保持220V接頭上電路中VD1為繼電器的保護(hù)二極管。當(dāng)VT4、VT5復(fù)合管從導(dǎo)通突然轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂箷r(shí)，繼電器線圈中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的反電動(dòng)勢，反電動(dòng)勢產(chǎn)生的脈動(dòng)電流，給VD1放電，使繼電器線圈不受損壞，從而達(dá)到保護(hù)繼電器的作用。外接晶體采用12.000MHz和兩個(gè)30pH的電容組成，電容C3和C4構(gòu)成并聯(lián)諧振電路

21、，接在放大器的反饋回路中。3 特殊器件介紹3.1 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器MC14433 MC14433是單片集成3位半A/D轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.1.1-1所示： 圖3.1.1-1 MC14433原理框圖MC14433屬于雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，其中集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換器。MC14433采用字位動(dòng)態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千、百、十、個(gè)位BCD碼分時(shí)在Q0Q3輪流輸出，同時(shí)在DS1DS4端輸出同步字位選通脈

22、沖，很方便實(shí)現(xiàn)LED的動(dòng)態(tài)顯示，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。MC14433只有24個(gè)引腳，引腳排列如圖3.1.2-1其中VDD和VEE分別接+5V和5V，它的主要引腳功能見表3.1.1-1 。表3.1.1-1 主要引腳功能表端名功 能Pin1(VAG)模擬地，為高阻輸入端，被測電壓和基準(zhǔn)電壓的接入地Pin2(VR)基準(zhǔn)電壓，此引腳為外接基準(zhǔn)電壓的輸入端Pin3(Vx)被測電壓的輸入端Pin4-Pin6(R1/C1，C1)外接積分元件端Pin7、Pin8(C01、C02)外接失調(diào)補(bǔ)償電容端Pin9(DU)更新顯示控制端Pin10、Pin11(CLK1、CLK0)時(shí)鐘外接元件端Pin12(VEE)負(fù)電源端

23、Pin13(Vss)數(shù)字電路的負(fù)電源引腳Pin14(EOC)轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標(biāo)志位Pin15( OR)過量程標(biāo)志位，當(dāng)|Vx|VREF時(shí)，OR輸出為低電平Pin16、17、18、19(DS4、DS3、DS2、DS1)多路選通脈沖輸出端Pin20、21、22、23(Q0、Q1、Q2、Q3)BCD碼數(shù)據(jù)輸出端圖3.1.2 -1 MC14433引腳圖MC14433在DS1輸出位選通正脈沖后，DS2、DS3和DS4輸出的正脈沖使Q3Q0端輸出相應(yīng)的BCD碼數(shù)據(jù)。DS1DS4分別表示千、百、十、個(gè)位選通角，表3.1.3-1即為MC14433千位BCD碼標(biāo)志意義，如表所示：表3.1.3-1 MC14433千位

24、BCD碼標(biāo)志意義表MC14433千位BCD碼標(biāo)志意義MSD編碼內(nèi)容Q3Q2Q1Q0BCD7段數(shù)碼顯示+01 1 1 0不顯示-01 0 1 0+0 UR1 1 1 1-0 UR1 0 1 1+11 1 0 04-1 (僅顯示b和c段)-10 0 0 00-1 (僅顯示b和c段)+1 OR0 1 1 17-1 (僅顯示b和c段)-1 OR0 0 1 13-1 (僅顯示b和c段) 3.2 溫度傳感器AD590AD590為一種集成溫度傳感器，是一種半導(dǎo)體的單片集成兩端感溫電流源，它是利用晶體管的b-e結(jié)壓降的不飽和值VBE與熱力學(xué)溫度T和通過發(fā)射極電流I的下述關(guān)系 Vbe= K IT*lnI/q (

25、3.2)來實(shí)現(xiàn)對溫度的檢測。式中，K波爾茲常數(shù)；q電子電荷絕對值。集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度0時(shí)輸出為0，溫度25時(shí)輸出2.982V。電流輸出型的靈敏度一般為1mA/K，本設(shè)計(jì)采用電流型。在被測溫度一定時(shí)，AD590相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和530V的直流電源相連，并在輸出端串接一個(gè)1k的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì)有1mV/K的電壓信號。其基本電路如圖3.2.1-1所示。圖3.2.1-1 AD590基本

26、電路原理框圖 圖3.2.1-1是利用Ube特性的集成PN結(jié)傳感器的感溫部分核心電路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流I1和I2相等；T3、T4是感溫用的晶體管，兩個(gè)管的材質(zhì)和工藝完全相同，但T3實(shí)質(zhì)上是由n個(gè)晶體管并聯(lián)而成，因而其結(jié)面積是T4的n倍。T3和T4的發(fā)射結(jié)電壓UBE3和UBE4經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻R上，所以R上端電壓為UBE。對于AD590，n8，這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度T成正比，將此電流引至負(fù)載電阻RL上便可得到與T成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出信號不受電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響。圖3.2.1中的電阻R是在硅板上形成的薄膜電阻，該電

27、阻修正了其電阻值，因而在基準(zhǔn)溫度下可得到1A/K的I值。3.3 電磁繼電器繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。繼電器電路如圖3.3.1-1所示：圖3.3.1-1 繼電器電路本設(shè)計(jì)方案采用電磁式繼電器，該繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就

28、會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。3.4 計(jì)數(shù)器74LS161 74161是4位二進(jìn)制同步加計(jì)數(shù)器。圖3.4.1-1為74LS161引腳圖，如下所示：圖3.4.1-1 74LS161引腳圖 圖中RD是異步清零端，LD是預(yù)置數(shù)控制端，A、B、C、D是預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端，EP和ET是計(jì)數(shù)使能端即控制端，ROC是進(jìn)位輸出端，它的設(shè)置為多片集成計(jì)數(shù)器的級聯(lián)提供了方便。表3

29、.4.2-1為74161的功能表。在本設(shè)計(jì)方案中，74161作為計(jì)數(shù)器，對光敏檢測電路傳來的脈沖信號計(jì)數(shù)，由于才有4位二進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，當(dāng)脈沖數(shù)達(dá)到16時(shí)，74161 TC端輸出一進(jìn)位信號，即為一個(gè)上升沿脈沖，作為后續(xù)繼電器電路的控制信號。表3.4.2-1 74161的功能表清 零RD預(yù)置LD使能EP ET時(shí)鐘CP預(yù)置數(shù)據(jù)輸入A B C D輸出QA QB QC QDL L L L LHL A B C DA B C DHHL 保持HH L 保持HHH H 計(jì)數(shù)4 系統(tǒng)調(diào)試本課程設(shè)計(jì)是緊貼實(shí)際的理論運(yùn)用設(shè)計(jì)。系統(tǒng)調(diào)試作為其中最為重要的一環(huán)，是檢測設(shè)計(jì)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的重要依據(jù)。本設(shè)計(jì)調(diào)試主要是仿真電

30、路和實(shí)物電路的理論的調(diào)試，即Protel99軟件對電路的測試。 功能一溫度數(shù)顯電路調(diào)試，電路圖參考總圖附錄。接通電源，VDD=+5V，VEE=-5V，Vss接地，測量零電壓，使輸入電壓Vi與VAG短接，3位半數(shù)顯LED電路應(yīng)為0000;接著測量基準(zhǔn)電壓，調(diào)整電位器RP使VREF的電壓為VREF=1.999V。用示波器觀測MC14433CP0腳的時(shí)鐘脈沖的波形，并根據(jù)頻率計(jì)算出測量的速度。對于穩(wěn)壓源的輸入，Vi=1.990V，電壓表應(yīng)顯示1.990V，并用示波器觀察C1腳波形。交換輸入電壓Vi的極性，重復(fù)上面步驟，電壓表顯示負(fù)壓1.990V。最后，用示波器觀測MC14433的位選通信號DS1DS

31、4的波形，再觀測到EOC端的正脈沖。依照上面測試步驟，知道電路中存在電阻不夠匹配，出現(xiàn)不能正確顯示。功能二繼電器控制電路按照理論計(jì)算出各電阻、運(yùn)算放大器等參數(shù)，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。只要按照設(shè)計(jì)電路的正確接法，均可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示和繼電器控制的功能，當(dāng)然模擬轉(zhuǎn)換的精度和誤差再所難免，然而通過軟件的調(diào)試可以達(dá)到最佳的穩(wěn)定狀態(tài)，更好地實(shí)現(xiàn)電路功能。調(diào)試中注意到，設(shè)計(jì)電路與飲水機(jī)內(nèi)部加熱電路的電氣性能匹配問題很重要，還有就是74161的進(jìn)位信號為上升沿脈沖，而后續(xù)設(shè)計(jì)的控制電路在上升沿脈沖時(shí)繼電器不工作，故需要在EOC輸出端加反相器，從而實(shí)現(xiàn)脈沖控制的加熱電路切斷。5 系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)該設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)

32、兩種功能即飲水機(jī)水溫的數(shù)字顯示和加熱次的計(jì)數(shù)控制功能。兩種功能整體結(jié)構(gòu)完整，簡潔，但電路中各參數(shù)匹配要求較高。在指標(biāo)參數(shù)方面，經(jīng)R1C1=Vimax.T1/Vc1、Vbe= K IT*lnI/q等公式計(jì)算，算出了各電路器件的參數(shù)值；再經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試和測試，得到各模塊電路的指標(biāo)參數(shù)：直流穩(wěn)壓源電路將220V交流電壓輸入下，能夠得到滿足要求的+5V輸出電壓；轉(zhuǎn)換電路中，對Vi輸入某一模擬電壓例如2.0V，可以看到超量程端顯示，輸入0.8VD電壓時(shí)，能夠得到3位半LED顯示器上0.799V電壓顯示，基本實(shí)現(xiàn)了顯示測量功能, 我們還是通過理論上的計(jì)算即公式V0=1.25(1+RP/R1)計(jì)算出輸出電壓+

33、5V時(shí)需要的電阻參數(shù)。通過多次測量區(qū)平均值的方法，我們可以得到了設(shè)備的精度參數(shù)。在加熱次數(shù)控制電路模塊中，通過理論上的計(jì)算得到AD590分壓電阻1K。這個(gè)設(shè)計(jì)中需要計(jì)算的量不是很多，MC14433、CD4511、MC1413及相關(guān)接口電路中參數(shù)的選擇在前面已經(jīng)提到過，此外，在數(shù)字電壓顯示部分，我們仿照了參考書中相應(yīng)模塊，借鑒了相應(yīng)的書籍資料數(shù)據(jù)，進(jìn)行測試和調(diào)節(jié)，看所測的參數(shù)穩(wěn)定，基本穩(wěn)定滿足設(shè)計(jì)要求。 6 結(jié)束語通過這次課程設(shè)計(jì)的練習(xí)，我收獲很多，不僅提高了自己在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用方面的實(shí)踐技能，也樹立了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，更培養(yǎng)自己綜合運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，這是一次深刻的自我實(shí)踐課程的練習(xí)，在電路設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、整理資料等環(huán)節(jié)中，我們都碰到了很多的問題，在這一過程中我們通過不斷的學(xué)習(xí)、查資料、請教老師同學(xué)等方式逐步又解決了問題,同時(shí)，在這一提出問題、解決問題的過程中，懂得了如何去學(xué)習(xí)去運(yùn)用。我的這次課程設(shè)計(jì)是第一次將理論知識(shí)運(yùn)用到具體實(shí)踐的學(xué)習(xí)，感觸很深，在開始的時(shí)候往往沒有頭緒，不知如何下手，通過老實(shí)得值、同學(xué)的幫助，進(jìn)步很大，主要有如下幾方面的提高：首先，初步掌握了數(shù)字邏輯電路分析和設(shè)計(jì)的基本方法，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)，初選電路，通過調(diào)查研究，設(shè)計(jì)計(jì)算，確定電路方案；選測元器件，連接仿真電路，獨(dú)立進(jìn)行測試，并通過調(diào)試改進(jìn)方案，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，寫出設(shè)計(jì)總