課程設(shè)計----溫度顯示及控制電路

1、<p><b>　　溫度顯示及控制電路</b></p><p><b>　　溫度顯示及控制電路</b></p><p><b>　　一，溫度測量電路</b></p><p>　　測溫電路采用3線式測溫電路，在電路中，熱敏電阻為鉑熱電阻RT，RT與R1、R2、R3組成橋路。電路中由于導(dǎo)線存在電

2、阻，會給測量帶來誤差，用三線測量法會減小誤差。如果電纜中的導(dǎo)線的種類相同，導(dǎo)線電阻相等，溫度系數(shù)也是一樣的，應(yīng)此，即使電纜長度改變，溫度系數(shù)也一起跟著改變，以實現(xiàn)溫度補償。放大電路經(jīng)常采用三運放構(gòu)成儀用放大器，這種放大器的輸入阻抗高，共模抑制比大。經(jīng)放大器放大后的信號，一般要由折線近似的模擬電路或A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成數(shù)據(jù)表，進(jìn)行線形化。因為R1的阻值比RT要大的多，所以RT變動時的非線性對溫度特性影響非常小。注意要將R2兩端的基準(zhǔn)電壓調(diào)為準(zhǔn)

3、確的20V。</p><p><b>　　溫度測量電路</b></p><p><b>　　二，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路</b></p><p>　　在測溫電路中，溫度改變會引起熱敏電阻的變化，通過測溫電路將電阻量轉(zhuǎn)換為電壓量，在模數(shù)轉(zhuǎn)換中，需要將電壓量轉(zhuǎn)換為數(shù)字溫度量而直觀的顯示出來。</p><p>　　A

4、DC0804的基本參數(shù)：電源電壓Vcc為＋5V；輸入模擬電壓為8路，帶8選1的多路選擇開關(guān)，輸入電壓范圍為0～5V；8為分辨率；線性誤差為±1LSB。</p><p>　　當(dāng)?shù)刂锋i存允許信號ALE變1時，3位地址代碼送入地址譯碼器后，與地址代碼相對應(yīng)的一路模擬信號送入A/D轉(zhuǎn)換器；當(dāng)ALE變0時，地址被鎖存，在轉(zhuǎn)換結(jié)束前送不進(jìn)新的地址。當(dāng)啟動脈沖START上升時，將逐次比較器清零，下降沿到達(dá)時，開始A/

5、D轉(zhuǎn)換，變換時間為100us。轉(zhuǎn)換結(jié)束時，將8位數(shù)字信號鎖存于三態(tài)輸出緩沖器中，并使EOC信號變高表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。同時輸出允許信號OE給出一個正脈沖，A/D值送到數(shù)據(jù)輸出端。</p><p>　　圖為ADC0804與CPLD的連接方式：</p><p><b>　　數(shù)模轉(zhuǎn)換電路</b></p><p>　　下圖是ADC0804的工作波形，可用CP

6、LD實現(xiàn)對A\D轉(zhuǎn)換的控制，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果讀入CPLD中變換為溫度顯示值，送入顯示電路。</p><p>　　ADC0804的工作波形</p><p>　　求取樣數(shù)字量與溫度的對應(yīng)值的方法一般用公式法和查表法。例如：8位數(shù)字量DB7~DB0從00H變到FFH對應(yīng)溫度從0oC變到100oC，用公式法計算則：溫度T＝(DB0~DB7)*100 oC /FFH,需進(jìn)行乘、除法運算，用可編程器件實現(xiàn)

7、是不具優(yōu)勢的。另一種方法是查表，即把取樣值DB0~DB7按照模擬輸入電壓與溫度的關(guān)系編出一個表格，每輸入一組取樣數(shù)字量DB0~DB7，則直接讀取相應(yīng)的溫度值送到顯示器顯示出來。具體的實現(xiàn)方法則可以使用存儲器，也可以用CPLD制造一個完成查表功能的硬件模塊。如果采用存儲器，則將A/D取樣值的DB0~DB7作存儲器地址，相應(yīng)的溫度值則是存儲單元中的數(shù)據(jù)。</p><p>　　下面CPLD的程序代碼（帶標(biāo)注），程序分為

8、組合進(jìn)程和時序進(jìn)程兩部分，組合進(jìn)程實現(xiàn)ADC0804工作所需的各項控制信號，時序進(jìn)程實現(xiàn)現(xiàn)態(tài)到次態(tài)的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　CPLD的程序代碼：（VHDL）</p><p>　　LIBRARY IEEE;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC

9、_ARITH.ALL;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;</p><p>　　ENTITY temp IS</p><p><b>　　PORT(</b></p><p>　　Din:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);</p>

10、<p>　　Dout:OUT STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0);</p><p>　　CP:IN STD_LOGIC;</p><p>　　Rst:IN STD_LOGIC;</p><p>　　Ncs,Nwr,Nrd,:OUT STD_LOGIC;</p><p>　　Nintr:IN STD_LOGI

11、C);</p><p><b>　　END temp;</b></p><p>　　ARCHITECTURE behav OF temp IS</p><p>　　TYPE STATE_TYPE IS(S0,S1,S2,S3);</p><p>　　SIGNAL State:STATE_TYPE;</p>

12、<p>　　SIGNAL EC,Nin:STD_LOGIC;</p><p>　　SIGNAL D:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);</p><p>　　SIGNAL Value:STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0);</p><p><b>　　BEGIN</b></p>

13、<p>　　System Connection:BLOCK</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　Nin<=Nintr;</p><p>　　Dout<=Value;</p><p>　　END BLOCK System Connection;</p>

14、<p><b>　　bk1:Block</b></p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　Nin<=Nintr;</p><p>　　Dout<=Value;</p><p>　　End Block bk1;</p><p>&

15、lt;b>　　bk2:Block</b></p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　PROCESS(CP,Rst)</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　IF Rst='1'THEN</p>&l

16、t;p><b>　　Ncs<='1';</b></p><p><b>　　Nwr<='1';</b></p><p><b>　　Nrd<='1';</b></p><p><b>　　EC<='0

17、9;;</b></p><p>　　State<=S0;</p><p>　　ELSIF CP'EVENT AND CP='1'THEN</p><p>　　CASE State IS</p><p><b>　　WHEN S0=></b></p><p

18、><b>　　Ncs<='0';</b></p><p><b>　　Nwr<='0';</b></p><p><b>　　Nrd<='1';</b></p><p><b>　　EC<='0';

19、</b></p><p>　　State<=S1;</p><p><b>　　WHEN S1=></b></p><p><b>　　Ncs<='1';</b></p><p><b>　　Nwr<='1';</b

20、></p><p><b>　　Nrd<='1';</b></p><p><b>　　EC<='0';</b></p><p>　　IF Nin='0'THEN</p><p>　　State<=S2;</p>

21、<p><b>　　END IF;</b></p><p><b>　　WHEN S2=></b></p><p><b>　　Ncs<='0';</b></p><p><b>　　Nwr<='1';</b></

22、p><p><b>　　Nrd<='0';</b></p><p><b>　　EC<='1';</b></p><p>　　State<=S3;</p><p><b>　　WHEN S3=></b></p>

23、<p><b>　　Ncs<='1';</b></p><p><b>　　Nwr<='1';</b></p><p><b>　　Nrd<='1';</b></p><p><b>　　EC<='0&

24、#39;;</b></p><p>　　State<=S0;</p><p>　　WHEN OTHERS=></p><p>　　State<=S0;</p><p><b>　　END CASE;</b></p><p><b>　　END IF;<

25、/b></p><p>　　END PROCESS;</p><p>　　END BLOCK bk2;</p><p><b>　　bk3:Block</b></p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　PROCESS(CP)</p>

26、<p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　IF CP'EVENT AND CP='1'THEN</p><p>　　IF EC='1'THEN</p><p><b>　　D<=Din;</b></p><p><b

27、>　　END IF;</b></p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　END PROCESS;</p><p>　　END BLOCK bk3;</p><p>　　(注：1，bk1、bk2、bk3為ADC0804取樣控制的VHDL描述。以下bk4為將取樣數(shù)字量轉(zhuǎn)換為3為

28、BCD碼：</p><p><b>　　編程說明</b></p><p>　　（1）8位數(shù)字量DB0-DB7如何變成3位BCD碼？通常采用乘除運算，但用CPLD/FPGA實現(xiàn)乘除運算是很耗資源的。因此采用查表方法求取DB0-DB7與模擬溫度量0～100oC的對應(yīng)關(guān)系。表中將8位數(shù)字量分成高4位HB和低4位LB，這樣每個4位碼的編碼都是從0000－1111的16組碼，由

29、于100oC被8位二進(jìn)制碼的最大值除得到的結(jié)果是0.04oC，即數(shù)字量每增大1LSB對應(yīng)的模擬溫度量增大0.04oC。</p><p><b>　　溫度與數(shù)字量的關(guān)系</b></p><p>　?。?）從表中得到的溫度值必須用BCD碼表示才能便于用LED數(shù)碼管顯示。</p><p>　　例如來自ADC0804的DB0～DB7是89H(1000

30、1001B)，高4位HB是1000，低4位LB是1001。從表中查到高4位1000對應(yīng)的溫度值是51.2oC，寫成BCD碼是0101、0001、0010；低4位1001對應(yīng)的溫度量是3.6oC，寫成BCD碼就是0000、0011、0110。其和是54.8oC。求得對應(yīng)的BCD碼的運算如下：</p><p>　　HB 0101 0001 0010</p><p>　　LB

31、0000 0011 0110</p><p>　　+ 進(jìn)位 1 1</p><p>　　—————————————————</p><p>　　結(jié)果 0101 0100 1000</p><p>　　從上式可見，在每位BCD碼的“和”超過9時，必須進(jìn)行結(jié)果調(diào)整，才能得到正確的BCD碼。這樣需在運

32、算中判斷是否有進(jìn)位的產(chǎn)生，將DB3～DB0、DB7～DB4、DB11～DB8三位BCD碼的進(jìn)位分別設(shè)為C30、C74、C118，若判斷某1位BCD碼的“和”超過9時則對應(yīng)的進(jìn)位為1，需將結(jié)果調(diào)整，若為零則不調(diào)整。</p><p>　　2，bk4為8位數(shù)字量到3位BCD碼的VHDL描述）</p><p><b>　　bk4:Block</b></p>&l

33、t;p>　　SIGNAL V:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);</p><p>　　SIGNAL HB,LB:STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0);</p><p>　　SIGNAL C30,C74,C118:STD_LOGIC;</p><p><b>　　BEGIN</b></p&

34、gt;<p><b>　　V<=D;</b></p><p>　　HB<="100001100000"WHEN V(7 DOWNTO 4)="1111"ELSE</p><p>　　"100010010110"WHEN V(7 DOWNTO 4)="1110"EL

35、SE</p><p>　　"100000110010"WHEN V(7 DOWNTO 4)="1101"ELSE</p><p>　　"011101101000"WHEN V(7 DOWNTO 4)="1100"ELSE</p><p>　　"011100000100"

36、;WHEN V(7 DOWNTO 4)="1011"ELSE</p><p>　　"011001000000"WHEN V(7 DOWNTO 4)="1010"ELSE</p><p>　　"010101110110"WHEN V(7 DOWNTO 4)="1001"ELSE</p&g

37、t;<p>　　"010100010010"WHEN V(7 DOWNTO 4)="1000"ELSE</p><p>　　"010001001000"WHEN V(7 DOWNTO 4)="0111"ELSE</p><p>　　"001110000100"WHEN V(7

38、DOWNTO 4)="0110"ELSE</p><p>　　"001100100000"WHEN V(7 DOWNTO 4)="0101"ELSE</p><p>　　"001001010110"WHEN V(7 DOWNTO 4)="0100"ELSE</p><p&

39、gt;　　"000110010010"WHEN V(7 DOWNTO 4)="0011"ELSE</p><p>　　"000100101000"WHEN V(7 DOWNTO 4)="0010"ELSE</p><p>　　"000001100100"WHEN V(7 DOWNTO 4)=

40、"0001"ELSE</p><p>　　"000000000000";</p><p>　　LB<="000001100000"WHEN V(3 DOWNTO 0)="1111"ELSE</p><p>　　"000001010010"WHEN V(3 DOW

41、NTO 0)="1110"ELSE</p><p>　　"000001001000"WHEN V(3 DOWNTO 0)="1101"ELSE</p><p>　　"000001001000"WHEN V(3 DOWNTO 0)="1100"ELSE</p><p>

42、　　"000001000100"WHEN V(3 DOWNTO 0)="1011"ELSE</p><p>　　"000001000000"WHEN V(3 DOWNTO 0)="1010"ELSE</p><p>　　"000000110110"WHEN V(3 DOWNTO 0)=&qu

43、ot;1001"ELSE</p><p>　　"000000110110"WHEN V(3 DOWNTO 0)="1000"ELSE</p><p>　　"000000101000"WHEN V(3 DOWNTO 0)="0111"ELSE</p><p>　　"00

44、0000100100"WHEN V(3 DOWNTO 0)="0110"ELSE</p><p>　　"000000100000"WHEN V(3 DOWNTO 0)="0101"ELSE</p><p>　　"000000010110"WHEN V(3 DOWNTO 0)="0100&qu

45、ot;ELSE</p><p>　　"000000010010"WHEN V(3 DOWNTO 0)="0011"ELSE</p><p>　　"000000001000"WHEN V(3 DOWNTO 0)="0010"ELSE</p><p>　　"000000000100

46、"WHEN V(3 DOWNTO 0)="0001"ELSE</p><p>　　"000000000000";</p><p>　　C30<='1'WHEN HB(3 DOWNTO 0)+LB(3 DOWNTO 0)>"01001"ELSE'0';</p>&l

47、t;p>　　C74<='1'WHEN HB(7 DOWNTO 4)+LB(7 DOWNTO 4)>"01001"ELSE'0';</p><p>　　C118<='1'WHEN HB(11 DOWNTO 8)+LB(11 DOWNTO 8)>"01001"ELSE'0';</

48、p><p>　　Value(3 DOWNTO 0)<=HB(3 DOWNTO 0)+LB(3DOWNTO 0)+"0110"WHEN C30='1'ELSE</p><p>　　HB(3 DOWNTO 0)+LB(3 DOWNTO 0);</p><p>　　Value(7 DOWNTO 4)<=HB(7 DOWNTO 4

49、)+LB(7 DOWNTO 4)+"0111"WHEN C74='1'AND C30='0'ELSE</p><p>　　HB(7 DOWNTO 4)+LB(7 DOWNTO 4)+"0110"WHEN C74='1'AND C30='0'ELSE</p><p>　　HB(7 DOWN

50、TO 4)+LB(7 DOWNTO 4)+"0001"WHEN C74='1'AND C30='1'ELSE</p><p>　　HB(7 DOWNTO 4)+LB(7 DOWNTO 4);</p><p>　　Value(11 DOWNTO 8)<=HB(11 DOWNTO 8)+LB(11 DOWNTO 8)+"011

51、1"WHEN C118='1'AND C74='1'ELSE</p><p>　　HB(11 DOWNTO 8)+LB(11 DOWNTO 8)+"0110"WHEN C118='1'AND C74='0'ELSE</p><p>　　HB(11 DOWNTO 8)+LB(11 DOWNTO 8)

52、+"0001"WHEN C118='0'AND C74='1'ELSE</p><p>　　HB(11 DOWNTO 8)+LB(11 DOWNTO 8);</p><p>　　END BLOCK bk4;</p><p><b>　　三，時鐘電路</b></p><p&g

53、t;　　由于CPLD工作時需要時鐘脈沖，在此時鐘脈沖由555定時器組成的方波發(fā)生器提供。</p><p>　　如圖所示，電路由555、VT1、VT2、R11、R12、R14、C1組成一個無穩(wěn)態(tài)多諧振器。從圖中我們可以看出，電容器C1的充電和放電回路獨立分開，在調(diào)節(jié)R14時，只會改變其充放電時間常數(shù)，不會改變其振蕩頻率。在C1充電到（2/3）VDD閾值電平之前，3腳呈高電平，即t1期間，VT2導(dǎo)通，VT1飽和導(dǎo)通，

54、故RVT1呈現(xiàn)的阻抗很小，即充電時間</p><p>　　t1=0.693(RVT1+R11+R14左)C1</p><p>　　t2=0.693(R12+R14右)C1</p><p>　　T=t1+t2=0.693(RVT1+R11+R12+RP1)C1</p><p><b>　　DR=t1/T</b></p

55、><p>　　調(diào)節(jié)RP1，可使占空比在2％～98％范圍內(nèi)變化，而周期不變。</p><p>　　下圖為由555定時器組成的時鐘電路，其中555定時器的引腳如下：</p><p><b>　　1，GND</b></p><p><b>　　2，TRIG</b></p><p>&l

56、t;b>　　3，Q－輸出</b></p><p><b>　　4，R</b></p><p><b>　　5，CVolt</b></p><p><b>　　6，THR</b></p><p><b>　　7，DIS</b></p&

57、gt;<p><b>　　8，Vcc</b></p><p>　　由555定時器組成的時鐘電路</p><p><b>　　四，顯示電路</b></p><p>　　顯示電路由三個BCD數(shù)碼管組成，由于CPLD輸出的是BCD碼，所以直接將三個數(shù)碼管接到CPLD的12個輸出引腳上即可。8421BCD數(shù)碼管如下圖

58、所示：</p><p>　　數(shù)碼管顯示的是四個引腳的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制的值，比如四個引腳的邏輯值為1001，則數(shù)碼管顯示9。</p><p>　　8421BCD數(shù)碼管與CPLD的連接示意圖</p><p><b>　　五，控制電路</b></p><p>　　控制電路由NPN2（2N222），NPN3（2N2907），N

59、PN4（2N3507），R15，R16，R17，R18，Vd1，Vd2及一電熱絲（R19 Heater）組成。</p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　當(dāng)由OP2輸出的電壓值大于三極管的導(dǎo)通值時，三極管NPN2，NPN3，NPN4全部導(dǎo)通，電熱絲兩端沒有電壓，電熱絲不工作，電路處于不加熱狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)

60、由OP2輸出的電壓值小于三極管的導(dǎo)通值時，三極管處于截至狀態(tài)，接在電路兩端的電壓全部加到電熱絲上，電熱絲開始工作，電路處于加熱狀態(tài)。隨著溫度的升高OP2的輸出電壓也隨著升高，當(dāng)電壓升高至某一值，三極管全部導(dǎo)通，電熱絲兩端即沒有電壓，電熱絲停止工作。如此重復(fù)，溫度可控制在某一特定的范圍之內(nèi)。</p><p><b>　　恒溫控制電路</b></p><p>　　總結(jié)：整

61、個電路即由這五個部分組成，實現(xiàn)了由溫度測量到溫度顯示及控制的功能。溫度傳感器在生活中有著廣泛的運用，尤其是溫度傳感器組成的一些溫控系統(tǒng)，在生產(chǎn)實踐、國防科學(xué)、科研教學(xué)中，發(fā)揮了巨大的作用。例如：在暑期的社會實踐中。我們所在的紫金山天文臺星河電子有限公司就自主研發(fā)了一種列車軸溫檢測、報警、控制系統(tǒng)，廣泛地運用在了鐵道部的大部分列車上，為我們交通運輸?shù)陌踩峁┝擞辛Φ募夹g(shù)保障。</p><p>　　在整個電子綜合設(shè)計

62、的過程中，我們遇到過很多的困難，有軟件使用方面的，有設(shè)計思想偏差方面的，尤其是我們使用VHDL語言實現(xiàn)數(shù)字部分的邏輯設(shè)計時，由于理論知識的缺乏，也缺少一些實踐的經(jīng)驗，所以在很長的一段時間內(nèi)我們都不能很好地解決這個問題，但通過與老師的交流、同學(xué)之間的討論，最終，困難被我們一一克服。</p><p>　　總體來說，通過短學(xué)期綜合電子課程設(shè)計這門課程的學(xué)習(xí)，在軟件方面，我們鞏固了ProtelSE、Multisim8的知