温度测量控制系统的设计与制作实验报告.docx

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1、北京电子科技学院课程设计报告( 2023 2023 年度第一学期)名 称： 模拟电子技术课程设计题 目：温度测量掌握系统的设计与制作学 号：学生姓名： 指导教师： 成 绩：日期：2023 年 11 月 17 日1目录一、电子技术课程设计的目的与要求3二、课程设计名称及设计要求3三、总体设计思想3四、系统框图及简要说明4五、单元电路设计原理、芯片、参数计算等4六、总体电路5七、仿真结果8八、实测结果分析9九、心得体会9附录 I：元器件清单11附录 II：multisim 仿真图11附录 III：参考文献112一、电子技术课程设计的目的与要求一电子技术课程设计的目的课程设计作为模拟电子技术课程的重

2、要组成局部，目的是使学生进一步理解课程内容，根本把握电子系统设计和调试的方法，增加集成电路应用学问，培育学生实际动手力量以及分析、解决问题的力量。依据本专业培育方案要求，在学完专业根底课模拟电子技术课程后，应进展课程设计，其目的是使学 生更好地稳固和加深对根底学问的理解，学会设计小型电子系统的方法，独立完成系统设计及调试，增加 学生理论联系实际的力量，提高学生电路分析和设计力量。通过实践教学引导学生在理论指导下有所创， 为专业课的学习和日后工程实践奠定根底。二电子技术课程设计的要求1教学根本要求要求学生独立完成选题设计，把握数字系统设计方法；完成系统的组装及调试工作；在课程设计中要留意培育工程

3、质量意识，按要求写出课程设计报告。教师应事先预备好课程设计任务书、指导学生查阅有关资料，安排适当的时间进展答疑，帮助学生解决课程设计过程中的问题。2力量培育要求（1） 通过查阅手册和有关文献资料培育学生独立分析和解决实际问题的力量。（2） 通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节，把握简洁有用电路的分析方法和工程设计方法。（3） 把握常用仪器设备的使用方法，学会简洁的试验调试，提高动手力量。（4） 综合应用课程中学到的理论学问去独立完成一个设计任务。（5） 培育严峻认真的工作作风和严谨的科学态度。二、课程设计名称及设计要求一课程设计名称设计题目：温度测量掌握系统的设计与制

4、作二课程设计要求1、设计任务要求设计制作一个可以测量温度的测量掌握系统，测量温度范围：室温050，测量精度 1。2、技术指标及要求：（1） 当温度在室温 050之间变化时，系统输出端 1 相应在 05V 之间变化。（2） 当输出端 1 电压大于 3V 时，输出端 2 为低电平；当输出端 1 小于 2V 时，输出端 2 为高电平。输出端 1 电压小于 3V 并大于 2V 时，输出端 2 保持不变。三、总体设计思想使用温度传感器完成系统设计中将实现温度信号转化为电压信号这一要求，该器件具有良好的线性和 互换性,测量精度高,并具有消退电源波动的特性。因此，我们可以利用它的这些特性，实现从温度到电流

5、的转化；但是，又考虑到温度传感器应用在电路中后，相当于电流源的作用，产生的是电流信号，所以， 应用一个接地电阻使电流信号在传输过程中转化为电压信号。接下来应当是对产生电压信号的传输与调 整，这里要用到电压跟随器、加减运算电路，这些电路的实现都离不开集成运放对信号进展运算以及电位 器对电压调整，所以选用了集成运放LM324 和电位器；最终为实现技术指标当输出端1 电压大于 3V 时， 输出端 2 为低电平；当输出端 1 小于 2V 时，输出端 2 为高电平。输出端 1 电压小于 3V 并大于 2V 时，输出端 2 保持不变。中的要求，选用了 555 定时器LM555CM。通过以上分析，电路的总体

6、设计思想就明确了，即我们使用温度传感器 AD590 将温度转化成电压信号， 然后通过一系列的集成运放电路，使表示温度的电压放大，从而线性地落在05V 这个区间里。最终通过一个 555 设计的电路实现当输出电压在 2 与 3V 这两点上实现输出凹凸电平的变化。3四、系统框图及简要说明一系统框图的简要说明1、温度传感器AD590 作用是将温度信号转化为电流信号。2、一个 10K 的电阻，将电流信号转化为电压信号,即 2.733.23v3、电压跟随器 1 是为了隔离 10K 电阻对后续电路的影响。4、加减运算电路是为了将电压信号调整到05V。5、电压跟随器 2、电压跟随器 3，均是为了防止前面的电路

7、对后续电路的影响。6、555 定时器LM555CM，利用它的CON 端实现功能2的要求。AD590 串接一个10 千欧电阻产生 2.733.23V 电压输出端 1实 现电 压 跟随器加减运算电路将2.733.23V 电压转换成 05V 输出05V 输出555电 路 构 成23V 滞回电压比较器高 低电 平的 输出灯用 5V 电源通过电位计分压得到2.73V 电压电 压 跟随器分压电路二系统框图图 1 温度测量掌握系统框图五、单元电路设计原理、芯片、参数计算等一温度信号转化为电流信号局部1、本局部应用了集成温度传感器AD590。AD590 是美国 ANALO G DEV ICES 公司的单片集成

8、两端感温电流源,是电流型温度传感器, 通过对电流的测量可得到所需要的温度值。电路外形如图2 所示,它承受金属壳3 脚封装, 其中1 脚为电源正端V+ ; 2 脚为电流输出端I0 ;3 脚为管壳,一般不用。图 2 AD590 管脚图AD590 的主要特性：1流过器件的电流A等于器件所处环境的热力学温度K，即：I/ T = 1rmA/K式中：Ir 为器件AD590 的电流，单位为：A。T 为所处环境的热力学温度，单位为：K。2AD590 的测温范围为-55+150。（3） AD590 的电源电压范围为 4V30V。电源电压可在4V6V 范围变化，电流Ir 变化为 1A，相当于温度变化为 1K。AD

9、590 可承受 44V 正向电压和 20V 反向电压，因而器件反接也不会被损坏。（4） 输出电阻为 710M。（5） 精度高。共分 I、J、K、L、M 五档，M 档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差仅为40.3。2、参数计算本设计要求在室温 050范围内变化，所以由：T= 273 + t K有：T = 273 + 0 = 273 ， T12= 273 + 50 = 323 ,且 Ir/ T = 1mA/K所以，有：3、AD590 的封装及应用电路（1） AD590 的封装I= 273m A， I= 323m Ar1r1123（2） AD590 的应用电路图 3 AD590 封装图 4

10、 AD590 应用电路在 multisim 中，用一个直流电流源代替 AD590 传感器。为了在仿真中便利表示温度的变化对输出电压的影响，故使用输出电流变化的直流电流源。硬件安装时：AD590 的安装时要留意引脚安装正确。AD590 的管脚图由图 3 所示，安装时管脚 1 接高电源，此处用 12V。2 号引脚是直流输出，3 号脚悬空即可。用电烙铁接触一下AD590 随即放开， 然后再点一下这样来加热，使温度上升，温度传感器将感受到的温度变化转化为电流信号。二电流信号转化为电压信号局部1、原理：依据 AD590 的电流输出特性，当温度在 050变化时，输出电流从 273uA323uA 之间线性变

11、化。则通过电压跟随器 2 输出的电压将为 2.73V3.23V。如图 5-2。2、参数计算：由欧姆定律：I=U/R，U=IR5得：三加减运算电路局部U= IR = 273m A 10KW = 2.73Vr1r1U= IR = 323m A10KW = 3.23Vr 2r 21、原理：由于要实现输出电压1 在 05V 变化，所以必需通过加减运算电路将输入电压2.733.23V 转化为 05V。连接电路如图 5 所示:2、所用芯片：四运放LM324CM。3、参数计算：图 5 加减运算电路电路图U= R (U +- U - )由于输出 1 的电压范围是 05V，依据加减运算电路公式：0fRR12R

12、/ / R23= R / / R78假定反响电阻 RfU= 10K W ,输入端电阻 R = R122.73= 1K W ,U= 10(+ -)011而U 的范围是 2.73V3.23V, 即U= 2.73V ,U= 3.23V ,因此，得出U 的范围为 05V。+ + min+ max0四电压跟随器局部本系统中所搭接的三个电压跟随器的作用均是防止前面所接电路对后续电路的影响，即起到一个隔离的作用。具体电路图如下图 6：6图 6 电压跟随器电路2、所用芯片：LM324N。五555 定时器局部1、原理：这局部应用的是555 定时器的CON 端。当CON 端电压值给定后，THR 端电压大于等于CO

13、N 端的电压时，输出低电平；TRI 端电压小于等于CON/2 时，输出高电平。如图 5-5图 7555 定时器局部电路图2、参数计算：先设定 CON=3V，当 Ui3V 时，OUT 端输出低电平；当 Ui1.5V 时，OUT 端输出高电平。但题目中是当Ui2V, 输出高电平,所以,在运放的输出端和TRI 端之间接了一个电位器,调到3/4 处,即使得 Ui2V 时,UTRI23/4=1.5V。将前面的放大电路的输出电压直接作为555 定时器的VTH 输入，而将VTH 经过分压电路分出 3/4 的电压后作为 555 定时器的VTR 输入，这样，由于555 定时器的根本特性，就可以实现设计的要求，即

14、当输出1 的电压小于 2V 时输出 2 为高电平，当输出 1 的电压大于 3V 时输出 2 为高电平，当输出 1 在 2V 与 3V 之间变化时，输出 2 的电平保持不变。六、总体电路7七、仿真结果图 8 温度测量掌握系统总体电路图1、加减运算电路正常工作时仿真结果。通道 A 为 ad590 输出电压，通道B 为输出电压。即要求1的仿真结果2、电平变换仿真结果。图 9 电平变换仿真结果通道 A 为输出电压，通道B 为电平变换结果即要求2的仿真结果8图 10 电平变换仿真结果八、实测结果分析1、依照下表进展测试：表 1结果测试表工程 理论数值实测数值误差温度2020.10.5%输出 1 2V1.

15、97V15%输出 2 高电平高电平无工程 理论数值实测数值误差温度18.518.40.5%输出 1 1.85V1.84V0.5%输出 2 高电平高电平无工程 理论数值实测数值误差温度3030.10.5%输出 1 3V3.01V0.5%输出 2 低电平低电平无第一组：其次组：第三组：在误差允许的范围内，试验结果符合要求。此系统的准确度到达题目要求。九、设计总结1、成果评价温度测量掌握系统的设计与制作要完成和实现的电路其稳定性和准确度的要求都很高，虽然用multisim 仿真软件实现了其全部功能，但模拟电路与实际电路的差距还是很大的。实际电路中用到的根本的元器件相较模拟器件性能有肯定的差距，同时受

16、到外界环境的影响，电路中的连接导线对电路的准确度 和稳定性也有肯定的影响。依据前面的单元电路的设计的分析，可以知道，系统的整体的准确度与所使用 的传感器是亲热相关的，而一般的 AD590 的数度都比较高，在-55+150范围内，非线性误差为 0.3。所以系统的非线性误差比较小，到达题目的误差1的要求。而其它的诸如电阻与理论值的误差 则可通过各级的滑动变阻的调整来进展平衡，最终对输出不会产生太大的影响。最终成果完成全部设计要9求，但电路的稳定性有待提高。2、心得体会有了上一次数字电路课程设计的阅历，这次的课程设计做地较为顺当，也是对数字、模拟电路学问的 一个全面的复习与应用，从中也学到了不少进展

17、整个功能模块电路的设计的阅历。课程设计要求我们先要 有之前学习过的数电模电课程的理论学问，加上娴熟运用仿真软件，最终就是实际电路的连接与测试。通 过这次的课程设计，有了一个应用模电学问进展电路设计的实际操作的阅历，能够对模拟电子技术有了更 直观的生疏。通过课程设计，我还了解到了跟模拟电子技术相关的课外学问。最突出的就是传感器的学习与使用。传感器作为一个重要的模拟元器件，在各个场合都发挥着重要的作用。而在学习模拟电子技术的学问的时 候，我们也只是知道有这么一个东西，而对具体的组件的原理并没有深入的了解，更没有使用它们进展电 路设计的时机，这次的课程设计，我只是用到了一个小小的温度传感器，就觉察了

18、传感器作为一个现实信 号与电信号的转换方面的强大功能。在设计实现的过程中，我遇到了很多不懂的地方，困难也较多。看来只完成虚拟仿真是远远不够的， 实现一个实际电路光靠简洁的按图连接是无法顺当完成的，而是要从多方面去考虑，比方电路的可行性， 芯片的性能特点，实际环境的影响等等都需要我们去考虑。只有充分考虑到设计中可能存在的问题并提前 想好解决方案，才能节约我们实际调整电路，改动电路的时间，使电路到达最优化。虽然我们早已学习了数电模电的课程，也做过了一些试验，但是到了真正动手去完成一些实际电路的 时候，就慌了手脚。由于是第一次接触传感器的使用，所以当在仿真中没有找到AD590 的时候就有点不知所措了

19、，后来通过上网查它的相关资料和询问同学，得知可以用适宜的电流源来充当AD590，效果是大致 一样的。为了使用电压跟随器和加减运算电路，又特地把以前的数电模电书找了出来，查找了相关的资料， 也算是复习了一下以前的课程。为完成分压的局部，在电阻的选择上产生了迟疑，调试电路的时候消灭了诸多问题，比方说：在电路搭接好后开头调试时，无论怎样操作，LM324 的 3 号引脚处的电压值都是 12V，即温度传感器与 10V 电压串接并没有到达 2.73V 左右的要求，在使用万用表挨个测各个点的电压值后，温度传感器的接法消灭了错误，所以将温度传感器依据正确接法换了个孔插入 面包板后，这个问题就解决了。再比方说，

20、在仿真中用两个电阻实现的肯定比例的分压到了实际电路中就 不准确了，后来换成了滑动变阻器，经过调整到达要求的比例。还有一例，在实际操作中觉察最终555 芯片输出的电路略大，思前想后打算串联电阻，使问题得以解决。总之，我认为，模拟电子技术课程设计虽然完毕了，在这过程中有收获，也留下了很多圆满，由于由 于时间的紧缺和很多课业的繁忙，并没有做到最好，只是仅仅完成了课题的要求。但是，我却仍旧很满足， 由于我从中得到了磨练，学问与技能也得到了相应的提高与升华。我还从中觉察了我也具备肯定的联想力 与创的力量。我能想到，可以将此题变为测氧气浓度的问题，利用气体传感器来实现，当氧气浓度低于 标准值时亮红灯，当氧

21、气浓度高于标准值时红灯灭。原理都是一样的。这就是传感器功能的强大，这就是 模电设计的强大，也是思维变通与创的飞跃。有时候过程比结果更能让人收获很多、感受很多、成长很多。实践中，由于怕出问题，由于怕不实现功能，导致我的内心格外的紧急，拿着电烙铁的手都在抖，这表达我的抗挫折的心理素养较差，殊不知出 现错误的时候更应当用一种乐观的心态去对待，一方面，我们不仅能够从失败中找出问题、分析问题，利 用自己的学问网做到对症下药，不但使自己更加深刻地了解课题，并且能够提示自己以后不会犯类似的错 误；另一方面，失败是成功之母，历经挫折后的成功远比一帆风顺的成功更能让人兴奋，更能让人珍视其 得之不易。信任以后我会

22、以一种更加乐观的心态、更加乐观的态度来面对我的学习、工作与生活，我会敢 于觉察自己的缺乏与欠缺，努力去弥补自己的缺点，进展自己的优点，去充实自己，进而使自己得到不断 的完善。只有在了解了自己的长短之后，才会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它！10芯片名称型号数量集成运放LM324N1555 定时器LM555CM1电位器0-10K3定值电阻1K2定值电阻10K3发光二极管红光导线25V1假设干附录 I：元器件清单附录 II：电路仿真图附录 III：参考文献1、阎石主编数字电子技术根底第四版高等教育出版社2、北京电子科技学院电子技术试验室模拟电子技术试验指导书3、华成英、童诗白主编模拟电子技术根底第四版高等教育出版社11