电子技术课程设计

课程设计说明书。

题目：化学反应釜温度电子控制器设计与实验。

学生姓名：

学院：班级：电子11-1

指导教师：

二○一三年八月三十一日。

摘要。本次设计旨在将模拟电子技术与数字电子技术相结合，运用放大电路、滤波电路、门电路、逻辑分析电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路的相关知识，解决集成电路、数模和数模转换、数字电路中的若干实际问题，制作一个针对化学反应釜温度和反应次数的控制器，控制器有高、低温报警功能（vcc=5v，pom=1w）、报警和反应次数的计数显示功能，并且可显示反应时间、设定启停温度、存储报警和反应次数，同时可提供控制器5v/2a直流电源电路。本设计经multisim和实测验证均可达到预期要求。

关键词：控制电路；温度信号；报警；显示；

abstract

the design aims at combining the analog electronic technology and digital electronic technology, with using the amplification circuit, filter circuit, circuit, logic circuit, combinational logic circuit and sequential logic circuit knowledge ,to solve the integrated circuits, analog and digital to analog conversion, some actual problems in digital circuit .to produce a chemical reaction kettle temperature and reaction times of the controller, the controller has the high and low temperature alarm function (vcc = 5 v, pom = 1 w) count display, alarm and reaction times, and it can display the reaction time, temperature, storage alarm set start-stop and reaction times, at the same time can provide controller 5 v / 2 a dc power supply circuit. this design through the multisim and validation of all can meet the expected requirements.

key words: control circuit; temperature signal; call the police; display; storage;

目录。一、设计任务概述 1

二、设计方案论证及方框图 1

1、题目要求简析 1

2、电路分块 1

3、电路结构方框图 2

4、设计方案比对 2

三、电路组成及工作原理 3

一）、信息采集电路 4

二）、信号处理电路 4

三）、状态表示电路 5

1、计时显示部分 5

2、报警电路及报警计数电路 6

3、工作状态控制电路 7

四电路元器件选择与实际测量 8

模拟电子技术部分 8

1）放大、滤波部分测量 8

2）比较器部分测量 10

数字电子技术部分： 11

1)计时显示部分测量 11

2)高、低温报警计数部分测量 13

3)工作状态控制部分测量 14

参考文献 17

设计所需仪器设备及元器件清单 18

一、设计任务概述。

设计并制作一个针对化学反应釜温度和反应次数的控制器，也适用于大中小工业生产领域。其特点是灵敏、可靠；可是实时记录反应所需的具体时间。该该控制器能够完成如下功能：

1）当温度升高到150℃时反应釜停止加热，自然冷却至60℃时，启动加热器。

2）反复加热7次后控制反应釜开始排料至下一工艺过程。

3）控制器有高、低温报警功能（vcc=5v，pom=1w）；报警和反应次数的计数显示功能。

可拓展功能：

反应时间计时显示、启停温度可设定、报警和反应次数的存储，提供控制器5v/2a直流电源电路设计。

二、设计方案论证及方框图。

1、题目要求简析。

本设计中传感器（5~15mv电压型）采集的信息与设计的信息系统有如下关系（表1）；

表1 设计要求简析。

扩展功能：（1）反应七次后停止化学反应釜工作，秒表记时并显示。

2）报警次数记录并显示，二极管闪烁。

3）可提供5v/1a直流电源电路。

4）启停温度。

2、电路分块：

1）信息采集电路：对传感器输出电压进行放大、滤波处理。

2）信息处理电路：化学反应釜工作开始后，对信息采集电路传出的信息进行处理判断，决定化学反应釜工作状态（报警，正常工作）

3）状态表示电路：秒表记时显示电路、报警及报警次数记录显示电路，化学反应釜工作开始与停止控制电路。

3、电路结构方框图：见图1

图1 电路结构方框图。

4、设计方案比对。

在对电路的毫伏级信号进行放大时，因现实和理论可能出现的偏差，进行了双方案的选择，对放大部分的子电路设计如下图，运用一个集成运放设计的单级同相放大电路见图2；运用三个运放设计的**同相放大电路见图3。

图2单级同相放大电路。

图3**同相放大电路。

小结：以上系实验前对于电路整体的分析以及整合，并对此提出了方案以便进行multisim**，因电路较为复杂，故在整体电路中将采取子电路的方式进行连接，以减少整体电路中连接的错误并可实体线路连接时使方案更为明晰。

三、电路组成及工作原理。

总电路原理图如下图4。

图4 总电路原理图。

一）、信息采集电路。

信息采集电路部分用于对电路的信号放大、滤波（见下图5）此处将信号放大、滤波电路设置为子电路以方便管理。

放大电路中，uo=(r6/r7)(uhigh-ulow)(1+2r1/r2),当uhigh=ulow=uic时，r2中电流为零，输出电压uo=0。可见电路能放大差模信号，抑制共模信号。差模放大倍数值越大，共模抑制比越高。

当输入信号中含有共模噪声时，也将被抑制。

图5.1放大电路。

低通滤波电路中，特征频率f0=1/（2πr2c），可得通带放大倍数aup=1+r3/r1。

图5.2滤波电路。

二）、信号处理电路。

信号处理电路（见图6）用于对放大、滤波的信号进行比较，判断出此时的温度处于那种状态进而有效的指示系统的下一部分如何去工作。利用单限比较器可直接比对出系统的工作状态，比较的结果以ttl高低电平的方式输出。经此步骤以后，模拟信号已经转变成数字信号。

图6 信号处理电路。

三）、状态表示电路。

1、计时显示部分。

计时显示部分（见图8）是由秒脉冲，七段数码管显示部分构成，

图8 计时显示部分。

1）秒脉冲由555定时器和电阻，电容构成，可产生均匀的方波脉冲，其子电路如图9所示。

图9 秒脉冲子电路。

2）七段数码管显示部分如图10，此处将四个计数显示电路做成了一个子电路。

图10七段数码管显示部分。

2、报警电路及报警计数电路。

1）蜂鸣器声音报警部分（见图11），通过蜂鸣器鸣响实现报警功能。

图11 蜂鸣器声音报警部分。

2）高温报警计数部分（见图12），利用计数器计数、七段数码管显示，对化学反应釜的高温报警做明确的记录。

图12 高温报警计数部分。

3）低温报警计数部分（见图13），原理与高温报警计数部分相同，这里不再赘述。

图13 低温报警计数部分。

3、工作状态控制电路。

工作状态控制电路通过锁存触发实现（如图14），通过状态翻转，可控制计时电路精确、实时、有效的记录反应具体时间，并以此控制化学反应釜的工作，这一部分也是整个电路的驱动电路。

图14 锁存触发部分。

四电路元器件选择与实际测量。

模拟电子技术部分：

1）放大、滤波部分测量：

放大、滤波部分我们选用的是lm324四运算放大器，因为实际情况，我们把放大电路、滤波电路放在一起测量。所用材料见表2

表2 方案材料表。

lm324内部电路见图15，管脚排列图16

图15 lm324内部电路。

图16 lm324管脚排列。

根据**图.2连接实物电路，实测结果如表：

实测图如下（输入2mv，输出2.09v）：

实测结果分析：通过实际测量，我们可以成功地将5-15mv的电压放200倍，放大到1-3v,以至于可以满足我们的要求，继而方便下一步骤的实验。我们将8mv、1.

25mv方大成1.6v、2.5v，这样以后就可在此设定60c、100c所对应的电压，是比较器的部分更容易操作。

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