电路与模拟电子课程设计任务书

电路与模拟电子课程设计——

温度检测报警电路

一、设计任务要求

本次课程设计的任务是设计、制作一个温度检测报警电路。该电路通过热电阻检测外界温度，将温度的变化转化为输出电压的变化，并在万用表上直观的显示出来（调试时采用可调电位器模拟热电阻的变化）。最后再制作一个温度超限报警电路，在温度超过设定范围的时候报警指示。

要求：

1、测量温度范围：0o C~100o C，其中温度和输出电压要求有线性对应关系：0o C对应0V，10o C对应1V，100o C对应10V，以此类推。

2、进行上限与下限报警：上限设为70o C，下限30o C(可自行设定上下限)，并用红、绿LED指示。

二、设计原理及分析

整体电路硬件结构框图如图1（a）所示。原理图如图1（b）所示。

图1（a）

图1（b）

各部分功能如下详述;

1、正负12V电源模块是采用7812和7912设计的双电压稳压电源模块，采用的主要器件有变压器、整流二极管、电解电容、781

2、7912等，参考电路如图2所示：

图2

2、热电阻测温电路采用热敏电阻Pt100，该电阻随着温度升高阻值随之变大（阻值和温度对应关系见附录1），再采用电阻分压的形式将热电阻的变化转变成电压的变化，以便后级放大。调试时热电阻用可调电位器代替，参考设计电路如图3所示。

图3

在0o C~100o C变化时，Pt100阻值为100Ω~139Ω，这里用100Ω固定电阻R1和50Ω电位器R2串联来模拟热电阻在该范围内的变化。

3、输入缓冲电路主要是利用电压跟随器输入电阻大、输出电阻小的特点，改善电路的输入特性。

4、调零与放大电路：由于热敏电阻Pt100在0o C时阻值不为0，而我们最后要求的温度电压对应关系为：0o C对应0V，所以这里要用加法器来调零；另外，设计要求温度和输出电压要求有线性对应关系：100o C对应10V，因此需要放大，我们利用加法器自带的放大功能同时实现。

5、检测报警电路对输出电压信号进行超限报警，当超过预先设定的限值时，使发光二极管发光，进行光电报警。设计要求进行上限与下限报警。上限可设为70度，下限30度，用红、绿LED指示。因此需要用到两个比较器。

注：上述给出的参考电路为基础，由同学们自行设计并实现。电路参数需要根据功能进行计算，图中给出的标称值仅作为设计参考。

三、具体安排

1、时间地点安排：

注意：（1）具体进行时刻为上午8：00-11：30，下午14：00-17：00；

（2）文理楼仿真时候需自带MultiSim7绿色版安装运行；

（3）基础楼焊接前需自主观看所发焊接录像，焊接时不允许带早餐进入；

（4）6月29日-7月3日焊接完成后每个班留2名同学（每个屋子4名同学）负责打扫卫生；

（5）7月3日验收完成后每个班留3名同学（每个屋子6名同学）负责大扫除，同时帮助老师清点整理相关元器件和设备。

2、分组安排

（1）电源板（小板）：1人1组自主焊接；

（2）功能板（大板）：按照学号顺序，2人1组，合作焊接调试。

四、电路焊接调试要求

1、不允许将LM358芯片直接焊接在电路板上，LM358用DIP8双列直插插座，先焊接插座后再安装。7812和7912直接焊在板子上。除模拟热电阻PT100的50Ω电位器外的所有电位器都直接焊接在板子上。

2、单块电路板的输入输出端都必须留出接口（焊上对应数量的插针），以便与外部电源、信号或其他电路板进行连接，同时也便于测量输出电压等相关参数。

具体需要的插针数量：

（1）电源板（小板）：

变压器输入端（3个）：用于连接外部变压器输入。

±12V直流电压输出端（3个）：用于给后面的功能板供电以及用于测试直流电压。

（2）功能板（大板）：

±12V直流电压输入端（3个）：用于外接直流电源给功能板供电。

输出电压端口（2个）：用于外接万用表以便观察输出电压大小。

具体需要的单排座（圆孔）数量：

热敏电阻接口（2个）：用于外接Pt100热敏电阻实际测量温度，调试时用精密电位器（50Ω）模拟。

六．课程设计总结

课程设计结束后需撰写课程设计总结，并在2014年7月7日前由班长统一收集后提交到基础楼B416，总结内容主要为感想、收获与建议等。

附录1 PT100铂电阻的温度和阻值对应关系

附录2器件清单

附录1：PT100铂电阻的温度和阻值对应关系

附录2：器件清单

器件型号封装数量双电源电路器件清单

正负15V变压器220：+-15 1 二极管IN4007 直插4×2

电解电容220uF50V 直插4×2

电解电容4×2

稳压片7812 直插1×2

稳压片7912 直插1×2

保险管

保险管座

万能板（长方形）1×2

温度检测报警电路器件清单

LM358 LM358(需回收)直插 2

电阻100欧姆1/4W 3

电阻150K 1/4W 1

电阻20K 1/4W 5

电阻1K 1/4W 2

电位器50欧姆3296 1

电位器1K 3296 3

电位器100K 3296 1

发光二极管红色3mm 直插 1

发光二极管绿色3mm 直插 1

热敏电阻PT100，100摄氏度时是139欧

姆外接每班1个

芯片座DIP8 2 单排座（圆孔）5孔单排针20针导线

杜邦线需回收3条万能板（方形） 1

Mutisim仿真器件选用

线性运放LM324AJ——模拟库——OPAMP

比较器LM339AJ——模拟库——COMPARATOR

LED——二极管库——LED

电阻、电位器——基本元件栏

电源——电源器件库

电压表——显示测量元件栏

Multisim7使用简介

1.文件的打开方式

在文件夹中，双击后，再双击

即可打开Multisim7。

2.工作窗口界面

3.主要工具栏

（1）元件工具栏

实际元件库：参数与实际厂商提供参数相符，不可更改。

图标名称功能

电源库

（Source）

含接地、直流信号源、交流信号源、受控源等6个系列

基本元件库（Basic）含电阻、电容、电感、变压器、开关、虚拟基本元件、虚拟定值元件、3D元件等18个系列

二极管库（Diode）含虚拟、普通、发光、稳压、开关二极管及可控硅等11个系列

晶体管库

（Transistor）

含虚拟、BJT、FET、复合管和功率管等20个系列

模拟集成元件库

（Analog）

含虚拟、普通、诺顿、宽带运放及比较器等6个系列TTL元件库

（TTL）

含74STD、74S、74LS、74F、74ALS、74AS等9个系列COMS元件库

（CMOS）

含COMS、74HC、TinyLogic器件的14个系列

其他数字元件库（MiscellaneousDigital）含TIL、DSP、FPGA、PLD、CPLD、微控制器、微处理器、VHDL、存储器等12个系列

数模混合元件库（Mixed）含虚拟数模混合器件、555定时器、A/D转换器、D/A转换器、模拟开关、单稳触发器等6个系列

指示元件库（Indicator）含电压表、电流表、探针、蜂鸣器、灯泡、数码显示管等8个系列

其他器件库（Miscellaneous）含虚拟器件、光耦、晶振、真空管、DC－DC开关电源转换器、滤波器等14个系列

射频元件库（RF）含射频电阻、射频电容、射频电感、射频晶体管、隧道二极管、传输线等8个系列

机电类元件库（Electromechanical）含感测开关、瞬态开关、计时接触器、线圈与继电器、线性变压器、保护装置、输出设备等8个系列

理想元件库：可以修改元件参数。

（2）仪表工具栏

其中动态测量探针只有当仿真运行时才可使用。

4.创建电路原理图的基本操作

（1）元器件的调用

调用元器件时，先用鼠标单击元件工具栏中相应的分类库按钮，再从中选择所需的元器件。

例如调用一个直流电压源。单击元件工具栏中最右边的电源库按钮，弹出电源分类库菜单如图所示。在左边的Family（系列）栏中选择第一行的POWER＿SOURCE（电源），再在中间的Component （元件）栏中选择DC＿POWER（直流电源），然后单击右上角的OK按钮，即可将一个直流电压源调到电路图编辑窗口中。

又如调用一个虚拟电阻。单击元件工具栏中位于右边第二的基本元件库按钮，弹出基本元件分类库菜单如图所示。在左边的Family（系列）栏中选择第三行的RATED

图调用直流电压源图调用虚拟电阻

＿VIRTUAL（定值虚拟），再在中间的Component（元件）栏中选择RESISTOR＿RATED（定值电阻），然后单击右上角的OK按钮，即可将一个虚拟电阻调到电路图编辑窗口中。

（2）元器件参数的设置

放置在电路编辑窗口的元器件应根据仿真电路的需要设置参数，并确定一个标号。例如设置一个虚拟电阻的参数。双击该电阻，弹出属性对话框如图所示。在Value分页设置阻值，在Label分页设置标号。如将一个电阻的阻值设置为10k ，标号设置为R2。

图虚拟电阻属性对话框

（3）元器件的移动与旋转

为了连接电路，需将各个元器件放置于适当位置，有些元器件还需要调整方向。

元器件的移动：将鼠标移到元器件上，按住左键，可将元器件拖曳到所需的位置。

元器件的旋转：用鼠标右键单击元器件，弹出一个元器件操作对话框如图所示。选择适当命令，可使元器件左右翻转、上下翻转、顺时针旋转90°或逆时针旋转90°。

图元器件操作对话框图连线操作对话框

（4）元器件的连接

先将鼠标指向某个元器件的一个端点，鼠标指针消失，在元器件端点处出现一个带十字花的小园黑点。再单击鼠标左键，移到鼠标，会引出一条黑色的直线或折线，将鼠标拉向另一元件的一个端点，并使其出现一个小园红点，然后单击鼠标左键，黑线变红线，实现这两个元件间的有效连接。

（5）元器件间连线的删除

用鼠标右键单击欲删除的连线，弹出连线操作对话框如图所示。选择Delete命令，即可删除该连线。

（6）改变导线的颜色

在复杂电路中，将连线设置为不同颜色，有助于电路图的识别。将连接于示波器或逻辑分析仪的连线设置为不同颜色，可使显示的波形呈现不同颜色方便波形的对比和分析。改变导线的颜色方法是用鼠标右键单击欲修改颜色的连线，弹出连线操作对话框如图所示。选择ChangeCalor命令，打开颜色（Color）对话框，选择所需颜色，并按OK键确认即可删除该连线。