电子电路实验3综合设计总结报告题目:8路巡回检测、报警系统的设计与实现班级:学号: 姓名: 成绩: 日期:摘要随着电子技术的发展,家用电器与办公设备的智能化、系统化已成为发展趋势,而这些高性能的设备几乎都要通过电子电路实现。
同时,温度作为与我们生活息息相关的一个环境参数,对其的测量与研究也变得极为重要。
本实验基于数字,模拟电子电路相关知识实现了8路温度巡回检测、报警系统。
此系统包括555时钟电路、计数与译码显示电路、拨码开关与数据选择电路、蜂鸣报警电路等模块。
各模块焊接前均用Multisim软件对电路进行了仿真。
8路通道用8个拨码开关实现对工作状态的模拟,该系统能对多个通道的运行状态进行巡回检测,当某一通道发生故障(既拨动对应通道的开关)时,由检测系统发出报警并显示发生故障的通道号,故障排除后,系统可继续进行巡回检测。
目录目录 (3)1设计任务 (4)1、1 设计选题 (4)1、2 设计任务要求 (4)2方案设计与论证 (5)2、1 方案一 (5)2、2 方案二 (6)3 单元电路的选定与设计 (7)3、1 拨码开关电路、数据选择器与蜂鸣报警电路 (7)3、2 循环计数器与译码显示电路 (9)3、3 时钟发生电路 (9)3、4 窗口电压比较器电路、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、113、5 温度传感器电路、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、124 装配与调试、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、144、1 装配注意事项、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、144、2 测试仪器、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、154、3 拨码开关电路、数据选择器与蜂鸣报警电路的测试、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、154、4 循环计数器、译码显示电路的测试、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、164、5 时钟发生电路的测试、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、174、6 窗口电压比较器电路的测试、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、174、7 温度传感器电路的测试 (20)5 实验总结 (21)5、1 完成情况 (21)5、2 问题及对策 (21)5、3 收获与体会 (22)6 参考文献 (22)7 附录 (22)附录1系统电路图 (22)附录2元器件清单 (24)附录3实物照片 (25)附录4实验日志 (26)1、设计任务1、1 设计选题8路巡回检测报警系统的设计与实现1、2 设计任务要求设计一个8路巡回温度状态检测、报警系统,能够对8个测试区域的温度状态就是否正常进行巡回检测;当某一测试区域的温度超过正常范围时,由巡回检测系统发出报警并显示第几个测试区域出现故障。
1、基本要求:(1)实现一个8通道状态巡回检测系统,该系统在正常状态下输入低电平,而高电平输入表示出现故障。
(2)巡回检测周期要求不超过8秒。
(3)当某一个通道出现故障时,停止检测,并且发出报警与显示故障通道的序号。
(4)电压比较器:可设定上、下限电压报警值;当铂热电阻传感器调节电路输出电压超过上、下限值时,输出低电平。
(5)利用铂热电阻Pt100完成温度检测,实现温度量转换为直流电压,并要求温度变化20度时,检测电路输出的电压变化不小于1V。
2、扩展要求:利用湿度传感器CM-R实现湿度状态测量。
2 方案设计与论证2、1 方案一基本要求部分,用八个拨码开关,模拟八路通道工作状态,闭合拨码开关时,74LS151对应输入端输入低电平,W输出高电平,驱动数码管,蜂鸣器响,74LS151 芯片 Y 端口输出为低电平,计数器 74LS160 停止计数,QA,QB,QC 输出数据保持为出现故障的二进制码,通过译码器得到数据在共阳数码管上显示的就是一个不变的值。
利用 555 震荡电路产生 10Hz 的计数脉冲,用于 74ls160 计数器计数工作,满足检测周期不超过八秒的要求。
当数据控制端处于高电平时,74ls160 开始计数,通过 QA,QB,QC,QD,输出 bcd 码到 74ls47 与 74ls151 的A,B、C 端口。
计数器一直在 0~7 循环,出现 7 的时候,计数器 74ls160 芯片 QA, QB,QC,QD 分别显示 1,1,1,0,接下来出现 8 的时候 ,QA,QB,QC,QD 显示 0,0,0,0,通过反相器输出一个低电平,计数清零。
译码器电路,采用 74ls47d 译码输出,通过数码管显示扫描结果,当无故障时,数码管一次显示 0~7 的数字,当某一路出现故障时,停止巡回检测,数码管时钟显示这一路对应数码。
采用电压比较器设定上、下限电压报警值;当检测电压超过设定上、下限值时,输出低电平,蜂鸣器报响。
系统方框图如图2、1所示。
图2、1系统方框图2、2方案二采用带有中断控制器的单片机来实现,利用软件定时来对八个通道逐次扫描与驱动数码管动态显示。
利用中断系统捕捉下降沿电平,当通道由高电平跳变为低电平时,单片机捕捉到下降沿,停止扫描,同时让数码管显示该通道与驱动蜂鸣器报警。
由于本题目有八路通道,故需要用到八路外部中断,因此需要采用较为高端的单片机,如STM32系列。
方案二电路简单,只需要单片机最小系统与一个数码管即可。
但就是编写软件的难度较大而且成本较高,电路板不适合自己动手焊接。
综上所述,从实验的要求,方案的难易程度以及方案就是否易于实施的角度考虑,采用方案一,此方案满足本选题的技术指标要求,难度较低,只涉及硬件电路部分,对于软件部分不做要求,易于实现。
3 单元电路的选定与设计3、1拨码开关电路、数据选择器与蜂鸣报警电路图3、1 拨码开关电路、数据选择器与蜂鸣报警电路如图3、1所示,拨码开关一端与相接,另一端接数据选择器的通道引脚。
若拨码开关闭合,则该通道被认为接低电平,若断开,则该通道被认为接高电平。
数据选择器选用八选一芯片74LS151,通过控制地址端从而确定哪一路被选通,选通的那一路从Y端输出,~W端输出与其相反。
由于高电平为正常,低电平为异常。
在正常情况下蜂鸣器应该不响。
故蜂鸣器应接到~W端,一旦被选通的通道为低电平,~W端输出高电平,三极管导通,蜂鸣器响,发出警报。
TTL器件输入引脚悬空即为高电平,但实际测量发现其高电平与5V差的较大,故需要接上拉电阻,使系统稳定性提高。
根据经验上拉电阻一般取值为1K~10K,这里取1K,三极管实际选用9013,偏置电阻取1K。
地址选择为100,开关断开时,~W端输出低电平,蜂鸣器不响。
开关闭合时,~W端输出高电平,蜂鸣器响。
仿真如下图所示:3、2 循环计数器与译码显示电路图3、2循环计数与译码显示电路如图3、2所示,在时钟信号作用下,当数据控制端ENP处于高电平时,74LS160开始计数,QA,QB,QC,QD输出BCD码到74LS47的A,B,C,D端,数码管实时显示当前检测的通道号。
计数到8时对应1000,QD端输出高电平,通过反相器74LS04输出一个低电平给74LS160的CLR端,计数清0,从0开始重新计数,实现0-7的循环八进制计数。
采用74ls47驱动显示译码电路,显示部分使用的就是共阳数码管,74ls47的A~G 输出端分别对应接数码管的a~g,,通过上拉电阻对数码管进行分压限流。
LED 数码显示模块的工作电压为1、66V,工作电流为10mA 。
上拉电阻阻值计算为:5 1.663340.01CC fon V V R I --===Ω 根据实验室提供的电阻,选用R=330欧。
3、3 时钟发生电路采用NE555接成多谐振荡器,RST 为高电平时电路正常工作,DIS 端为555芯片内部三极管的集电极,其中电容的充放电利用二极管使其相互分开,并令这两条回路的充放电时间常数τ相同,以便使所形成的波形为占空比为50%的方波,当输出为高时,DIS 端电压被拉至0V,电容C1通过D2,R2放电,当输出低电平时,VCC 通过R1,D1给C1充电。
充电时间:111**2R C In T =放电时间:212**2R C In T =振荡周期:)(**221121R R C In T T T +=+=故取:C1=0、1uF,C2=0、01uF,1750R k =,2750R k =电路及仿真波形如下图所示图3、3、1时钟发生电路图3、3、2仿真波形3、4 窗口电压比较器电路窗口电压比较器有两个阈值,实验要求超过其上下限时输出低电平,所以用两片运算发大器接成具有不同阈值的电压比较器即可,这里的运算发大器采用的就是LM324,由于阈值的上下限可调所以用滑动变阻器构成的分压器电路。
上限电压:V R R R R R VCC 3)(*32132=+++ 下限电压:V R R R R VCC 2*3212=++ 取Ω=Ω=Ω=K R K R R 1,1,510321输入低于下限电压2V 时输入高于上限电压3V时3、5 温度传感器电路采用R1,R2,R3,Pt100构成单臂测量电桥,当Pt100电阻与R1,R2,R3不同时,电桥输出一个mV 级的压差信号U1,U1,经过运放LM324放大后输出期望大小的电压U2,电路中R7=R6,R1=R4,放大倍数=R6/R1,运放采用单一5V 供电。