1、I智能飲水機(jī)控制系統(tǒng)學(xué)生：XXX 指導(dǎo)教師：XXX內(nèi)容內(nèi)容摘要摘要：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(cè)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(cè)溫?cái)?shù)顯和加熱次數(shù)自動(dòng)控制，包括檢測(cè)、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(cè)和控制的電子設(shè)計(jì)技術(shù)，可較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫和水質(zhì)的測(cè)量和控制，具有較廣泛的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：檢測(cè)單元 溫度傳感器 AD590 自動(dòng)控制 繼電器IIIntelligentIntelligen

2、t waterwater machinemachine controlcontrol systemsystemAbstractAbstract: 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

3、 has still used theMC14433, 74LS160, such as integrated device. 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 mo

4、dules. Compared with the traditional drinking fountains, the 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.KeywordsKeywords: Detection Unit Temperature Sen

5、sor AD590 Automatic Control RelaIII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(cè)電路.52.3 A/D 轉(zhuǎn)換及顯示電路 .62.4 光敏檢測(cè)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 MC14433 .93.2 溫度傳感器 AD590 .

6、113.3 電磁繼電器.123.4 計(jì)數(shù)器 74LS161 .134 系統(tǒng)調(diào)試 .145 系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù) .156 結(jié)束語(yǔ) .15IV參考文獻(xiàn) .171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機(jī)功能僅限于燒水功能，對(duì)現(xiàn)代人來(lái)說(shuō)，功能還是不完善或者說(shuō)存在一定的缺陷，比如對(duì)水溫沒(méi)有顯示裝置，對(duì)加熱次數(shù)沒(méi)有合理控制等，這些都與對(duì)健康水質(zhì)的追求相矛盾。為了解決以上問(wèn)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(lái)完成的。主要實(shí)現(xiàn)的功能為對(duì)飲水機(jī)加熱后的水溫測(cè)

7、量及其 3 位半的數(shù)字顯示和對(duì)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(guò)熱敏電阻，經(jīng)過(guò)一些電路變換（電橋電路） ，感應(yīng)出特定電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換電路變成相應(yīng)的溫度，直接 3 位半顯示器來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示；也可以通過(guò)集成溫度傳感器比如 AD590，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(hào)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(hào)，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(kāi)狀態(tài)來(lái)通過(guò)脈沖感應(yīng)出加熱

8、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(cè)電路、AD 轉(zhuǎn)換電路、控制顯示電路，主要是檢測(cè)電路對(duì)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(duì)兩種方案進(jìn)行protel99se 軟件的仿真測(cè)試。通過(guò)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。21 總體設(shè)計(jì)方案1.1 設(shè)計(jì)方案一1.1.1 方案一方框圖 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(cè)電路來(lái)檢測(cè)溫度，將傳感器的電流信

9、號(hào)（需轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)）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(cè)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(hào)。該方案整體上易溫度傳感器 AD590A/D 轉(zhuǎn)換器MC14433 電路光敏三極管MC1413選通電路3 位半LED 顯示譯碼器CC4511計(jì)數(shù)器74LS1

10、61脈沖傳達(dá)及控制電路K 繼電器控制電路加熱電路3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(jiǎn)單。1.2 設(shè)計(jì)方案二1.2.1 方案二方框圖圖 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(duì)比方案一，該方案設(shè)計(jì)檢測(cè)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(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)電路采用了飲水機(jī)內(nèi)部加熱電路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)原理，感應(yīng)出電路脈沖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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

11、功能一方面，方案一運(yùn)用了 AD590 溫度傳感器作為檢測(cè)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(cè)電路，雖然兩種方案均能實(shí)現(xiàn)溫度熱敏電阻電橋定值電阻整形放大電路A/D 轉(zhuǎn)換電路8051 相關(guān)接口電路3 位半數(shù)字顯示電路內(nèi)部加熱電路感應(yīng)脈沖計(jì)數(shù)器74LS161脈沖傳達(dá)及控制電路K 繼電器控制電路加熱電路4的數(shù)顯和控制，但方案二電路檢測(cè)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(cè)電路，這種檢測(cè)方法靈敏度高，線性度好，適用測(cè)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(lái)源，且存在一定的誤差，方案二采用內(nèi)部加

12、熱電路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)作為脈沖來(lái)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(cè)電路、AD 轉(zhuǎn)換電路、控制顯示電路，主要是檢測(cè)電路對(duì)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(duì)兩種方案進(jìn)行protel99se 軟件的仿真測(cè)試，通過(guò)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。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

13、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(guò)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(guò)流、過(guò)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5 Vo1.25(1+RP1/R1) (2.1) 由于設(shè)計(jì)要求+5V，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

14、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(hào)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(cè)電路在飲水機(jī)系統(tǒng)溫度檢測(cè)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(cè)電路圖如圖所示，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)6整多次，直

15、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(guò)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(lái)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)增加了電路的精度和可靠性。溫度檢測(cè)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(cè)電路中的主要電子器件及數(shù)量表編號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量A

16、D590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7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)?MC14433 的 DS1DS4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

17、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(guò)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(lái)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(cè)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(guò)電阻 Rm 使“-”號(hào)點(diǎn)亮；Q0 表示量程，即 Q0=說(shuō)明輸入電壓在正常范圍內(nèi)，Q

18、0=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(guò)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

19、=66KHz；當(dāng) Rc=750K 時(shí)，fcp=50KHz，每個(gè) A/D 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(mén)=0.25s，則測(cè)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(hào)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(hào)名稱規(guī)格數(shù)量MC14433雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器8mW1LED

20、共陰極數(shù)碼管-4CD45117 段譯碼驅(qū)動(dòng)器318V12.4 光敏檢測(cè)及計(jì)數(shù)電路82.4.1 光敏三極管感應(yīng)電路為顯示飲水機(jī)加熱次數(shù)，需要檢測(cè)加熱電路開(kāi)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9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。可以這樣測(cè)試電路效果，當(dāng)接通電源時(shí)，用手

21、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，同時(shí)電流流過(guò)繼電器線圈，產(chǎn)生磁場(chǎng)，開(kāi)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(méi)有電流通過(guò)，繼電器不工作，開(kāi)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(shì)，反

22、電動(dòng)勢(shì)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，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10MC14433 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

23、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(jiàn)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(cè)電壓和基準(zhǔn)電壓的接入地Pin2(VR)基準(zhǔn)電壓，此引腳

24、為外接基準(zhǔn)電壓的輸入端Pin3(Vx)被測(cè)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(guò)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11圖 3.1.2

25、 -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 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 0-01 0 1 0+0 UR1 1 1 1-0 UR1 0 1 1不顯示+11 1 0 04-1 (僅顯示b和c段)-10 0 0 00-1

26、(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(guò)發(fā)射極電流I的下述關(guān)系 12 Vbe= K IT*lnI/q (3.2)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)。式中，K波爾茲常數(shù)；q電子電荷絕對(duì)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

27、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(cè)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(guò)的電流將和被測(cè)溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì)有 1mV/K 的電壓信號(hào)。其基本電路如圖 3.2.1-1 所示。圖 3.2.1-1 AD590 基本電路原理框圖 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)

28、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(duì)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(hào)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

29、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13電流的一種“自動(dòng)開(kāi)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(guò)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(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)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

30、斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開(kāi)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14 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(jí)聯(lián)提供了方便。表 3.4.2-1 為 74161 的功能表。在本設(shè)計(jì)方案中，74161 作為計(jì)

31、數(shù)器，對(duì)光敏檢測(cè)電路傳來(lái)的脈沖信號(hào)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(hào)，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(hào)。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(cè)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)試主要是仿真電路和實(shí)物電路的理論的調(diào)試，即 Protel99 軟件對(duì)

32、電路的測(cè)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(cè)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(cè)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(cè) MC14433CP0 腳的時(shí)鐘脈沖的波形，并根據(jù)頻率計(jì)算出測(cè)量的速度。對(duì)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(cè) MC14433 的位選通信號(hào) DS1DS4

33、的波形，再觀測(cè)到 EOC 端的正脈沖。依照上面測(cè)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。15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(guò)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(wèn)題很重要，還有就是 74161 的進(jìn)位信號(hào)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)

34、計(jì)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)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(jiǎn)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(guò)系統(tǒng)調(diào)試和測(cè)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(duì) 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(cè)量功能, 我們還是通過(guò)理論上的計(jì)算即公式V0=1

35、.25(1+RP/R1)計(jì)算出輸出電壓+5V 時(shí)需要的電阻參數(shù)。通過(guò)多次測(cè)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(guò)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(guò)，此外，在數(shù)字電壓顯示部分，我們仿照了參考書(shū)中相應(yīng)模塊，借鑒了相應(yīng)的書(shū)籍資料數(shù)據(jù)，進(jìn)行測(cè)試和調(diào)節(jié)，看所測(cè)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(yǔ)通過(guò)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(shù)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(wèn)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(wèn)題，在這一過(guò)程中我們通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)、查資料、請(qǐng)教老師同學(xué)等方式逐步又解決了問(wèn)題,同時(shí)，在這一提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程16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(kāi)始的時(shí)候往往沒(méi)有頭緒，不知如何下手，通過(guò)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(guò)調(diào)查研究，