數(shù)電課程設(shè)計報告(溫度報警器）

1、陜西理工學(xué)院電子技術(shù)綜合課程 設(shè) 計 課 程： 電子技術(shù)綜合課程設(shè)計 題 目： 溫度報警器的設(shè)計與制作 所屬院(系) 電氣工程系 專業(yè)班級 姓 名 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師 完成地點 實驗室 2011年 06 月 25 日任務(wù)書溫度報警器的設(shè)計與制作一、任務(wù)和要求：1、用壓電陶瓷蜂鳴器作為電聲元件；2、當(dāng)溫度在10至30范圍內(nèi)（允許誤差±1）時報警器不發(fā)聲響，當(dāng)溫度超過這個范圍時，報警器發(fā)出聲響，并根據(jù)不同音調(diào)區(qū)分溫度的高低，即： （1）當(dāng)溫度高與30時，報警器發(fā)出兩種頻率交換的“嘀嘟”聲響。 （2）當(dāng)溫度低于10時，報警器發(fā)出單頻率聲響。3、溫度傳感器輸出電壓可由直流信號源模擬，以0設(shè)計

2、并制作一個溫度報警器，要求如下：為0mv，溫度每上升1，遞增2mv;4、設(shè)計并制作本電路所用直流電源。二、設(shè)計框圖溫度模擬信號直流電源放大比較電路音頻報警器三、所需儀器設(shè)備1、模擬電子試驗箱 一臺2、數(shù)字萬用表 一塊3、雙蹤示波器 一臺4、直流穩(wěn)壓電源 一臺 5、剪刀、鑷子 各一把6、面包板 兩塊前言電子技術(shù)綜合課程設(shè)計是集電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)以及電路實驗、模擬電子技術(shù)實驗、數(shù)字電子技術(shù)實驗等課程之后的一門理論與實踐相結(jié)合的綜合設(shè)計性課程。它的開展是為了提高和增強(qiáng)我們學(xué)生對電子技術(shù)知識的綜合分析與應(yīng)用能力。這對于提高我們學(xué)生的電子工程素質(zhì)和科學(xué)實驗?zāi)芰Ψ浅Ｖ匾?，是電子技術(shù)人才培

3、養(yǎng)成長的必由之路。本次課程設(shè)計加深了我們對所學(xué)理論知識的理解，并能將其熟練應(yīng)用，做到理論與實際相結(jié)合。而用實際器件搭建電路，培養(yǎng)我們學(xué)生分析問題、解決問題的實踐能力。我相信，我會在本次課程設(shè)計中受益匪淺，為將來的學(xué)習(xí)，畢業(yè)設(shè)計以及工作打下堅實的基礎(chǔ)。通過課程設(shè)計實現(xiàn)以下三個目標(biāo)：第一，讓學(xué)生初步掌握電子線路的試驗、設(shè)計方法。即學(xué)生根據(jù)設(shè)計要求和性能參數(shù)，查閱文獻(xiàn)資料，收集、分析類似電路的性能，并通過組裝調(diào)試等實踐活動，使電路達(dá)到性能指標(biāo)。第二，課程設(shè)計為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計打好基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計是系統(tǒng)的工程設(shè)計實踐，而課程設(shè)計的著眼點是讓學(xué)生開始從理論學(xué)習(xí)的軌道上逐漸引向?qū)嶋H運(yùn)用，從已學(xué)過的定性分析、定

4、量計算的方法，逐步掌握工程設(shè)計的步驟和方法，了解科學(xué)實驗的程序和實施方法。第三，培養(yǎng)勤于思考的習(xí)慣，同時通過設(shè)計并制作電子產(chǎn)類品，增強(qiáng)學(xué)生這方面的自信心及興趣。本課程設(shè)計以電工電子技術(shù)的基本理論為基礎(chǔ)，著重掌握電路的設(shè)計裝調(diào)及性能參數(shù)的調(diào)試方法。本課程設(shè)計應(yīng)達(dá)到如下基本要求：（1） 綜合運(yùn)用電子技術(shù)課程中所學(xué)的理論知識獨立完成一個實際應(yīng)用電路的設(shè)計。（2）通過查閱手冊和參考文獻(xiàn)資料，培養(yǎng)獨立分析和解決實際問題的能力。（3）熟悉常用電子元器件的類型和特性，并掌握合理選用的原則。（4）掌握電子電路的安裝和調(diào)試技能。（5）熟悉使用各類數(shù)字式電子儀器的規(guī)范使用方法。（6）學(xué)會撰寫課程設(shè)計論文。（7）培

5、養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。（8）由于本次試驗是分組完成，所以培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作能力尤為重要。目錄課程設(shè)計任務(wù)書2前言3一、設(shè)計方案及思路51.1設(shè)計任務(wù) 1.2設(shè)計方案二、電路的組成52.1多輸出電源電路2.2放大電路和窗口比較器電路2.3單雙頻蜂鳴器電路三、各個模塊93.1電源電路3.2放大電路和窗口比較器電路3.3單雙頻蜂鳴器報警電路四、綜合電路 104.1實驗數(shù)據(jù)4.2元器件清單五、實驗裝調(diào)115.1裝調(diào)步驟與方法5.2出現(xiàn)故障及處理六、心得與體會12七、附錄138.1元器件管腳圖及功能8.2參考文獻(xiàn)8.3總體電路圖一、設(shè)計方案及思路1、設(shè)計任務(wù)（1）用壓電陶瓷蜂鳴器作為電聲元件；

6、（2）當(dāng)溫度在10至30范圍內(nèi)（允許誤差±1）時報警器不發(fā)聲響，當(dāng)溫度超過這個范圍時，報警器發(fā)出聲響，并根據(jù)不同音調(diào)區(qū)分溫度的高低，即：當(dāng)溫度高與30時，報警器發(fā)出兩種頻率交換的“嘀嘟”聲響；當(dāng)溫度低于10時，報警器發(fā)出單頻率聲響；溫度傳感器輸出電壓可由直流信號源模擬，以0為0mv，溫度每上升1，遞增2mv；（3）設(shè)計并制作本電路所用直流電源。2、設(shè)計方案蜂鳴器窗口比較器放大器多輸出電源根據(jù)任務(wù)要求，所設(shè)計電路分為四個模塊：多輸出電源、放大器、窗口比較器和蜂鳴器。其中放大器的設(shè)計，既可以采用三極管放大，也可以采用集成運(yùn)放放大，考慮到電路檢測的方便，采用集成運(yùn)放設(shè)計放大電路。對于比較器

7、的選擇還是比較定向的，因為書上學(xué)過的比較器，例如單限比較器、滯回比較器等，都不能實現(xiàn)我們要控制一段連續(xù)區(qū)域的要求，所以我們就選擇了窗口比較器，可以模擬實現(xiàn)高溫低溫。蜂鳴器有單雙頻之分，亦有兩種設(shè)計方法：三級管構(gòu)建單雙頻電路或555構(gòu)建單雙頻電路，為使電路簡單易檢測，決定采用555構(gòu)建單雙頻電路。二、電路的組成1、多輸出電源電路直流穩(wěn)壓5V,12V,-12V電源的設(shè)計(1)集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器的輸出電壓Uo應(yīng)與穩(wěn)壓電源要求的輸出電壓的大小及范圍相通。穩(wěn)壓器的最大允許電流Icm<Iomax，穩(wěn)壓器的輸入電壓Ui的范圍為Uomax+（Ui-Uo）minUiUomin+（Ui-Uo）max （1

8、.1）式中，Uomax最大輸出電壓；Uomin最小輸出電壓；（Ui-Uo）min穩(wěn)壓器的最小輸入輸出壓差（Ui-Uo）max穩(wěn)壓器的最大輸入輸出壓差。 可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器輸出電壓Uo滿足： Uo=1.25（1+） （2） 電源變壓器通常根據(jù)變壓器副邊輸出的功率P2來選購變壓器。由Vi=1.1-1.2V2可得到變壓器副邊的輸出電壓U2與穩(wěn)壓器輸入電壓Ui的關(guān)系為U2，在此范圍內(nèi)，U2越大，穩(wěn)壓器的壓差越大，功耗也就越大，一般取副邊電壓：U2 副邊輸出電流： I2>Iomax (3)整流二極管 整流二極管VD2的反向擊穿電壓Urm應(yīng)滿足：Um>U2 其額定工作電流應(yīng)滿足：If>

9、Iomax（4） 濾波電容濾波電容C的容量可由下式計算：C= （1.7） 其中，Ui穩(wěn)壓器輸入端紋波電壓的峰峰值 t電容C放電時間，t= =0.01s Ic電容C放電電流，可取Ic=Iomax 濾波電容的耐壓值應(yīng)大于U2。（5） 系統(tǒng)設(shè)計穩(wěn)定直流源設(shè)計的一般思路是讓輸入電壓先通過電壓變壓器，再通過整流網(wǎng)絡(luò)，然后經(jīng)過濾波網(wǎng)絡(luò)最后經(jīng)過穩(wěn)壓網(wǎng)絡(luò)。方案1.我們可以采用以橋式整理電路實現(xiàn)整流的目的，以大電容作為濾波電路，然后接負(fù)載。但是這樣做有以下不足之處，如負(fù)載的影響很大，電壓不可調(diào)以及沒有保護(hù)電路等一下列問題。我們采用某些芯片，可以解決以上的問題。方案2.以全波整流電路作為整流網(wǎng)絡(luò)，以極性電容作為濾

10、波網(wǎng)絡(luò)，采用固定式三端集成穩(wěn)壓電路7805和7905設(shè)計制作連續(xù)可調(diào)的雙極型直流穩(wěn)壓電源。如下圖所示，220V（幅值311V）50Hz市電經(jīng)變壓器220:25輸出兩組獨立的25V交流，經(jīng)橋堆整流、大電容濾波后分別經(jīng)過集成穩(wěn)壓塊LM7805C與LM7905C作用得到±5V的直流輸出。穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成，如圖1所示 圖1 直流電源系統(tǒng)方框圖電源變壓器：將電網(wǎng)提供的220V交流電壓轉(zhuǎn)換為各種電路設(shè)備所需的交流電壓。多輸出電源電路圖：2、放大器電路 放大器電路圖：3、窗口比較器電路 窗口比較器電路圖：4、報警電路根據(jù)任務(wù)與要求，要有兩種不同的報警聲音，因此我們設(shè)

11、計兩種報警電路，單頻報警電路和雙頻報警電路。音頻報警電路的制作可以用NE555和電阻、電容組成，我們選用555集成定時器來制作多諧振蕩器從而做出音頻電路。若占空比大于50%，報警發(fā)聲頻率可由求得單頻蜂鳴器報警電路圖:工作原理：555定時器和電阻R14、R1及電容C10構(gòu)成低頻振蕩器，音頻振蕩器，當(dāng)控制端R為低電平時，低頻振蕩器不振蕩，它的輸出端Q為低電平，蜂鳴器不發(fā)出聲音。當(dāng)控制端R為高電平時，低頻振蕩器產(chǎn)生矩形波周期為秒數(shù)量級，這個矩形波的占空比q可通過調(diào)節(jié)R1、R14來實現(xiàn)，音頻振蕩器產(chǎn)生方波，使蜂鳴器發(fā)出聲音。雙頻蜂鳴器報警電路圖：工作原理：兩種頻率交替的音響電路用555集成定時器組成，

12、圖中的555（A2）組成低頻振蕩電路,555(A3)組成音頻振蕩器，由于前者的輸出（管腳3）經(jīng)過電阻接到后者的控制輸入端（管腳5），因此當(dāng)前者的輸出為高低電平時，后者可輸出兩種不同頻率的方波，而且555定時器的輸出最大電流可達(dá)200mA，所以可直接驅(qū)動蜂鳴器，當(dāng)然，只有當(dāng)控制端R為高電平或懸空時，蜂鳴器才發(fā)出“滴嘟”， “滴嘟”的聲音，當(dāng)R為低電平時，555（）定時器處于復(fù)位狀態(tài)，蜂鳴器不會發(fā)出聲音三、各個模塊1、電源電路 設(shè)計電源電路，是把220v 50Hz的交流電壓經(jīng)整流、濾波、變壓，轉(zhuǎn)換為+5v、+12v以及-12v電壓。2、放大電路和窗口比較器電路 放大電路采用同相比例放大。電壓比較部

13、分采用窗口比較器電路。3、單頻蜂鳴器報警電路 由于其只發(fā)出一種聲音，則利用一個555定時器構(gòu)成一個多諧振蕩器。4、雙頻蜂鳴器報警電路 設(shè)計理論：555定時器主要是與電阻、電容構(gòu)成充放電電路，并有兩個比較器來檢測電容器上的電壓。要求發(fā)出兩種聲音，則利用兩個555定時器。555集成電路是8腳封裝，雙列直插型。其中6管腳稱閾值端，是上比較器的輸入；2管腳是觸發(fā)端，是下比較器的輸入；3管腳是輸出端。我設(shè)計的報警電路時由后級555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制前級555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，從而使蜂鳴器可以發(fā)出兩種不同的聲響。將第一個555定時器的3管腳接在第二個555定時器的5管腳，改變了5管腳的2/3的Vcc。設(shè)計器材選

14、擇：蜂鳴器、10F電容、電阻若干、555定時器四、綜合電路 1、實驗數(shù)據(jù)將以上四大部分連接起來，測得如下數(shù)據(jù)：放大器輸入放大器輸出（窗口比較器輸入）窗口比較器輸出之單頻RST電壓窗口比較器輸出之雙頻RST電壓單頻蜂鳴器雙蜂鳴器0.018V1.840V5.031V-0.756V響不響0.023V3.308V-0.754V-0.756V不響不響0.053V6.629V-0.754V5.083V不響響2、元器件清單名稱數(shù)量備注變壓器1220v16v橋式電路1LM78121LM79121LM78051LM3241NE5553蜂鳴器2200Hz電容21000F電容50.22F電容110F電容20.01F

15、電阻310K電阻4100K電阻41 K電阻16 K電阻14 K電阻12 K二極管2DIODE-SC電源插頭1導(dǎo)線若干絕緣膠布若干五、實驗裝調(diào) 1、裝調(diào)的步驟與方法本次課設(shè)四人一組，各盡其能，我們分了四個模塊，有直流電源電路，放大電路，窗口比較器電路，單蜂鳴報警電路以及雙蜂鳴報警電路。我們先做了電源，經(jīng)過安裝調(diào)試后，接好了電源，用萬用表測量從LM7812輸出的電壓值約為12V,從LM7805輸出的電壓值約為5V,從LM7912輸出的電壓值約為-12V后,這樣直流電源就完成了，然后是放大電路，選用的是LM324，兩個1k的電阻和兩個100K的電阻，還有一個2k的滑動變阻器，最終組成了放大電路，經(jīng)示

16、萬用表的測量，放大倍數(shù)約為100。接下來完成的是窗口比較電路，窗口比較電路是由LM324組成的電路，然后就是單蜂鳴報警電路，控制電路是由一塊NE555組成，最后就是雙蜂鳴報警電路，控制電路的主要元器件是兩塊NE555。將以上模塊連接在一起就構(gòu)成了所要求功能的溫度報警電路。我在這一次的設(shè)計中主要是負(fù)責(zé)報警器部分的設(shè)計，通過查閱資料，知道了報警器的工作原理和各部分的工作特點。對數(shù)電課程中剛剛學(xué)習(xí)到的555定時器又有了更深的認(rèn)識。我們小組每人負(fù)責(zé)一部分模塊設(shè)計和組裝調(diào)試，經(jīng)過一個上午的組裝，我的報警器部分的組裝、檢查工作初步完成。由于電源很難達(dá)到設(shè)計要求，所以反復(fù)調(diào)試影響了進(jìn)度，因此我決定先使用實驗

17、臺上的直流穩(wěn)壓電源測試我的報警器電路，利用直流穩(wěn)壓電源輸出兩個+5V電源，一個用于給555芯片驅(qū)動，一個用于信號的模擬，單雙頻電路測試通過，證明電路連線部分正確。2、出現(xiàn)故障及處理（1）在連接直流電源時，整流電橋的正負(fù)方向出現(xiàn)錯誤，導(dǎo)致電路接入220V 50Hz的電源時LM7912總是發(fā)燙，還有LM7912是1端口接地2端口接輸入3端口接輸出，正好和LM7812、LM7805不同，LM7805和LM7812都是1端口接輸入2端口接地，最后更改了整流電橋以及LM7912的正負(fù)方向后電路的輸出才正常了。（2）在放大電路時，按照圖紙連接好電路圖后，調(diào)試時發(fā)現(xiàn)放大的倍數(shù)很小，就不是我們理論上所計算的數(shù)

18、值，我們又改變了滑動變阻器的數(shù)值，是放大倍數(shù)接近100。（3）在接單蜂鳴報警電路時和雙蜂鳴報警電路時，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器發(fā)出的聲音不符合要求，因此我反復(fù)更換555連接的電容大小，經(jīng)過反復(fù)測試最終找到了符合要求的電容， 蜂鳴器聲音正常。六、心得和體會電子技術(shù)綜合課程設(shè)計是基于數(shù)模電的課程設(shè)計，是學(xué)習(xí)電子技術(shù)的一個重要環(huán)節(jié)。本次課程設(shè)計棋的流程大體為：課程設(shè)計動員大會、指導(dǎo)老師分配小組課設(shè)任務(wù)、各小組進(jìn)行審題分析并設(shè)計電路，指導(dǎo)老師審圖通過后領(lǐng)取元器件、試驗測試調(diào)試、指導(dǎo)老師檢驗實驗結(jié)果。本次課程設(shè)計加深了我們對所學(xué)理論知識的理解，并能將其熟練應(yīng)用，做到理論與實際相結(jié)合。設(shè)計的過程中遇到過挫折和困難，當(dāng)我

19、們發(fā)現(xiàn)電路連接完卻不能正常運(yùn)行時大家都很沮喪，但我們又立刻振作起來，與別組同學(xué)進(jìn)行了探討。課程設(shè)計時很累，但生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。同時我認(rèn)為我們的工作是一個團(tuán)隊的方式進(jìn)行的，團(tuán)隊需要個人，個人也離不開團(tuán)隊，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。某個人的離群都可能導(dǎo)致整項工作的失敗。實習(xí)中只有一個人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導(dǎo)致整個工作失敗。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們實習(xí)成功的一項非常重要的保證。而這次實習(xí)也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。通過這次實驗我們得出了一下結(jié)論：LM324可以放大信號。在設(shè)計的過程中，將系統(tǒng)模塊

20、化，更有利于我們?nèi)ミx擇電路的參數(shù)，更有利我們?nèi)シ治龊驼{(diào)試電路。在設(shè)計的過程中我們用了自己的理論知識去分析和計算電路圖，雖然將所學(xué)的知識運(yùn)用到現(xiàn)實當(dāng)中去了，但是我們從這次課設(shè)中總結(jié)的結(jié)論是，理論永遠(yuǎn)是理論知識，而實際往往和理論的有些偏差，因為我們不可能把實際當(dāng)中的任何情況都能考慮進(jìn)去，只有通過不斷地去調(diào)試，理論與實際結(jié)合才能把系統(tǒng)順利完成。通過這次課程設(shè)計過程，我覺得不能什么事都說成是理所應(yīng)當(dāng)是這樣，我們這次試驗中就以為7912和7812是同樣的原理，結(jié)果導(dǎo)致我們出現(xiàn)了種種問題，浪費(fèi)了很多的時間。我們對電路和低頻這兩本書有了更深層次的認(rèn)識，掌握了如何運(yùn)用書本的知識去做一個較簡單的系統(tǒng)，最終，通過

21、大家努力把溫度檢測報警系統(tǒng)設(shè)計出來了。但是，就實際情況而言，本電路還是其不足之處。首先，本電路所用的元器件以及整體構(gòu)思都比較一般，并沒有什么先進(jìn)性。其次，元器件的精確度也不是很高，比如用LM324放大器，其精確度也是有限的。再有，自己所設(shè)計的放大部分的參數(shù)選取不夠完美，問題考慮不周，并不是所有溫度都能超限報警。然后，由于所學(xué)知識和能力有限，設(shè)計的電路還有不完善之處，許多地方仍然需要改進(jìn)，從而減小誤差，增加其實用性。這個可以當(dāng)我們所學(xué)知識更加充分時去完善它。七、附錄 1、元器件管腳圖及簡介 LM324管腳圖LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列，它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除

22、電源共用外，四組運(yùn)放相互獨立。每一組運(yùn)算放大器可用上圖左所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見下圖。CB555管腳圖1地 GND ，2觸發(fā)， 3輸出，4復(fù)位， 5控制電壓，6門限(閾值） ，7放電 ，8電源電壓Vcc555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。 5