2022年模电课程设计温度报警器 .pdf

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1、课程设计报告书温度报警器的设计学院电子与信息学院专业班级学生姓名学生学号指导教师课程编号课程学分起始日期名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 13 页 - - - - - - - - - 教师评语教师签名：日期：成绩评定备注名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 13 页 - - - - - - - - - 目 录一、选题背景 1二

2、、方案论证 ( 设计理念 ) 11、设计题目要求12、总体设计方案 1 2.1 设计思路 1 2.2 设计方案 1 2.3 方案论证与比较 2三、单元电路设计 3 1 窗口比较器电路 3 3 2 555 多谐振荡器电路 3 3 2 三极管基本开关电路 4 四、整机电路4.1 整机电路图5 4.2 元件清单 7 五、性能指标的测量与分析 7 5.1电路测试 7 5.1.1 测试使用的仪器 7 5.1.2指标测试步骤、测量数据与分析 7 5.1.3 故障分析及处理 8 六、课程设计总结 9七、参考文献 10名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - -

3、 - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 13 页 - - - - - - - - - 1 温度报警器的设计一、选题背景设计制作一个测温电路，能够根据环境温度的变化产生相应的反应。若外界温度 t1 ，测温装置感所应的温度t(tt1)，加热到 t2 ：若 t1tt2 ，电路以指示灯闪亮，但扬声器不报警；若 tt2 ，电路指示灯熄灭，同时扬声器报警，警报声频率为1kHz。二、方案论证 (设计理念 ) 1 设计题目要求本课题要求设计制作一个测温器，检测并显示环境温度的变化。要实现的功能：假设常温为t1 、经加热后的温度为t2 ，当测温装置感所应的温度 t ：t1

4、tt2 ，电路以指示灯闪亮，闪烁频率为0.5Hz，但扬声器不报警； tt2 ，电路指示灯熄灭，同时扬声器报警，警报声频率为1kHz。应解决的主要问题：为完成上述课题所要求的功能，重点在于：如何将不同区间的温度转化成我们所需要的电压或电流信息，进而通过这些信息实现不同温度区间的功能的实现；对扬声器和电路指示灯不同频率的控制。应达到的技术要求： 对温度信号的准确获取； 对扬声器和电路指示灯的频率的准确控制；各电路模块的整体配合。本课题在于检测环境中的温度变化，可准确地运用于环境温度的检测。21 设计思路使用窗口比较器进行对电压信号的筛选，使用555 振荡器控制蜂鸣器和指示灯的闪烁频率，使用反相器对

5、高低电平进行转换。22 提出方案满足上述设计功能可以实施的方案很多，现提出以下几种方案： 22 1 方案一 原理方框图（图1）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 13 页 - - - - - - - - - 2 图 1 方案一原理图 原理通过窗口比较器使电路分为两部分，一部分直接连接555 多谐振荡电路，控制蜂鸣器响应，另一部分通过反相器接555 以及指示灯，使之满足一下条件。当 t1tt2时，比较器输出低电平，使用三极管的基本开关电路输出高电平，使振荡器工作

6、，指示灯闪烁；而蜂鸣器所接555 的 RD 端为低电平，不工作。当 tt2时，比较器输出高电平，接入 555 的 RD 端，蜂鸣器响； 而指示灯所接555 的 RD 端为低电平，指示灯不工作。222 方案二 原理方框图（图2）图 2 方案二原理图 原理先将温度变化转化成的电压变化输入555 多谐振荡器， 在 555 多谐振荡器的输出端使用窗口比较器，对输出信号进行判断，并选择使蜂鸣器工作或者指示灯工作。23 对各方案进行可行性分析、比较，选出最佳方案。方案一在实行起来可以分步完成每个部分的电路，最后再一起进行调试。先使用窗口比较器，可以准确区分电压的不同，并使用两个555 多谐振荡器进行频率的

7、设定，比较方便。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 13 页 - - - - - - - - - 3 方案二首先用555 多谐振荡器将输入电压转化成频率，但是由于指示灯和蜂鸣器的频率要求不同，在之后的电路中难以达到频率要求，将窗口比较器接在多谐振荡器的输出部分也比较复杂。因此，选择方案一进行实验。三、 单元电路设计31 窗口比较器电路311 窗口比较器电路及其工作原理或功能说明窗口比较器具有两个门限电平， 可以检测输入模拟信号的电平是否处在给定的两个门限电平之

8、间。在元件选择与分类， 或对生产现场进行监视与控制时，窗口比较器 ( 图 3)是很有用的。当输入电压 uIURH时，uIURL, 所以集成运放 A1的输出 uO1=+UOM，A2的输出 uO2=-UOM。使得二极管 D1导通 D2截止, 稳压管 DZ工作在稳压状态，输出电压uO=+UZ。当输入电压 uIURL时,uIURH, 所以集成运放 A1的输出 uO1=-UOM，A2的输出 uO2=+UOM。使得二极管 D2导通 D1截止, 电流通路如图所标注，稳压管DZ工作在稳压状态，输出电压uO=+UZ。 URLuIURH时,uO1=uO2=-UOM，所以 D1和 D2均截止 , 稳压管截止 ,uO

9、=0。URH和 URL分别为比较器的两个阈值电压, 设 URH和 URL均大于零 , 则传输特性如图 4 所示。图 3 窗口比较器图 4 传输特性312 窗口比较器电路元件的选取与计算（元件标号见整机电路）R(20 度)=12.2k R(70 度)=2.0k 取 R1=8.2k，可得 R6 ：R7 ：R8=3:1:2 。因此取 R6=3k ，R7=1.1k，R8=2k 。32 多谐振荡器电路321 多谐振荡器电路及其工作原理或功能说明由 555定时器构成的多谐振荡器如图5 所示，R1，R2和 C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（ 6 脚） 和低电平触发端（ 2 脚）并接后接到 R2和 C的

10、连接处，将放电端（ 7 脚）接到 R1，R2的连接处。由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc 为低电平，小于（ 1/3 ）Vcc，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 13 页 - - - - - - - - - 4 故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo 为高电平，放电管 VT截止。这时，电源经 R1，R2对电容 C充电，使电压 uc 按指数规律上升，当uc 上升到（ 2/3 ）Vcc 时，输出uo 为低电平，放电管 VT导通，把 u

11、c 从（1/3 ）Vcc 上升到（ 2/3 ）Vcc 这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。充电时间常数 T充=（R1 R2）C。由于放电管 VT导通，电容 C通过电阻 R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态. 其维持时间TPL的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数T放R2C0随着 C的放电， uc 下降，当uc 下降到（ 1/3 ）Vcc 时，输出 uo。 为高电平，放电管 VT截止， Vcc再次对电容 c 充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后， uc 电压总是在（ 1/

12、3 2/3 ）Vcc 之间变化。 x 图 6 所示为工作波形。图 5 555 多谐振荡器图 6 振荡器波形322 多谐振荡器电路元件的选取与计算（元件标号见整机电路）T=C （R1+2R2 ）ln2 ；f=1/T. 蜂鸣器：f1=1kHz；T1=1ms 所以 C1（R11+2R12 ）=1.44e-3 ，取 C1=10nF ，R11=R12=47k 。指示灯：F2=0.5Hz；T2=2s 所以 C3（R15+2R16 ）=2.88，取 C3=10uF ，R15=R16=100k 。33 三极管基本开关电路331 三极管基本开关电路及其工作原理或功能说明名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载

13、- - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 13 页 - - - - - - - - - 5 负载电阻被直接跨接于三极管的集电极与电源之间，而位居三极管主电流的回路上，输入电压则控制三极管开关的开启与闭合动作，当输入电压大于开启电压时， 三极管呈开启状态时，有基极电流流动，使集电极流过更大的放大电流，因此负载回路便被导通，而相当于开关的闭合，此时三极管乃工作于饱和区，集电极电压接近0；当输入电压为低电压时，三极管呈闭合状态，由于基极没有电流，因此集电极亦无电流，致使连接于集电极端的负载亦没有电流，而相当于开关

14、的开启，此时三极管乃工作于截止，集电极电压接近电源电压。图 7 三极管基本开关电路332 三极管基本开关电路元件的选取与计算（元件标号见整机电路）在输入高电平的时候，三极管导通，为了使输出为低电平，应该使压降足够大，因此R4要足够大，我选取R4=62k 。为了防止 R3分压太大，影响高电平，因此R3应该选取较小的电阻，我选取R3=1k。四、整机电路 4.1 整机电路图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 13 页 - - - - - - - - - 6 图 8

15、整机电路图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 13 页 - - - - - - - - - 7 4.2 元件清单R1=8.2k C1=10nF R2=mf58热敏电阻 C2=100nF R3=1k C3=10uF R4=62k C4=100nF R6=3k D1二极管R7=1.1k D3 5.1V稳压管R8=2k D4 3V稳压管R10=1k D5二极管R11=47k D6 5.1V稳压管R12=47k R15=100k R16=100k R18=1k 此外，

16、还有 Lm324 1个, 三极管 9014 1 个，555 2 个，蜂鸣器 1 个，绿色发光二极管1 个，以及 8V电源。五、性能指标的测量与分析对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。5.1电路测试5.1.1 测试使用的仪器直流电压源，示波器，万用表。5.1.2 指标测试步骤、测量数据与分析表 1 热敏电阻降温常温加热比较器输出7.9V 0.011V 7.5V 集电极电压0.019V 7.9V 0.022V 蜂鸣器响不响响指示灯不闪烁闪烁不闪烁频率1.1khz 0.54hz 1.1khz 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -

17、 - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 13 页 - - - - - - - - - 8 结果分析：正常温度下，窗口比较器输出低电平，经过反相器之后变成高电平，灯光闪烁模块启动；当温度不在指定温度范围内时，比较器输出高电平，此时灯光闪烁模块停止运行，音频报警模块启动，蜂鸣器工作。指示灯工作波形仿真（图9）图 9 指示灯波形仿真分析：工作频率0.54Hz，工作周期 1.85s 。蜂鸣器工作波形仿真（图10）图 10 蜂鸣器波形仿真分析：工作频率1.1kHz，工作周期 0.909ms。5.1.3 故障分析及处理在调试时发现窗口比较器输出

18、高电平时，指示灯和蜂鸣器都在工作，用万用表测量，发现反相器的输出电压有0.3V，使 555 多谐振荡器工作了，为了让反相器输出电压接近0，增大集电极电阻的阻值，最终使用了62k的电阻，使输出接近0。发光二极管直接接多谐振荡器的输出，发现会烧坏二极管， 因此查找了资料， 绿色 LED的工作电压为 3V左右，所以选择3V的稳压二极管与1k 的电阻串联，并将指示灯并联在稳压二极管两端。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 13 页 - - - - - - - - -

19、 9 三、课程设计总结这次的课程设计， 让我扎实了自己的数字电子技术与模拟电子技术的知识。由于是第一次做这种课程设计，在开始看到题目的时候完全不知道从哪里入手，没有任何思绪，于是去网上找到了一些温度报警器的原理图，还有一些温度报警器电路的设计思路及方法。然后，我自己便有了一些对本电路的设计方案，再结合上学期学习的模电与数电课程，对于我想要达到的要求，参考课本找到了相应的电路。再分别对应不同的要求，比如频率要求，温度要求，来计算参数，最后将不同分工的电路连接在一起，在multisim上先进行了仿真，也让我更加熟悉了这个软件的使用。虽然电路图设计好了， 但是在面包板上做的时候也出现了不少困难，首先

20、，元件并不是完全按照要求的， 因此测试的时候有很大的误差，为了达到要求，不得不更换元件， 因此最后使用的元件与计算的值有部分不同。而实验时小的错误经常会被放大，时实验结果不正确， 也让我知道了做每一步都要仔细和严谨。拼接电路也不是很顺畅，因为平时没有用过，做起来并不能得心应手，这次实验也提高了我的动手和实践能力。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 13 页 - - - - - - - - - 10 参考文献1 清华大学电子学教研组编. 阎石主编 . 数字电子技术基础( 第 5 版). 北京：高等教育出版社，1983.4.1. 2 清华大学电子学教研组编. 童诗白、华成英主编. 模拟电子技术基础( 第 4 版). 北京：高等教育出版社， 1980.9.1. 3 模拟电子技术实验，华南理工大学电气信息及控制实验教学中心，2014.9. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 13 页 - - - - - - - - -