温度调节控制器

电路实践系列讲义

温度调节控制器

2012-4-18

温度调节控制器（一）

温度调节控制器要求

设定温度可调：20℃--29℃。

设定温度用数码管显示。

当电路检测到的环境温度高于设定温度时，表示控制信号的发光二极管亮，否则表示控制信号的发光二极管不亮。

设计思路；

电路必须有温度传感器，将环境温度信号转换为电信号。可用温度传感器采用LM35。

附：LM35资料如图为温度传感器LM35的实物图，从图中我们可知LM35

各管脚名称，以便我们正确安装这个器件。1脚接电源+V C，3脚接地（GND）或者

接负电源，2脚为信号输出端。电源电压范围为+4V—+20V，输出端输出直流电压

与温度的对应关系为10mV/℃，即当温度为20℃时，器件输出电压为200mV=0.2V。

测量温度的范围0℃--100℃（LM35CZ还可测温度的范围－40℃ -- +110℃，但要

增加负电源供电，请读者查阅相关资料）。功耗非常小，器件在不同温度下使用时

从电源吸收的电流为恒定的50μA，所以一般不到1mW的功率。

由于设定温度信号通过计数器后是以数字信号形式出现的，注意到环境温度信号是以模拟信号形式出现的，两者不统一，考虑到模拟信号大小的比较非常容易，所以将设定温度的数字信号转化为模拟信号。所以必须有一个数字信号转化为模拟信号的电路（即数/模转换电路D/A）。

是否输出控制信号，是由环境温度信号和设定温度信号的大小关系来决定的，当环境温度高于设定温度（即环境温度对应的电压高于设定温度对应的电压）时，电路输出控制信号，表示控制信号的发光二极管亮。当环境温度低于设定温度（即环境温度对应的电压低于设定温度对应的电压）时，电路不输出控制信号，表示控制信号的发光二极管不亮。因此，需要一个电压比较器。

设定温度显示电路，表示十位的数字用一个数码管就可以了，让它固定地显示“2”。十进制计数器输出的就是个位设定温度数字，所以让计数器输出接七位数码解码驱动器74LS48，用74LS48直接驱动数码管，所显示的就是设定温度的个位数。电路构成如下图所示。

发光二极管工作电路。

各单元电路的设计

放大器，可以由运算放大器构成，由于是单电源供电，所以采用同相比例放大器。放大倍数应为10。同相比例放大器电路如图所示，因为同相比例放大器的放大倍数为

A = 1+R2/R1

所以R2/R1 = 9

取R1 = 10K，R2 = 91K

通用运算放大器LM358是一块双运放集成电路，内含二个完全一样的运算放大器，引脚8个，引脚编号1，2，3，4，5，6，7，8按如下方法确定：正面朝上，有缺口的一方朝左（或者有圆点的位置在左下），左下第一引脚为1，然后按逆时针顺序依次确定2，3，4，5，6，7，8，即左上脚为8号引脚。实物图如下左图所示。8脚接正电源，4脚接负电源或地GND．引脚3，2，1三个脚组成A运放（其中引脚3为A运放的同相输入端，引脚2为A运放的反相输入端，引脚1为A运放的输出端），引脚5，6，7三个脚组成B运放（其中引脚5为B运放的同相输入端，引脚6为B运放的反相输入端，引脚7为B 运放的输出端）。运算放大器LM358电路符号。

通用运算放大器LM324简介通用运算放大器LM324是四运放集成电路，内含四个完全一样的运算放大器，引脚14个，引脚编号1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14

按如下方法确定：正面朝上，有缺口的一方朝左（或者有圆点的位置在左下），左下第

一引脚为1，然后按逆时针顺序依次

确定2，3，4，5，6，7，8，9，10，

11，12，13，14，即左上脚为14号

引脚。实物如图所示。4脚接正电源，

11脚接负电源或地GND．引脚3，

2，1三个脚组成A运放（其中引脚3为A运放的同相输入端，引脚2为A运放的反相输入端，引脚1为A运放的输出端），引脚5，6，7三个脚组成B运放（其中引脚5为B运放的同相输入端，引脚6为B运放的反相输入端，引脚7为B运放的输出端）。引脚10，9，8三个脚组成C运放（其中引脚10为C运放的同相输入端，引脚9为C运放的反相输入端，引脚8为C运放的输出端）。引脚12，13，14三个脚组成D运放（其中引脚12为D运放的同相输入端，引脚13为D运放的反相输入端，引脚14为D 运放的输出端）上图为运算放大器LM324电路符号。

3 运算放大器LM358和LM324的主要参数

电源电压范围单电源+3.0V--+32V，双电源±1.5 V--±16 V

输出高电平大约比电源电压低1.5V，

最大输出端拉电流40mA，最大输出端灌电流20mA，

555定时器555定时器是一块常用的集成电路，电路符号如左图所示，8为电源端VCC，1为公

共端GND。所加电源电压范围：

4.5V

图所示，内部有三个相同的分压电

阻，每个电阻上的电压都为1/3VCC。

两个比较器C1和C2，C1的比较电压为2/3 VCC，C2的比较电压为1/3 VCC，当比较器“+”端电压大于比较器“-”端电压时，比较器输出高电平（其状态用1表示），当比较器“+”端电压低于比较器“-”端电压时，比较器输出低电

平（其状态用0表示）。G1，G2两个与单脉冲发生器，本电路中的单脉冲发生器直接利用实验板上的单脉冲发生器。下面就其电路结构及计算加以说明。

非门构成基本RS触发器，G3为输出缓冲反相器，起整形和提高带负载能力的作用。T为泄放三极管，为外接电容提供充放电回路。利用555定时器设计电路时，主要是考虑如何让2和6的电位发生变化（外接信号或利用电容器的充放电过程实现）而让定时器的输出状态发生变化，而设计成各

种具有不同功能的电路。实际555器件如

小图所示，有小圆点对应的脚为1脚，依

逆时针方向依次为2，3，4，5，6，7，8号脚。

555应用：单脉冲发生器,电路如图所示。当按键按下时，

“2”脚电位为0，从内部图可知，2脚所在比较器C2同相

输入端电位低于反相输入端电位，所以该比较器输出低电平

0，G2输出高电平1，G1输出低电平0（注意到比较器C1输出高电平，因6脚所接电容现在电压为0），泄放三极管T截止，反相器G3输出高电平1，脉冲信号开始形成。注意到此时7脚与内部是断开的（T截止），电源通过R14对电容C2充电，6脚电位开始升高，当6脚电位升高到2/3VCC时，比较器C1从高电平跳到低电平0，G1输出高电平（T饱和导通，电容电荷立即全部泄掉），G3输出低电平，脉冲信号结束。单脉冲信号由3脚输出。单脉冲维持时间通过理论计算得

T = 1.1R2C2

本电路取值，T=0.33S

取R2=3M，C2=104

十进制计数器

利用74LS90构成十进制计数器，脉冲信号从CLK0端(14)

加入，数据从Q3Q2Q1Q0端输出，Q0为最低位，Q3为最高

位。因计数器总是处于计数状态，所以MS1，MS2，MR1，

MR2都接低电平，CLK1接Q0。

74LS90是二-五-十进制计数器CLK0和CLK1是两个脉

冲信号输入端，Q3Q2Q1Q0是四