《 3位半數字顯示溫度計 》設計報告

1、 3 位半數字顯示溫度計 設計報告設計時間：設計時間： 班班 級：級： 姓姓 名：名： 報告頁數：報告頁數： 廣東工業(yè)大學課程設計報告設計題目_ 學院 專業(yè) 班 學號 姓名 (合作者 號 ) 成績評定_教師簽名_ 一、一、 設計任務與要求設計任務與要求: 設設計任務：計任務： LM35， 位 A/D 轉換器、數字顯示器設計 一個日常溫度數字溫度計。 課程目標：課程目標：1、加深對以上三門課程所學內容的理解；2、能夠在設計中綜合運用所學知識解決實際問題；3、初步掌握工程設計的一般方法，具備一定的工程設計能力。4培養(yǎng)獨立思考和獨立解決問題的能力，培養(yǎng)科學精神和嚴謹的工作作風 。 標及技術要求：標及

2、技術要求：溫度顯示范圍：050；數字顯示分辨率：0.1；精度誤差0.5；電路工作電源可在 59V 范圍內工作. 二、二、 設計方案及比較（設計可行性分析）：設計方案及比較（設計可行性分析）：方案思路一方案思路一-基于基于 LM35 芯片以芯片以 51 單片機作為核心的三位半數字單片機作為核心的三位半數字顯示溫度計：顯示溫度計：外接一個溫度采集 LM35,根據采集器的輸出參數特性利用 TX-1C 開發(fā)板編程相關程序直接處理溫度信息并將處理結果顯示在開發(fā)板自帶的液晶屏上方案思路二方案思路二-基于基于 LM35 芯片以芯片以 ICL7106 作為核心的三位半數字作為核心的三位半數字顯示溫度計顯示溫度

3、計:1. 模擬信號采集部分：LM35 采集溫度信息轉化為可處理的模擬信號并將該信號輸入至數模轉換部分2. 模數轉換部分: 用 ICL7106 芯片以及相關原件組成的外圍電路組成一個直流電壓測量電路或一個數字電壓表，利用 ICL7106 將模擬部分輸出的模擬信號轉換為數字信號,并通過7106 自帶的 BCD 譯碼器輸出液晶屏所需輸入信號3. 液晶屏顯示部分：液晶屏鏈接 ICL7106 對應的輸出接口輸入顯示信號，顯示該數字電壓213表的測量值以達到溫度信號的 3 位半數字顯示效果.方案思路三方案思路三-基于基于 LM35 芯片以芯片以 ICL7107 作為核心的三位半數字作為核心的三位半數字顯示

4、溫度計顯示溫度計:1. 模擬信號采集部分：LM35 采集溫度信息轉化為可處理的模擬信號并將該信號輸入至數模轉換部分2. 模數轉換部分: 用 ICL7107 芯片以及相關原件組成的外圍電路組成一個直流電壓測量電路或一個數字電壓表，利用 ICL7107 將模擬部分輸出的模擬信號轉換為數字信號,并通過7107 自帶的 BCD 譯碼器輸出數碼管所需輸入信號3. 數碼管顯示部分：液晶屏鏈接 ICL7107 對應的輸出接口輸入顯示信號，顯示該數字電壓表的測量值以達到溫度信號的 3 位半數字顯示效果.多方案的分析以及最優(yōu)方案的選擇與取舍多方案的分析以及最優(yōu)方案的選擇與取舍: 方案一的核心是單片機的實踐使用,

5、但考慮到本次課程設計的學習重點包括了學習查閱相關工作手冊以懂得 IC 芯片的使用方法，電路仿真,CAD 軟件的使用，掌握一定的電子安裝工藝，以及常用電子元器件的技術參數選擇等，殊認為雖然選擇方案一也能學習到很多，但選擇方案二或方案三則更能體會到本次課程設計中包含的精髓. 方案二與方案二的區(qū)別在于 ICL7107 以及 ICL7106 芯片的選擇以及相對應顯示原件的不同.ICL7107 對應的編碼輸出驅動的是數碼管，而 ICL7106 對應的面碼輸出驅動的是液晶顯示屏.除此之外 7107 與 7106 芯片的功能和外圍電路幾近相同.而液晶屏幕與數碼管相比,能耗更低，顯示更豐富.但考慮到三位半數字

6、顯示溫度計無需過多顯示方式，而且液晶顯示為背光顯示，在光線強度較高的情況下，顯示效果較差,考慮到該溫度計在日常使用中經常會遇到日光照射的情況，所以最終選擇的顯示原件是 LED 數碼管,對應的數模轉換芯片為ICL7107，即方案選擇為“案思路二-基于 LM35 芯片以 ICL7107 作為核心的三位半數字顯示溫度計:”三、三、 系統(tǒng)設計總體思路系統(tǒng)設計總體思路 1.確定了方案選擇后便確定了 LM35.ICL7107 以及共陽數碼管的選用了.根據前期的準備以及預設計方案就可以得到大致的原理框圖. 2.之后便是根據原理框圖，參考各芯片的工作手冊設計芯片的偏置電路，外圍電路參數與各個部分之間的銜接方式

7、.作出電路原理圖.并在電腦上使用 Multism(protues)仿真修改得到最終電路原理圖 3.根據電路原理圖購買相關元器件以及萬用板，根據實際購得的大小以及所需孔數設計電路布線圖. 4.根據布線圖焊接電路板. 5 最終調試產品并做最終修改. 四、四、 系統(tǒng)原理框圖及工作原理分析系統(tǒng)原理框圖及工作原理分析系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)原理框圖:雙積分A/D轉換電路計數器鎖存器譯碼器驅動電路控制邏輯電路4分頻電路顯示器(4位LED數碼管)外圍震蕩電路A/D轉換電路（ICL7107）溫度傳感器(LM35)模擬信號采集系統(tǒng)顯示系統(tǒng)模數轉換系統(tǒng)工作原理分析工作原理分析: 溫度傳感器將感受到外界的溫度經傳感器內部電

8、路處理后輸出一個與外界攝氏溫度成線性比例的電壓信號。此信號差動輸入到 A/D 轉換器，A/D 轉換器的雙積分器輸出信號通過控制邏輯電路向數據鎖存器發(fā)出一個鎖存信號，鎖存器將計數器的數據鎖存并經譯碼驅動電路，驅動顯示器工作，顯示感應的溫度數值。五、五、 系統(tǒng)電路設計及參數計算，主要元器件介紹及選擇以系統(tǒng)電路設計及參數計算，主要元器件介紹及選擇以及數據指標的測量及數據指標的測量 (一一)主要元器件選擇主要元器件選擇1.溫度傳感器溫度傳感器: 感測溫度的產品有多種類型，依特性可概分為膨脹變化型、顏色變化型、電阻變化型、電流變化型、電壓變化型、頻率變化型等，常用的有熱敏電阻、熱電偶、熱電阻、雙金屬片傳

9、感器、集成溫度傳感器。集成溫度傳感器是將傳感器、信號處理電路集成一體，因而極大地提高了它得性能。它具有測溫精度高、線性優(yōu)良、體積小、穩(wěn)定性好、輸出信號大、熱容量小等優(yōu)點而廣泛被應用。集成溫度傳感器按輸出形式可分為電壓型和電流型。按照預期的實驗方案，我們需要的是電壓變化形的溫度傳感器,而常見的電壓變化型的溫度傳感器有 LM35、LM335，其不同點為 LM35 之輸出電壓是與攝氏溫標呈線性關係，而 LM335 則是與凱氏溫標呈線性關系。由于我們日常生活使用的溫度計量標準為攝氏溫標，所以，本次設計產品所用到的芯片為 LM35.2 顯示系統(tǒng)顯示系統(tǒng): 能實現 3 位半數字顯示的簡易系統(tǒng)有數碼管 LE

10、D 與液晶管 LCD,正如前文所說,其中液晶屏幕與數碼管相比,能耗更低，顯示更豐富.但考慮到三位半數字顯示溫度計無需過多顯示方式，而且液晶顯示為背光顯示，在光線強度較高的情況下，顯示效果較差,考慮到該溫度計在日常使用中經常會遇到日光照射的情況，所以最終選擇的顯示原件是 LED 數碼管。3.模數轉換系統(tǒng)模數轉換系統(tǒng) 模數轉換電路的作用是將輸入連續(xù)變化的模擬信號變換為與其成正比的數字量信號輸出。 在進行模數(即 AD)轉換時，通常按取樣、保持、量化、編碼四個步驟進行。較常見和使用較多、市面上易找的有雙積分型 AD 轉換器。(雙積分型 AD 轉換器的優(yōu)點：轉換精度高，成本低；轉換精度與積分電阻，積分

11、電容的精度無關。轉換器精度與時鐘頻率的漂移無關；（表明其時鐘振蕩器不一定采用價格較貴的石英晶體，使用普通的 R、C 已滿足要求）抗干擾能力強；外圍電路簡單。) 其中選用可直接驅動（LED）的雙積分型 AD 轉換器 ICL7107 或直接驅動液晶顯示（LCD）的雙積分型 AD 轉換器 ICL7106,可以減少芯片外譯碼驅動電路的設置，大大的簡化了產品電路. ICL7107 與 ICL7106 的外圍電路大致相同，區(qū)別在于前者驅動的是 LED 后者是 LCD,所以按照之前顯示系統(tǒng)的選擇，此處模數轉換系統(tǒng)我們選擇的是 ICL7107 芯片.(由于 7107的低電平輸出特性，因此選擇的數碼管應為共陽數

12、碼管)(二二)主要元器件的介紹主要元器件的介紹ICL7107:LM35:溫度傳感器溫度傳感器 LM35LM35 中文資料中文資料( (引腳圖引腳圖, ,封裝封裝, ,參數及應用電路參數及應用電路) )溫度傳感器溫度傳感器 LM35LM35 中文資料中文資料( (引腳圖引腳圖, ,封裝封裝, ,參數及應用電路參數及應用電路) )LM35 是由國半公司所生產的溫度傳感器，其輸出電壓與攝氏溫標呈線性關系，轉換公式如式，0 時輸出為 0V，每升高 1，輸出電壓增加 10mV。LM35 有多種不同封裝型式，外觀如圖所示。在常溫下，LM35 不需要額外的校準處理即可達到 1/4的準確率。 其電源供應模式有

13、單電源與正負雙電源兩種，其接腳如圖所示，正負雙電源的供電模式可提供負溫度的量測；兩種接法的靜止電流-溫度關系如圖 所示，在靜止溫度中自熱效應低(0.08)，單電源模式在 25下靜止電流約 50A，工作電壓較寬，可在 420V 的供電電壓范圍內正常工作非常省電。 TO-92 封裝引腳圖 SO-8 IC 式封裝引腳圖 TO-46 金屬罐形封裝引腳圖 TO-220 塑料封裝引腳圖供電電壓 35V 到-0.2V 輸出電壓 6V 至-1.0V 輸出電流 10mA指定工作溫度范圍LM35A -55 to +150LM35C, LM35CA -40 to +110LM35D 0 to +100封裝形式與型號

14、關系封裝形式與型號關系TO-46 金屬罐形封裝引腳圖 LM35H,LM35AH,LM35CH,LM35CAH,LM35DH TO-220 塑料封裝引腳圖 LM35DT TO-92 封裝引腳圖 LM35CZ,LM35CAZ LM35DZ SO-8 IC 式封裝引腳圖 LM35DM Electrical Characteristics 電氣特性(注 1, 6） LM35ALM35ALM35CALM35CAParameter 參數Conditions 條件Typical 典型Tested Limit 測試極限(注 4)Design Limit 設計極限(注 5)Typical典型Tested Lim

15、it 測試極限(注 4) Design Limit 設計極限(注 5) Units (Max.)單位 TA=+25 0.2 0.5 -0.2 0.5 - TA=10 0.3 -0.3 -1.0 Accuracy 精度（注 7 ） TA=TMAX 0.4 1.0 -0.4 1.0 - TA=TMIN 0.4 1.0 -0.4 -1.5 Nonlinearity 非線性(注 8) TMINTATMAX 0.18 -0.35 0.15 -0.3 TMINTATMAX +10.0 +9.9, -+10.0 -+9.9 Sensor Gain 傳感器增益(Average Slope)平均斜率-+10.1

16、 -+10.1 mV/ TA=+25 0.4 1.0 -0.4 1.0 -mV/mA Load Regulation 負載調節(jié)(注 3) 0IL1mA TMINTATMAX 0.5 -3.0 0.5 -3.0 mV/mA TA=+25 0.01 0.05 0.01 0.05 -mV/V Line Regulation 線路調整（ 注 3) 4VVS30V 0.02 -0.1 0.02 0.1 mV/V VS=+5V, +25 56 67 -56 67 -A VS=+5V 105 -131 91 -114 A VS=+30V, +25 56.2 68 56.2 68 -A Quiescent C

17、urrent 靜態(tài)電流(注 9) VS=+30V 105.5 133 91.5 -116 A 4VVS30V, +25 0.2 1.0 -0.2 1.0 -A Change of Quiescent Current 變化靜態(tài)電流(注 3) 4VVS30V 0.5 -2.0 0.5 2.0 A Temperature Coefficient of Quiescent Current 靜態(tài)電流/溫度系數-+0.39 -+0.5 +0.39 -+0.5 A/ Minimum Temperature for Rated Accuracy 最低溫度 額定精度In circuit of Figure 1,

18、IL=0 +1.5 -+2.0 +1.5 -+2.0 Long Term Stability 長期穩(wěn)定性T J=TMAX,for 1000 hours 0.08 -0.08 - Electrical Characteristics 電氣特性(注 1, 6）LM35LM35 LM35C,LM35C, LM35DLM35D Parameter 參數Conditions 條件 Typical 典型 Tested Limit 測試極限(注 4)DesignLimit 設計極限(注 5)Typical典型Tested Limit 測試極限(注 4)DesignLimit 設計極限(注 5)Units (

19、Max)單位 TA=+25 0.4 1.0 -0.4 1.0 - TA=10 0.5 -0.5 -1.5 TA=TMAX 0.8 1.5 -0.8 -1.5 Accuracy,精度 LM35, LM35C (注 7) TA=TMIN 0.8 -1.5 0.8 -2.0 TA=+25 0.6 1.5 - TA=TMAX 0.9 -2.0Accuracy, 精度 LM35D (注 7) TA=TMIN-0.9 -2.0 Nonlinearity 非線性(注 8) T MINTATMAX 0.3 -0.5 0.2 -0.5 +10.0 +9.8, -+10.0 -+9.8, Sensor Gain

20、傳感器增益(Average Slope) 平均斜率T MINTATMAX -+10.2 -+10.2 mV/ TA=+25 0.4 2.0 -0.4 2.0 -mV/mA Load Regulation 負載調節(jié)(注3) 0IL1mA T MINTATMAX 0.5 -5.0 0.5 -5.0 mV/mA TA=+25 0.01 0.1 -0.01 0.1 -mV/V Line Regulation 線路調整(注3) 4VVS30V 0.02 -0.2 0.02 -0.2 mV/V VS=+5V, +25 56 80 -56 80 -A VS=+5V 105 -158 91 -138 A VS

21、=+30V, +25 56.2 82 -56.2 82 -A Quiescent Current 靜態(tài)電流(注 9) VS=+30V 105.5 -161 91.5 -141 A 4VVS30V, +25 0.2 2.0 -0.2 2.0 -A Change of Quiescent Current 變化靜態(tài)電流(注3) 4VVS30V 0.5 -3.0 0.5 -3.0 A Temperature Coefficient of Quiescent Current 靜態(tài)電流溫度系數-+0.39 -+0.7 +0.39 -+0.7 A/ Minimum Temperature for Rated

22、 Accuracy 最低溫度 額定精度In circuit of Figure 1,IL=0 +1.5 -+2.0 +1.5 -+2.0 Long Term Stability 長期穩(wěn)定性T J=TMAX, for 1000 hours 0.08 /FONT相關文章相關文章 溫度傳感器LM35 中文資料 LT111 引腳圖,內部結構及應用電路 新型三端穩(wěn)壓器M5237L 的內部結構框(引腳圖,封裝 模數轉換器AD592 中文資料 電壓反轉芯片NJU7662引腳圖,內部結 CB950 的典型應用電路 LNK304介紹圖 LM2931 的基本應用電路 LM2930,LM2931,LM2940 US

23、B 接口芯片組FT245BL 簡介共陽數碼管共陽數碼管:使用條件：A、段及小數點上加限流電阻； B、使用電壓根據發(fā)光顏色決定； C、使用電流：動態(tài)平均 4-5mA，峰值電流 100mA。 注意事項：A、數碼管表面不要用手觸摸； B、焊接溫度：260 度；焊接時間不大于 5S；C、表面有保護膜的產品可以在使用前撕下來。 (三三)參數的計算與選擇參數的計算與選擇:參考電容為參考電容為 0.1uf(3334)：該值得選擇范圍為 0. 1FCREF1F.當存在較大的共模電壓和使用 200MV 的滿量程時，可選用較大的電容 1uf 以防止翻轉誤差.但絕大多數情況下,0.1uf 的電容效果最佳.譬如本次設

24、計，所以本電路中的參考電容設計值為 0.1uf.積分電阻為積分電阻為 470K（28）：）：Rint=Vinfs/Iint.在量程為 2v 的時候,輸出電流都盡量落在 4uA 的線性區(qū)間內,且積分電流又必須遠大于至可以忽略印刷版上的漏電流,所以積分電阻取值應為 500k 左右，參考相關容易購得的成品電阻的參數，最終選擇的是常用電阻 470積分電容積分電容 0.22uf(27):根據工作手冊，ICL7107 接+5V 供電電壓,COM 端接地，時鐘頻率約為 48KHZ 時，Cint 標稱值為 0.22uf自動調零電容自動調零電容 0.047uf（29）：）：為了兼顧噪音情況和過載時的加載速度，根

25、據工作手冊選擇參考值 0.047uf蒸蛋電阻蒸蛋電阻 100k(39):所有頻率范圍內，根據工作手冊，參考值都為 100k，所以使用參考值.震蕩電容震蕩電容 100pf(38):根據 f=0.45/RC,帶入震蕩電容=100，f=48Khz 得 Cosc 約為94pf，能找到的相近電容為 100pf.參考電壓參考電壓 1v(35,36):滿量程時有 Vin=2Vref,因為設計的滿量程為 2V 所以參考電壓取值為 1V(通過兩個串接電阻分壓得到，使用的電阻分別為 15k 的電阻和 10k 的電位器)。限流電阻限流電阻 330k330k 歐米茄歐米茄: : 根據限流電阻=(輸出電壓-發(fā)光二極管耐

26、壓)/正向最大工作電流.估算而來.可以根據亮度需求再做調整，估算值為 2001k六、六、 電路原理圖電路原理圖,仿真圖像圖以及布線圖仿真圖像圖以及布線圖電路原理圖電路原理圖,仿真圖像圖仿真圖像圖:布線圖布線圖:七、七、 產品制作及調試產品制作及調試制作過程簡述制作過程簡述:1.按照布線圖從將各個原件由低到高焊接到萬用板上，其中插座先焊其中一對對角即可.2.確定各原件焊點位置無誤后按布線圖連線.3.將 IC 插到插座上,焊上正負電源線與地線.調試過程簡述調試過程簡述:1.檢查連線無誤后通電，發(fā)現短暫輸出 666 后數碼管僅僅顯示小數點,測量得知 7107GND腳沒有接好，插入的時候被插彎了,更換

27、問題解決.(后來又在出現該問題，不過確定 GND 腳正常后發(fā)現 V-輸入只有 3V 多，原來是實驗室電壓源示數和實際輸出存在偏差，用萬用表將其輸出挑到-5V 后問題解決.)2.后來是發(fā)現十位偶爾會輸出如H的奇怪數字,在收集了十位能輸出的所有圖形后推斷出是g 或 c 將 e 短路了，將相臨的 ge 端各自電路重新焊后示數恢復.3.調節(jié)電位器后，顯示數字與 10 倍 L35 輸出幾乎相等且用電烙鐵加熱 LM35 時兩數同步變化,其他如數碼管的亮度，4050.C 的示數,刷新頻率都正常第一次調試完成.4.后來在驗收前夕偶爾發(fā)現溫度計示數與溫度無關,不定時跳變.以為是芯片燒壞，但在更換7107 后，無

28、好轉,測試各管腳發(fā)現 Vin+，Vin-間電壓有誤,發(fā)現是 Vin-端接地時焊接不牢固,重焊后恢復,最終調試完成,八、八、 實驗結果和數據處理實驗結果和數據處理0102030405060215235256274314333357408450500Vin/mv顯示數值Vin/mv215235256274314333357408450500顯示數值21.623.825.427.431.533.435.641.144.949.9九、九、 實驗總結實驗總結: 本次課程設計難度較低，但對于缺乏實踐應用知識的我們來說，仍然存在著不低的難度.在設計系統(tǒng)框圖時，由于 ICL7107 自帶譯碼驅動,所以最終框圖

29、只有區(qū)區(qū)的 3 個部分,但 AD模數轉換部分涉及內容較多且難度大。Lm35 與數碼管的應用簡單，本次課程設計的難點與重點在于對于 AD 模數芯片工作各個環(huán)節(jié)的理解,參數的計算以及各個引腳外圍電路接法.十、十、 實驗心得實驗心得 為其兩周的課程設計終于要迎來它的結束.也算是頗有感觸.首先由于之前是幾個基礎課的考試占用大量的時間,導致我們的前期收集工作是在一天之內趕出來的，但這并不影響我們后續(xù)的進展.設計的第一步設計好系統(tǒng)的工作原理，然后我們需要對所用的 4 個（后來在考慮簡化電路的時候減少了一個反轉極性芯片和電源穩(wěn)壓輸出 5V 的芯片）的芯片的工作原理，工作條件以及各自的電路接法有了一個系統(tǒng)的學習后，我們開始使用仿真軟件設計電路圖.這時候問題就出來了，常用的 MULTISIM 幾乎沒有任何我們需要的芯片模型，無論哪個版本,在網上也找不到相關的模型,直到后來我們發(fā)現一個叫 protues 的仿真軟件有比較多的數字電路芯片原件，包括了我們的 ICL7107,ICL7660,LM35 等,為此我們專門臨時學習了怎么去使用這個軟件，最后在仿真的時候卻頻頻失敗.在無數次擦人電壓指針與調整參數后我們才發(fā)現，原來 protues 上的 ICL7107（使用同類型的 TC710