溫度調(diào)節(jié)控制器(DOC)

1、電路實(shí)踐系列講義溫度調(diào)節(jié)控制器2012-4-126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 C -29 C。設(shè)定溫度用數(shù)碼管顯示。當(dāng)電路檢測到的環(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。+VC 心 GO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)

2、關(guān)系為 10mV/C，即當(dāng)溫度為20 C時(shí)，器件輸出電壓為 200mV=0.2乂 測量溫度的范圍 0C-100 C（ LM35CZ還可測溫度的范圍40C - +110 C,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50卩A所以一般不到1mW勺功率。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/C。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。由于設(shè)定溫度信號(hào)

3、通過計(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，表示

4、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個(gè)，引腳 編號(hào)1，

5、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，弓I腳2為A運(yùn)放的反相輸入端，弓I腳1為A運(yùn)放的輸出端），弓I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，弓I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簡介 通用運(yùn)算放大器LM324是

6、四運(yùn)放集成電路，內(nèi)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，乙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，弓I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 1

7、4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，雙電源土 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，1為公共端GND。所加電源電壓范圍：4.5V VCC18V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 1/3VCC，當(dāng)

8、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)算加以說明。T為泄放三極管,非門構(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。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2/3VCC時(shí)，比較器C1從高電平跳到低電平 0，

9、G1輸出高電平（T飽和導(dǎo)通,高，當(dāng)6腳電位升高到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)間通過理論計(jì)算得T = I.IR2C2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沖信號(hào)輸入端， Q3Q2Q1Q0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，CLK1 接 Q0。74LS90是二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CLKO和CLK1是兩個(gè)脈是四個(gè)計(jì)數(shù)信號(hào)輸出端，MS1和效，

10、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。MS2是兩個(gè)置9端，咼電平有輸入時(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0000 1001 （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）, QDQCQBQ0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)電壓單位的 8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

11、 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

12、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)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

13、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

14、器輸出量，加法器輸出量，設(shè)定溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：000000010010001101000101011001111000100100.250.500.751.001.251.501.752.002.252.02.12.22.32.42.52.62.72.82.920 C21 C22 C23 C24 C25 C26 C27 C28 C29 C下面通過計(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09倍時(shí)，在R13

15、 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 2.0V 2.9V。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0.25二0.1 _ _xR_ _ x(1_y) 0.1 yR/R y簡化等式得 x = 1.5 一1十y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)

16、的，列出關(guān)系式5 -2 _ yR _ y(1 x)2 xR/ R x10簡化等式得2 y = 3 x1 +x解由組成的方程組得x = 0.5y = 0.5取 R13=R=20K，R1 仁10K，R12=10K.。從此處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2C,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)，開機(jī)，隨著開機(jī)過程的進(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2C時(shí)才停

17、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)才重新開機(jī)。即開停機(jī)的時(shí)間是環(huán)境溫度變化2C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 C,這樣對(duì)應(yīng)的電壓變化量就有0.4V，便于測量和觀察。以設(shè)定溫度平均值 25 C為參考確定電阻 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，貝U R15上的電壓為2.1V，因?yàn)殡妷?之比等于電阻之比0.4R1421 二 R15取 R14=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 C,設(shè)比較器 U3C輸出U1,比較器U3D輸出U2,與非門U4A的輸入為x

18、1,x2,輸 出為y3,與非門U4D的輸入為x12,x13,與非門U4D輸出y11。當(dāng)環(huán)境溫度高于 25C時(shí)，x仁U1=0,y3=1,使得x12=1而x13=U2=1,所以y1仁0 （使得x2=0）, LED亮，開機(jī)。當(dāng)環(huán)境溫度低于 25C但高于21 C時(shí)，x仁U1=1,但x2=0所以y3=1,使得x12=1，而x13=U2=1,所以 y1仁0 （使得x2=0）, LED亮，開機(jī)。當(dāng)環(huán)境溫度低于 21C時(shí)，x13=U2=0，所以y11=1 （使得x2=1） , LED滅，停機(jī)。而 x仁U1=1, x2=1 所以y3=0 （使得x12=0 ）。從以上討論可知，降溫過程中降到設(shè)定溫度時(shí)不停機(jī)，要降

19、到比設(shè)定溫度低4C時(shí)才停機(jī)。停機(jī)后，環(huán)境溫度開始升高，當(dāng)升高到高于21 C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 25C時(shí)，x仁U1=0,y3=1,使得x12=1 ,注意到x13=U2=1,所以y11=0, LED亮， 開機(jī)。從以上討論可知，當(dāng)停機(jī)后溫度升高，但升高到21 C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)才開機(jī)。當(dāng)然，這個(gè)21 C也可以設(shè)計(jì)成其它數(shù)值，如22C, 23C，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)，由于并沒有使得環(huán)境溫度發(fā)生變化，所以當(dāng)采用溫度傳感器

20、時(shí)，我們只能觀 察到用于表示開停機(jī)信號(hào)的發(fā)光二極管一直亮或一直滅，而觀察不到開停機(jī)過程和現(xiàn)象。對(duì)于做課程設(shè) 計(jì)來說這是不太理想的。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)，開機(jī)（ （即LED亮），如此循環(huán)。如圖所Q1截止，當(dāng)停機(jī)狀態(tài)通，電容器電阻設(shè)停機(jī)示，當(dāng)開機(jī)狀態(tài)（即 LED亮）時(shí)，Q2導(dǎo)通，電容器放電，電壓降低；（即LED滅）時(shí)，Q2截止，Q1導(dǎo)充電，電壓升高；13R17, R18, R19 的計(jì)算時(shí)間為T1，即充電時(shí)間為 T1

21、，而電5 -0.7 -2.3R17二 C 0.4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)開機(jī)時(shí)間為 T2,2.3 -0.7R19T2 =C 0.4取C=2200卩F,設(shè)停機(jī)時(shí)間 T仁44秒，開機(jī)時(shí)間 T2=26秒，計(jì)算得：R17=100K. , R19=47K。設(shè)三極管3 =30 （要以最小的可能值計(jì)算），三極管處于臨界飽和狀態(tài)，基極電流的B倍大于最大集電極電流。5 -0.7 -2.3 ：5 -0.7 -2.3R18R17R183M，

22、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 C -27 C。設(shè)定溫度用發(fā)光二極管顯示。當(dāng)電路檢測到的環(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 （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）。移位計(jì)數(shù)器4017簡介4017外形 結(jié)構(gòu)為DIP16。其中（8）腳接GND ,（ 16）腳接+

23、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 （說明帶負(fù)載能力較差）。四二輸入與非門4 0 11簡介:40 11外形結(jié)構(gòu)為 DIP1 4。其中（7 ）腳接GND , （ 1 4）腳接+VCC電源（最高18V ）。

24、 輸出端的輸出電流不能大于 1mA （說 明帶負(fù)載能力較差）。四個(gè)與非門的 詳細(xì)情況如下圖所示。它們每個(gè)與非 門有二個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。四模擬開關(guān)4 0 6 6簡介：40 6 6外形結(jié)構(gòu)為 DIP1 4。其中（7 ）腳接 GND , （ 1 4）腳接+VCC電源（最高18V ）。 四個(gè)模擬開關(guān)的詳細(xì)情況如下圖所示。它們每個(gè)模擬開關(guān)有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端（注意，它們誰為 輸入端誰為輸出端都可以），一個(gè)控制端（分別為 13 ,12 , 5, 6），控制端為高電平時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通， 當(dāng)控制端為低電平時(shí)，開關(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)定溫度信號(hào)的大小關(guān) 系來決定的，當(dāng)環(huán)境溫度高于

25、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 , 2.5V , 2.6V , 2.7

26、V。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)通過模擬開關(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：本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用方案二，現(xiàn)就電路的工作過程進(jìn)行解說。電阻R3 R7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2.4V

27、, 2.5V , 2.6V , 2.7V電壓，分別送到四個(gè)模擬開關(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4 0 17進(jìn)行計(jì)數(shù)，在脈沖信號(hào)的作用下，4 0 17的狀態(tài)變化0000,0001,0010,0100,1000,0000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，不論開關(guān)導(dǎo)通情況是什么狀態(tài)，因?yàn)橥ㄟ^開關(guān)的電流為0,不會(huì)影響分壓電壓

28、的輸出結(jié)果。否則，由于開關(guān)有電流通過，分壓電路的電壓值就不是由R3 R7決定，將會(huì)是隨著開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)的變化而變化，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 C, 25 C, 26 C, 27 C,以0.1V代表1C）,也就表示設(shè)定溫度的變化情況。同時(shí)，4 0 17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，發(fā)光，含義是顯示設(shè)定為24 C。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，發(fā)光，含義是顯示設(shè)定為25 C。當(dāng)

29、Q2為高電平時(shí)，Q5管導(dǎo)通，發(fā)光二極管 D4有電流通過，發(fā)光，含義是顯示設(shè)定為 26 C。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，發(fā)光， 含義是顯示設(shè)定為 27 C。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二極管的電流在二極管的額定值2 0mA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

30、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2 0K?？刂菩盘?hào)產(chǎn)生電路，由二個(gè)比較器（比較信號(hào)分別為表示設(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 C）,得到的分壓值為2.5*51/（51 + 10）=2.1V（ 代表2 1C ），則控制電路輸出的控制信號(hào)情況是：環(huán)境溫度高 于25 C時(shí)，輸出控制信號(hào)（低電平有效）

31、，空調(diào)工作，環(huán)境溫度降低，當(dāng)降至25 C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21C時(shí)，控制信號(hào)消失，空調(diào)停止工作；環(huán)境溫度低于2 1C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 1C時(shí)，控制信號(hào)繼續(xù)不出現(xiàn)，空調(diào)還是不工作，環(huán)境溫度繼續(xù)升高，直到升高到2 5C時(shí)，控制信號(hào)才出現(xiàn)，空調(diào)才開始工作。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。本電路沒有采用溫度傳感器，采集實(shí)

32、際的環(huán)境溫度信號(hào)，因?yàn)檫@樣，反映不出電路的工作過程，因?yàn)椴]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)的電壓要開始降低，當(dāng)控 制信號(hào)不出現(xiàn)時(shí)（即控制電路輸出端為高電平），表示環(huán)境溫度信號(hào)的電壓要開始上升。采用電容器的 充放電過程來模擬，讓控制電路的輸出信號(hào)來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Q2截止，Q1導(dǎo)通，電容器 C3充電，C3上電壓升高。

33、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)踐制作測試部分）仔細(xì)研究電路原理圖，集成塊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4 0 17構(gòu)成四位脈沖分配器（將 Q4接到復(fù)位端，當(dāng) Q4為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器立即復(fù)位），集成塊4 0 6 6的四個(gè)模擬開關(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

34、在任何時(shí)候都只有一個(gè)輸出端為1，所以4066的四個(gè)模擬開關(guān)中只有一個(gè)開關(guān)導(dǎo)通，在按鍵作用下，四個(gè)開關(guān)輪流導(dǎo)通，所以通過電阻分壓的四個(gè)電壓只有其中一個(gè)電 壓通過導(dǎo)通的開關(guān)再通過隔離級(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)比較簡單，工作原理也比較簡單， 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

35、，基本RS觸發(fā)器所構(gòu)成的控制電路工作過程的分析以及模擬溫度變化過程的電路工作過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)1C）。將其討論過程以及設(shè)計(jì)計(jì)算過程寫入報(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)

36、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，或者用萬能表的歐姆檔直接測量確定。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。焊接過程中注意以下問題：1 各發(fā)光二極管” + ” -極。三極管上對(duì)應(yīng)的“ e”“ b”“ c”2 集成塊的腳在印刷板上的對(duì)應(yīng)位置。3 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)

37、觀察各焊接點(diǎn)，檢查有無短路現(xiàn)象和虛焊現(xiàn)象。認(rèn)真測量。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） ，用萬用表的電壓檔測量各 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） ，用萬用表的電壓檔重復(fù) 測量兩個(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 測試：設(shè)定電壓為不同值時(shí)測量大電容上電壓變化情況，測量開停機(jī)時(shí)間。6 分析故障和排除故障，并將分析和排除過程記錄下來。 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。電路工作原理。參數(shù)確定與計(jì)算過程。測試數(shù)據(jù)表格。故障處