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1、河南理工大学电子技术数字部分课 程 设 计 课 程： 电子技术数字部分课程设计 题 目： 温度报警器的设计与制作 所属院(系) 电气工程系 专业班级 电子信息12-04 姓 名 杜进超 学 号： 311208002110 指导老师 刘小莲 任务书温度报警器的设计与制作一、任务和要求：1、用压电陶瓷蜂鸣器作为电声元件；2、当温度在10至30范围内（允许误差1）时报警器不发声响，当温度超过这个范围时，报警器发出声响，并根据不同音调区分温度的高低，即： （1）当温度高与30时，报警器发出两种频率交换的“嘀嘟”声响。 （2）当温度低于10时，报警器发出单频率声响。3、温度传感器输出电压可由直流信号源模
2、拟，以0设计并制作一个温度报警器，要求如下：为0mv，温度每上升1，递增2mv;4、设计并制作本电路所用直流电源。二、设计框图温度模拟信号直流电源放大比较电路音频报警器三、所需仪器设备1、模拟电子试验箱 一台2、数字万用表 一块3、双踪示波器 一台4、直流稳压电源 一台 5、剪刀、镊子 各一把6、面包板 两块前言电子技术综合课程设计是集电路分析、模拟电子技术、数字电子技术以及电路实验、模拟电子技术实验、数字电子技术实验等课程之后的一门理论与实践相结合的综合设计性课程。它的开展是为了提高和增强我们学生对电子技术知识的综合分析与应用能力。这对于提高我们学生的电子工程素质和科学实验能力非常重要，是电
3、子技术人才培养成长的必由之路。本次课程设计加深了我们对所学理论知识的理解，并能将其熟练应用，做到理论与实际相结合。而用实际器件搭建电路，培养我们学生分析问题、解决问题的实践能力。我相信，我会在本次课程设计中受益匪浅，为将来的学习，毕业设计以及工作打下坚实的基础。通过课程设计实现以下三个目标：第一，让学生初步掌握电子线路的试验、设计方法。即学生根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能指标。第二，课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的
4、定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。第三，培养勤于思考的习惯，同时通过设计并制作电子产类品，增强学生这方面的自信心及兴趣。本课程设计以电工电子技术的基本理论为基础，着重掌握电路的设计装调及性能参数的调试方法。本课程设计应达到如下基本要求：（1） 综合运用电子技术课程中所学的理论知识独立完成一个实际应用电路的设计。（2）通过查阅手册和参考文献资料，培养独立分析和解决实际问题的能力。（3）熟悉常用电子元器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。（4）掌握电子电路的安装和调试技能。（5）熟悉使用各类数字式电子仪器的规范使用方法。（6）学会撰写课程设计论
5、文。（7）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。（8）由于本次试验是分组完成，所以培养团结协作能力尤为重要。目录课程设计任务书2前言3一、设计方案及思路51.1设计任务 1.2设计方案二、电路的组成52.1多输出电源电路2.2放大电路和窗口比较器电路2.3单双频蜂鸣器电路三、各个模块93.1电源电路3.2放大电路和窗口比较器电路3.3单双频蜂鸣器报警电路四、综合电路 104.1实验数据4.2元器件清单五、实验装调115.1装调步骤与方法5.2出现故障及处理六、心得与体会12七、附录138.1元器件管脚图及功能8.2参考文献8.3总体电路图一、设计方案及思路1、设计任务（1）用压电陶瓷蜂鸣器作
6、为电声元件；（2）当温度在10至30范围内（允许误差1）时报警器不发声响，当温度超过这个范围时，报警器发出声响，并根据不同音调区分温度的高低，即：当温度高与30时，报警器发出两种频率交换的“嘀嘟”声响；当温度低于10时，报警器发出单频率声响；温度传感器输出电压可由直流信号源模拟，以0为0mv，温度每上升1，递增2mv；（3）设计并制作本电路所用直流电源。2、设计方案蜂鸣器窗口比较器放大器多输出电源根据任务要求，所设计电路分为四个模块：多输出电源、放大器、窗口比较器和蜂鸣器。其中放大器的设计，既可以采用三极管放大，也可以采用集成运放放大，考虑到电路检测的方便，采用集成运放设计放大电路。对于比较器
7、的选择还是比较定向的，因为书上学过的比较器，例如单限比较器、滞回比较器等，都不能实现我们要控制一段连续区域的要求，所以我们就选择了窗口比较器，可以模拟实现高温低温。蜂鸣器有单双频之分，亦有两种设计方法：三级管构建单双频电路或555构建单双频电路，为使电路简单易检测，决定采用555构建单双频电路。二、电路的组成1、多输出电源电路直流稳压5V,12V,-12V电源的设计(1)集成稳压器集成稳压器的输出电压Uo应与稳压电源要求的输出电压的大小及范围相通。稳压器的最大允许电流IcmIomax (3)整流二极管 整流二极管VD2的反向击穿电压Urm应满足：UmU2 其额定工作电流应满足：IfIomax（
8、4） 滤波电容滤波电容C的容量可由下式计算：C= （1.7） 其中，Ui稳压器输入端纹波电压的峰峰值 t电容C放电时间，t= =0.01s Ic电容C放电电流，可取Ic=Iomax 滤波电容的耐压值应大于U2。（5） 系统设计稳定直流源设计的一般思路是让输入电压先通过电压变压器，再通过整流网络，然后经过滤波网络最后经过稳压网络。方案1.我们可以采用以桥式整理电路实现整流的目的，以大电容作为滤波电路，然后接负载。但是这样做有以下不足之处，如负载的影响很大，电压不可调以及没有保护电路等一下列问题。我们采用某些芯片，可以解决以上的问题。方案2.以全波整流电路作为整流网络，以极性电容作为滤波网络，采用
9、固定式三端集成稳压电路7805和7905设计制作连续可调的双极型直流稳压电源。如下图所示，220V（幅值311V）50Hz市电经变压器220:25输出两组独立的25V交流，经桥堆整流、大电容滤波后分别经过集成稳压块LM7805C与LM7905C作用得到5V的直流输出。稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成，如图1所示 图1 直流电源系统方框图电源变压器：将电网提供的220V交流电压转换为各种电路设备所需的交流电压。多输出电源电路图：2、放大器电路 放大器电路图：3、窗口比较器电路 窗口比较器电路图：4、报警电路根据任务与要求，要有两种不同的报警声音，因此我们设计两种报警电路，单频报警
10、电路和双频报警电路。音频报警电路的制作可以用NE555和电阻、电容组成，我们选用555集成定时器来制作多谐振荡器从而做出音频电路。若占空比大于50%，报警发声频率可由求得单频蜂鸣器报警电路图:工作原理：555定时器和电阻R14、R1及电容C10构成低频振荡器，音频振荡器，当控制端R为低电平时，低频振荡器不振荡，它的输出端Q为低电平，蜂鸣器不发出声音。当控制端R为高电平时，低频振荡器产生矩形波周期为秒数量级，这个矩形波的占空比q可通过调节R1、R14来实现，音频振荡器产生方波，使蜂鸣器发出声音。双频蜂鸣器报警电路图：工作原理：两种频率交替的音响电路用555集成定时器组成，图中的555（A2）组成
11、低频振荡电路,555(A3)组成音频振荡器，由于前者的输出（管脚3）经过电阻接到后者的控制输入端（管脚5），因此当前者的输出为高低电平时，后者可输出两种不同频率的方波，而且555定时器的输出最大电流可达200mA，所以可直接驱动蜂鸣器，当然，只有当控制端R为高电平或悬空时，蜂鸣器才发出“滴嘟”， “滴嘟”的声音，当R为低电平时，555（）定时器处于复位状态，蜂鸣器不会发出声音三、各个模块1、电源电路 设计电源电路，是把220v 50Hz的交流电压经整流、滤波、变压，转换为+5v、+12v以及-12v电压。2、放大电路和窗口比较器电路 放大电路采用同相比例放大。电压比较部分采用窗口比较器电路。3
12、、单频蜂鸣器报警电路 由于其只发出一种声音，则利用一个555定时器构成一个多谐振荡器。4、双频蜂鸣器报警电路 设计理论：555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并有两个比较器来检测电容器上的电压。要求发出两种声音，则利用两个555定时器。555集成电路是8脚封装，双列直插型。其中6管脚称阈值端，是上比较器的输入；2管脚是触发端，是下比较器的输入；3管脚是输出端。我设计的报警电路时由后级555单稳态触发器控制前级555单稳态触发器，从而使蜂鸣器可以发出两种不同的声响。将第一个555定时器的3管脚接在第二个555定时器的5管脚，改变了5管脚的2/3的Vcc。设计器材选择：蜂鸣器、10F电容、
13、电阻若干、555定时器四、综合电路 1、实验数据将以上四大部分连接起来，测得如下数据：放大器输入放大器输出（窗口比较器输入）窗口比较器输出之单频RST电压窗口比较器输出之双频RST电压单频蜂鸣器双蜂鸣器0.018V1.840V5.031V-0.756V响不响0.023V3.308V-0.754V-0.756V不响不响0.053V6.629V-0.754V5.083V不响响2、元器件清单名称数量备注变压器1220v16v桥式电路1LM78121LM79121LM78051LM3241NE5553蜂鸣器2200Hz电容21000F电容50.22F电容110F电容20.01F电阻310K电阻4100
14、K电阻41 K电阻16 K电阻14 K电阻12 K二极管2DIODE-SC电源插头1导线若干绝缘胶布若干五、实验装调 1、装调的步骤与方法本次课设四人一组，各尽其能，我们分了四个模块，有直流电源电路，放大电路，窗口比较器电路，单蜂鸣报警电路以及双蜂鸣报警电路。我们先做了电源，经过安装调试后，接好了电源，用万用表测量从LM7812输出的电压值约为12V,从LM7805输出的电压值约为5V,从LM7912输出的电压值约为-12V后,这样直流电源就完成了，然后是放大电路，选用的是LM324，两个1k的电阻和两个100K的电阻，还有一个2k的滑动变阻器，最终组成了放大电路，经示万用表的测量，放大倍数约
15、为100。接下来完成的是窗口比较电路，窗口比较电路是由LM324组成的电路，然后就是单蜂鸣报警电路，控制电路是由一块NE555组成，最后就是双蜂鸣报警电路，控制电路的主要元器件是两块NE555。将以上模块连接在一起就构成了所要求功能的温度报警电路。我在这一次的设计中主要是负责报警器部分的设计，通过查阅资料，知道了报警器的工作原理和各部分的工作特点。对数电课程中刚刚学习到的555定时器又有了更深的认识。我们小组每人负责一部分模块设计和组装调试，经过一个上午的组装，我的报警器部分的组装、检查工作初步完成。由于电源很难达到设计要求，所以反复调试影响了进度，因此我决定先使用实验台上的直流稳压电源测试我
16、的报警器电路，利用直流稳压电源输出两个+5V电源，一个用于给555芯片驱动，一个用于信号的模拟，单双频电路测试通过，证明电路连线部分正确。2、出现故障及处理（1）在连接直流电源时，整流电桥的正负方向出现错误，导致电路接入220V 50Hz的电源时LM7912总是发烫，还有LM7912是1端口接地2端口接输入3端口接输出，正好和LM7812、LM7805不同，LM7805和LM7812都是1端口接输入2端口接地，最后更改了整流电桥以及LM7912的正负方向后电路的输出才正常了。（2）在放大电路时，按照图纸连接好电路图后，调试时发现放大的倍数很小，就不是我们理论上所计算的数值，我们又改变了滑动变阻
17、器的数值，是放大倍数接近100。（3）在接单蜂鸣报警电路时和双蜂鸣报警电路时，发现蜂鸣器发出的声音不符合要求，因此我反复更换555连接的电容大小，经过反复测试最终找到了符合要求的电容， 蜂鸣器声音正常。六、心得和体会电子技术综合课程设计是基于数模电的课程设计，是学习电子技术的一个重要环节。本次课程设计棋的流程大体为：课程设计动员大会、指导老师分配小组课设任务、各小组进行审题分析并设计电路，指导老师审图通过后领取元器件、试验测试调试、指导老师检验实验结果。本次课程设计加深了我们对所学理论知识的理解，并能将其熟练应用，做到理论与实际相结合。设计的过程中遇到过挫折和困难，当我们发现电路连接完却不能正
18、常运行时大家都很沮丧，但我们又立刻振作起来，与别组同学进行了探讨。课程设计时很累，但生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。同时我认为我们的工作是一个团队的方式进行的，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。通过这次实验我们得出了一下结论：LM324可以放大信号。在设计的过程中，将系统模块化，更有利于我们去选择电
19、路的参数，更有利我们去分析和调试电路。在设计的过程中我们用了自己的理论知识去分析和计算电路图，虽然将所学的知识运用到现实当中去了，但是我们从这次课设中总结的结论是，理论永远是理论知识，而实际往往和理论的有些偏差，因为我们不可能把实际当中的任何情况都能考虑进去，只有通过不断地去调试，理论与实际结合才能把系统顺利完成。通过这次课程设计过程，我觉得不能什么事都说成是理所应当是这样，我们这次试验中就以为7912和7812是同样的原理，结果导致我们出现了种种问题，浪费了很多的时间。我们对电路和低频这两本书有了更深层次的认识，掌握了如何运用书本的知识去做一个较简单的系统，最终，通过大家努力把温度检测报警系
20、统设计出来了。但是，就实际情况而言，本电路还是其不足之处。首先，本电路所用的元器件以及整体构思都比较一般，并没有什么先进性。其次，元器件的精确度也不是很高，比如用LM324放大器，其精确度也是有限的。再有，自己所设计的放大部分的参数选取不够完美，问题考虑不周，并不是所有温度都能超限报警。然后，由于所学知识和能力有限，设计的电路还有不完善之处，许多地方仍然需要改进，从而减小误差，增加其实用性。这个可以当我们所学知识更加充分时去完善它。七、附录 1、元器件管脚图及简介 LM324管脚图LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互
21、独立。每一组运算放大器可用上图左所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见下图。CB555管脚图1地 GND ，2触发， 3输出，4复位， 5控制电压，6门限(阈值） ，7放电 ，8电源电压Vcc555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定
22、时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3555 定时器的功能主要由
23、两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。LM7805、LM7812、LM7912管脚图将正面对着自己，管脚在下，圆孔端在上，左中右三却分别是123脚。它们的1、2脚是电压输入端，1接电源正，2接地。它们的2、3脚为电压输出端，3接电源输出，2接地。LM7912，输入端接12-14VDC即可，输出的是-12VDCLM7812输入端接12-14VDC，输出的是12VDCLM7805输入端接6VDC，输出的是5VDC。2、参考文献数字电子技术基础高等教育出版社，第五版，2007.8.4模拟电子技术基础高等教育出版社，第四版，2007.4.3电子元器件大全手册上海交通大学出版社，2005.12.13、总体电路图方案一方案二本实验所采用的电路图兼仿真图18