數(shù)顯溫度測量器的設(shè)計

1、 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計 數(shù)顯溫度測量器的設(shè)計姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)老師 班 級 專 業(yè) 電子信息工程 電氣與信息工程學(xué)院 2015年6月目錄一、設(shè)計思想.2二、設(shè)計目的.2三、設(shè)計要求.2四、電路的總體結(jié)構(gòu).2五、各部分電路設(shè)計.3六、部分電路的仿真結(jié)果.6七、整體電路圖.7八、設(shè)計總結(jié).8九、參考文獻.8該專業(yè)最近幾年一直短缺職位主要包括，通信工程師、通信研發(fā)人員、手機游戲開發(fā)工程師、手機游戲維護工程師、電信管線設(shè)計、電信設(shè)備安裝、電信設(shè)備采購、電信產(chǎn)品銷售、電信數(shù)據(jù)分析員、電信新技術(shù)開發(fā)、信息采編、信息數(shù)據(jù)分析、運營商信息分析專員、行業(yè)信息分析師、增值業(yè)務(wù)技術(shù)開發(fā)員、增值業(yè)務(wù)管理員、增值業(yè)務(wù)

2、策劃專員以及通信、信息類銷售等職位。就業(yè)預(yù)期：根據(jù)北京市“十一五”發(fā)展規(guī)劃，信息與通信是未來發(fā)展的重心。所以，推進電信和通訊發(fā)展的各類專業(yè)人才在市場上自然搶手，該專業(yè)的畢業(yè)生應(yīng)該比較好就業(yè)。一、設(shè)計思想溫度控制應(yīng)用于人們的生產(chǎn)生活中，人們使用溫度計來采集溫度，通過人工操作加熱、通風(fēng)和降溫設(shè)備來控制溫度，這樣不但控制精度低、實時性差，而且操作人員的勞動強度大。即使有些用戶采用半導(dǎo)體二極管作溫度傳感器，但由于其互換性差，效果也不理想。在某些行業(yè)中對溫度的要求較高，由于工作環(huán)境不合理而引發(fā)的事故時有發(fā)生。對工業(yè)生產(chǎn)可靠進行造成影響，甚至操作人員的安全。為了避免這些缺點，需要在某些特定的環(huán)境里安裝數(shù)字

3、溫度測量及控制設(shè)備。本設(shè)計由于采用了新型單片機對溫度進行控制，以其測量精度高，操作簡單，可運行性強，價格低廉等優(yōu)點，特別適用于生活、醫(yī)療、工業(yè)生產(chǎn)等方面的溫度測量及控制。本設(shè)計是一個數(shù)字溫度測量及控制系統(tǒng)，能測柜內(nèi)的溫度，并能在超限的情況下進行控制、調(diào)整，并報警。保證環(huán)境保持在限定溫度中。對于溫度的采集測量的方式有很多種，但大多體現(xiàn)在軟件的設(shè)計上，對溫度模擬信息的讀取，根據(jù)AT89C51單片機功能強大這一特點可以分為中斷方式、查詢方式、和延時方式。采用中斷方式的關(guān)鍵是，把A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)束標(biāo)志線與AT89C51單片機的外部中斷引腳INT0或者INT1相連。這樣啟動A/D轉(zhuǎn)換后，單片機可以繼續(xù)執(zhí)

4、行其他程序，一旦A/D轉(zhuǎn)換完成，即通過INT0或INT1引腳向單片機申請中斷采集信息，讀出采樣值。查詢方式是現(xiàn)在用的最多的一種方式，主要就是用單片機的I/O口與A/D轉(zhuǎn)換器的控制引腳相連，通過利用程序給控制引腳發(fā)送脈沖對A/D轉(zhuǎn)換器進行讀數(shù)。這種方式對像溫度這樣的在短時間一般不會發(fā)生較大變化的信號采集很方便。一般來說，設(shè)計時已經(jīng)將A/D轉(zhuǎn)換器芯片選定，則轉(zhuǎn)換過程所需要的時間也是定值，此時可以采用延時方式，通常，延時的時間定的略大于轉(zhuǎn)換時間以確保讀數(shù)的準(zhǔn)確無誤。至于采用軟件方式延時還是硬件方式延時，各有利弊。軟件方式編程簡單，但需要花費機時；采用定時器則需要對其進行初始化編程，但延時過程不占用機

5、時。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們平時使用的那種普通的溫度計已經(jīng)逐漸滿足不了人們?nèi)粘Ｉ畹男枰瞧胀囟扔嬱`敏度低，測量結(jié)果不準(zhǔn)確，且易碎，安全性較差，所以設(shè)計一個能夠替代普通溫度計的新型溫度計是迫在眉睫的。本文主要介紹了一種新型的溫度計數(shù)顯溫度器，它是通過溫度傳感器，經(jīng)過放大電壓電路處理，然后通過數(shù)模轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后呈現(xiàn)在我們眼前的是以數(shù)字形式表現(xiàn)出來的溫度。為了降低外界對此溫度計的干擾，我還使數(shù)顯溫度器具有低通功能。此溫度器與傳統(tǒng)溫度器相比，其優(yōu)勢在于極其靈敏度，溫度傳感器中采用NTC型，25時電阻值為10千歐姆，精度為1，材料常數(shù)B=3900的NTHH4G39A103

6、F02熱敏電阻，精確度極其高；而且抗外界大多數(shù)不良情況的干擾，使用方便，具有極大的實際意義。二、設(shè)計目的設(shè)計一個數(shù)字顯示溫度測量器電路。3、 設(shè)計要求1、溫度測量范圍：20100。2、以數(shù)字形式顯示溫度。3、具有調(diào)零電路。為減少或消除外界干擾，電路應(yīng)具有低通功能。四、電路的總體結(jié)構(gòu)電路基本原理：本電路由溫度檢測電路，溫度范圍選擇，數(shù)字顯示部分等組成溫度檢測電路將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號，信號放大后送入比較器與預(yù)先固定電位電壓比較器比較，由比較器高低電平控制AD轉(zhuǎn)換器是否工作,并同時送入AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，變?yōu)閿?shù)字信號進行顯示。電源電路由電源變壓器，整流橋堆U，濾波電容C1，C2三端穩(wěn)壓集成電路IC

7、1組成。交流220V電壓經(jīng)下降壓UR整流，C1濾波IC1穩(wěn)壓后，產(chǎn)生+15V穩(wěn)壓后，產(chǎn)生+5V電壓供給檢測電路，時鐘電路及顯示電路。溫度檢測電路由運算放大器A1A5，電阻器R1R11，電位器RP1,RP2,電容C5,C6溫敏電阻RT,構(gòu)成溫度控制電路由運算放大器A4,電阻器R13、R14組成。顯示部分由AD7106及LCD構(gòu)成。1、電路的原理框圖：圖1五、各部分電路設(shè)計1、 （1）溫度檢測和放大器電路圖2 RT和A1構(gòu)成溫度檢測電路，A2和A3構(gòu)成溫度-電壓轉(zhuǎn)換電路。溫度檢測信號經(jīng)A1加到差分放大器A2的同相輸入端，+15V電壓經(jīng)R10、R14和R2分壓加到A2的反相輸入端。調(diào)節(jié)RP1使溫度為

8、0時A2輸出為0V。A2輸出加到反相放大器A3的反相輸入端，A3增益為(R7+R15）/R6倍，調(diào)整R15的值溫度為100時A3輸出+10V。這樣，調(diào)整R14和R15的值，在溫度為0100時輸出電壓為0+10V，即輸出電壓與溫度成比例。（2）設(shè)計步驟 溫度測量范圍與輸出電壓、電源電壓的確定溫度測量范圍為0100，這時輸出電壓為0+10V。電路中使用電壓為+15V,基準(zhǔn)電壓為+5V。+15V電壓經(jīng)三端穩(wěn)壓器78L05得到+5V基準(zhǔn)電壓。 熱敏電阻與運算放大器的選用RT先用NTC型，25時電阻值為10K,精度為1%，材料常數(shù)B=3900的NTHH4G39A103F02熱敏電阻。運算放大器選擇用戶F

9、ET輸入型四運算放大器MC34084。 補償電阻R4的穩(wěn)定R4使R3的輸出電壓相對于溫度變化為線性關(guān)系，其值在0100的線性溫度范圍內(nèi)。 電阻R1和R2及電容C1的確定+5V電源電壓通過R4分壓為R3提供工作電壓。要據(jù)熱敏電阻R3的散熱常用數(shù)(mW/)判斷，熱敏電阻的電路電壓為0.5V。R8阻值要足夠小于(R3+R9)阻值，這里選擇用68。C1為濾除電源噪聲的電容，選擇用0.1F/35V的陶瓷電容。 電阻R1,R2，R5,R9的確定R1,R2，R5,R9是使A2作為差分放大器工作的電阻，這里差分放大器的增益為1倍，R1，R2，R5,R9都用相同的阻值10K。電阻R10和R14的確定這些電阻決定

10、溫度為0時，A2輸出電壓為0V。0時A1輸出電壓為2.5V，令R14為100用R14調(diào)整A2輸出為0V，從而設(shè)定R10電阻值。這里計算得出R10阻值在2501250之間，所以取值300。 電阻R6、R7和R15的確定這些電阻和A3構(gòu)成反相放大電路，溫度為50，A3將A2輸出電壓放大至5V。根據(jù)熱敏電阻的特性，50時A2輸出電壓約為-2.4V。若將其放大至5V,則增益約-2倍。另外，R6變?yōu)锳3的輸入電阻。A2輸出電流為5mA左右，因此，要比其足夠小的電流來決定R6，這里，R6=10k.另外，要根據(jù)獎-2.2-2.6V電壓入大至5V，即增益為了2.3-1.9倍來決定其電阻值。電源旁路電容C2和C

11、5的確定。C2和C5濾除電源電路的噪聲，消除布線電感帶來的影響，這里選擇用戶0.1F/35V的陶瓷電容。 R14和R15的調(diào)整。開始將(R6+R15)調(diào)到最大值，之后在溫度為0時調(diào)節(jié)Rp1使A3輸出電壓為0V。其次，調(diào)節(jié)Rp2，當(dāng)溫度為50時，使A3輸出電壓為+5V。這樣，輸出電壓與溫度成比例。 電阻R11,R12的確定。由A4,R11,R12構(gòu)成單限幅電壓比較器，由于20時，電壓U0=2V元器件選擇擇：R1R6,均選擇用金屬臘電阻。RP1RP2選小型合成膜電位器VB選N4007整流二極管VR由4只N4007橋接。2、 電壓比較器電路圖3由A4,R13,R14構(gòu)成單限幅電壓比較器，固定R13電

12、位為+5V通過與放大后的電壓信號比較并通過穩(wěn)壓二極管進行限幅，由此產(chǎn)生的高電平作為AD轉(zhuǎn)換器的工作電平,低于Ut=20V時AD轉(zhuǎn)換器不工作。3、AD轉(zhuǎn)換電路和譯碼顯示電路ICL7106是一種3.5位A/D轉(zhuǎn)換器。采用40腳DIP封裝形式，其管腳排列如圖4：1腳，Vcc為電源正極。28腳，d1,c1,b1,a1,f1,g1,e1為“個|”位的7段碼輸出。914，25腳，d2,c2,b2,a2,f2,e2,g2為“十”位的7段碼輸出。1518，2224腳，d3，b3，f3，e3，g3，a3，c3為“百”位的7段碼輸出。19腳，a4，b4為“千”位的a段碼和b段碼，因為“千位只顯示”1“，所以將顯示

13、器的a段和b段連接在一起，有19腳驅(qū)動。20腳，POL為負極性顯示驅(qū)動端。21腳，BP為液晶顯示器的背面公共電極的驅(qū)動端，簡稱“背極板”。26腳，Vss為電源負極。27腳，INT為積分器外接積分電容的輸入端。28腳，BUFE為緩沖器的輸出端，外接積分電阻。29腳，CAZ為外界自動調(diào)零電容。30腳，IN-為模擬信號（被測信號）的負極輸入端。31腳，IN+為模擬信號的正極輸入端。32腳，COM為模擬地。33，34腳，CREF-,CREF+為外接基準(zhǔn)電容端。35，36腳，VREF-,VREF+為基準(zhǔn)電壓的負極，正極輸入端。37腳，TEST為邏輯電路的共用地段，由于ICL7106的數(shù)字地（GND）未引

14、出，可以將TEST端視為數(shù)字地。3840腳，OSC1,OSC2,OSC3為外接震蕩電阻和電熔端，外接阻容原件可構(gòu)成兩級反相式阻容振蕩器，所采采用的典型時鐘頻率為48Khz.該數(shù)字電壓表的基本量程為Vm=200Mv，R2和R3構(gòu)成基準(zhǔn)電壓分壓器，調(diào)節(jié)R2使VREF=Vm/2=100MV,滿量程既定為200Mv，二者成1：2的關(guān)系。R1,C1為時鐘振蕩器的的RC網(wǎng)絡(luò)；R4,C3為輸入端阻容濾波電路，可以提高儀器的抗外界的干擾能力。C2,C4分別為基準(zhǔn)電容和自動調(diào)零容；R5,C5分別是積分電阻和積分電容。圖4圖5六、部分電路的仿真結(jié)果1、溫度檢測和放大器電路仿真圖圖62、電壓比較器電路仿真圖 圖7

15、圖8七、整體電路圖圖9八、設(shè)計總結(jié)1、設(shè)計過程中遇到的問題及解決方法感覺這次課程設(shè)計中碰到的問題主要是由于對知識的掌握不夠牢固，像在放大器的使用過程中我們一度陷入混亂，這些都是我們學(xué)習(xí)過的內(nèi)容，本來感覺掌握的還是不錯的，但是真正的使用的時候才發(fā)現(xiàn)不太了解，最后還是得一點一點的查詢課本才解決。這次設(shè)計讓我了解到，知識不溫習(xí)，使用起來就會生疏，以后，要多溫習(xí)功課。2.設(shè)計體會首先我們由衷感謝老師提供給我們這樣一個鍛煉自己的機會，讓我們第一次感受到學(xué)來的知識不只是用來完成試卷的。其次我們在完成課程設(shè)計的過程中體會到團隊合作的樂趣。一向慣于“獨立思考”的我們學(xué)會了積極的同團隊成員交流，取長補短，共同進步?！蔼殞W(xué)而無友則孤陋而寡聞”，只有和同學(xué)多交流多學(xué)習(xí)才能不斷的提高自身水平。最后，也是最重要的一點，我們學(xué)會了一種快速有效的學(xué)習(xí)方法。以往的學(xué)習(xí)都是老師講學(xué)生記，不懂得地方就靠解答大量習(xí)題幫助記憶，學(xué)習(xí)的主要目的是通過最后的考試。課程設(shè)計使我們發(fā)現(xiàn)考試真的并不是最重要，最重要的