電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字溫度計課程設(shè)計要點

1、課程設(shè)計（論文）題目名稱數(shù)字溫度計課程名稱電子技術(shù)課程設(shè)計學(xué)生姓名屜鵬學(xué)號1141201112系、專 業(yè)電氣工程系電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師李海娜2013年12月17日年級專業(yè)11級電氣工程及其自動化學(xué)生姓名屈鵬學(xué) 號1141201112題目名稱數(shù)字溫度計設(shè)計設(shè)計時間2013.12.92013.12.20課程名稱電子技術(shù)課程設(shè)計課程編號121202306設(shè)計地點電工電子實驗室 408、 409一、課程設(shè)計（論文）目的電子技術(shù)課程設(shè)計是電氣工程及自動化專業(yè)的一個重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是對已學(xué)模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)知識的綜合性訓(xùn)練，這種訓(xùn)練是通過學(xué)生獨立進(jìn)行某一課題的設(shè)計、安裝和調(diào)試來完成，著

2、重培養(yǎng)學(xué)生工程實踐的動手能力、創(chuàng)新能力和進(jìn)行綜合設(shè)計的能力，并要求能設(shè)計出完整的電路或產(chǎn)品，從而為以后從事電子電路設(shè)計、研制電子產(chǎn)品奠定堅實的基礎(chǔ)。二、已知技術(shù)參數(shù)和條件用中小規(guī)模集成芯片設(shè)計普制作一數(shù)字式溫度計，具體要求如下：1、溫度范圍0-100度。2、測量精度0.2度。3、三位led數(shù)碼管顯示溫度。三、任務(wù)和要求1 .按學(xué)校規(guī)定的格式編寫設(shè)計論文。2 .論文主要內(nèi)容有：課題名稱。設(shè)計任務(wù)和要求。方案選擇與論證。 方案的原理框圖， 系統(tǒng)電路圖，以及運行說明；單元電路設(shè)計與計算說明；元器件選擇和電路參數(shù)計算的說明等。必須用proteus或其它仿真軟件對設(shè)計電路仿真調(diào)試。對調(diào)試中出現(xiàn)的問題進(jìn)行

3、分析，并說明解決的措施；測試、記錄、整理與結(jié)果分析。收獲體會、存在問題和進(jìn)一步的改進(jìn)意見等。注：1.此表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)系、教研室審批，指導(dǎo)教師、學(xué)生簽字后生效;2.此表1式3份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、教研室各 1份四、參考資料和現(xiàn)有基礎(chǔ)條件（包括實驗室、主要儀器設(shè)備等）胡宴如主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社.2011年張克農(nóng)主編.數(shù)字電子技術(shù).高教出版社出版.第一版.2010年彭介華主編.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo).高教出版社出版.第一版.2002年電子電工實驗指導(dǎo)書電子電工實驗室可以提供的主要儀器設(shè)備：示波器 型號規(guī)格vp-5220、電子學(xué)習(xí)機(jī)型號規(guī)格wl-v、萬用表 mf10;以及分立元件、

4、或中規(guī)模集成芯片。五、進(jìn)度安排2013年12月9日-10日：收集和課程設(shè)計有關(guān)的資料，熟悉課題任務(wù)和要求；2013年12月11日：總體方案設(shè)計，方案比較，選定方案；2013年12月12日-15日：單元電路設(shè)計，參數(shù)計算，元器件選擇，整體電路圖；2013年12月16日-17日：系統(tǒng)仿真調(diào)試改進(jìn)；2013年12月18日-19日：整理撰寫設(shè)計論文；2013年12月20日：答辯六、教研室審批意見設(shè)計目的明確，要求合理，難度適中，符合課程設(shè)計教學(xué)要求。教研室主任（簽字）：2013年11月20日七、主管教學(xué)主任意見符合課程設(shè)計要求主管主任（簽字）：2013年11月20日八、備注學(xué)生（簽字）：指導(dǎo)教師（簽字

5、）：邵陽學(xué)院課程設(shè)計（論文）評閱表學(xué) 號 1141201112專業(yè)班級 11電本二班課程名稱電子技術(shù)課程設(shè)計學(xué)生姓名厘理系電氣工程系題目名稱數(shù)字溫度計-、學(xué)生自我總結(jié)不知不覺經(jīng)過額一個星期的課程設(shè)計，我感想頗多，這讓我明白了實踐的重要性。理論知識固 然重要，但只有將理論知識投入到實踐中去檢驗，才能體現(xiàn)出理論知識的價值。與此同時我還明白 了團(tuán)隊合作的重要性，僅僅靠一個人的力量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有在一個團(tuán)隊的共同努力下，才能最 終走向成功。這次課程設(shè)計，帶給我很多的教訓(xùn)，但更多的是經(jīng)驗，我相信我會更上一層，課程設(shè)計里面還 存在著很多的紙漏，還望老師給予批評和建議，不甚感謝。學(xué)生簽名：2013年 月

6、日、指導(dǎo)教師評定評分項目平時成績論文答辯綜合成績權(quán) 重304030單項成績指導(dǎo)教師評語：指導(dǎo)教師（簽名）：年 月日注：1、本表是學(xué)生課程設(shè)計（論文）成績評定的依據(jù)，裝訂在設(shè)計說明書（或論文）的“任務(wù)書”頁后面;2、表中的“評分項目”及“權(quán)重”根據(jù)各系的考核細(xì)則和評分標(biāo)準(zhǔn)確定。為了滿足科研、特殊環(huán)境和工作場合的需求設(shè)計一款數(shù)字溫度計來保證快速、精準(zhǔn)的檢測。設(shè)計方法通過溫度傳感器 lm35。這是一種精度高、測量范圍 廣的溫度傳感器來實現(xiàn)溫度的檢測。將溫度的變化轉(zhuǎn)為電壓的變化，然后設(shè)計電 壓電路，將變化的電壓量轉(zhuǎn)化為合適的電壓。 再將模擬的電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。 這 是通過芯片tc7107直接驅(qū)動數(shù)碼管

7、，因此講數(shù)字量可直接傳輸?shù)綌?shù)碼管及l(fā)ed顯示該溫度。關(guān)鍵字：溫度傳感器lm35 ; led ;芯片tc7107i摘要 .？1設(shè)計任務(wù)與要求 .11.1 設(shè)計任務(wù) 11.2 設(shè)計要求 11.3 系統(tǒng)功能描述 12系統(tǒng)總體設(shè)計 22.1 總體方案設(shè)計 .22.2 系統(tǒng)原理框圖及電路圖 23系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計 33.1 傳感器及其應(yīng)用電路 .33.2 a/d轉(zhuǎn)換電路 44系統(tǒng)實現(xiàn)與測試 74.1 系統(tǒng)功能及測試指標(biāo) 74.2 安裝調(diào)試過程 74.3 設(shè)計測試中出現(xiàn)的問題及解決辦法 75課程設(shè)計總結(jié) 9參考文獻(xiàn) 10緒論電子技術(shù)課程設(shè)計是在低頻電子線路、 數(shù)字電子技術(shù)課程之后，安排的實踐 性教學(xué)環(huán)節(jié)。它是高

8、等學(xué)校電子信息專業(yè)類的學(xué)生必須進(jìn)行的一種綜合性訓(xùn)練。其目的是學(xué)生運用所學(xué)的知識，動腦又動手，在教師指導(dǎo)下，結(jié)合某一專題獨立 地開展電子電路的設(shè)計與實驗，更好地將理論和實際課題相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的綜 合應(yīng)用能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。提高對設(shè)計課題的分析能力、 解決實際問題的綜合能力、動手能力。電子技術(shù)課程實際的任務(wù)是讓學(xué)生設(shè)計、 組裝并調(diào)試一個簡單的電子電路裝 置。需要學(xué)生綜合運用“電子技術(shù)”課程的知識，通過調(diào)查研究、查閱資料、方 案論證與選定；設(shè)計和選取電路及元器件；組裝和調(diào)試電路，測試指標(biāo)及分析討 論，完成設(shè)計任務(wù)。111設(shè)計任務(wù)與要求1.1設(shè)計要求溫度計是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究中

9、最常用的測量儀表。本課題要求用中小規(guī)模集成芯片設(shè)計并制作一數(shù)字式溫度計，即用數(shù)字顯示被測溫度。具體 要求如下：1）測量范圍0100度。2）測量精度0.2度。3） 3位led數(shù)碼管顯示。本設(shè)計要實現(xiàn)溫度變化時，通過電壓的變化形式傳遞，最終通過2位十進(jìn)制數(shù)顯示出來。在溫度測量電路中，本設(shè)計實現(xiàn)的溫度變化率達(dá)到了4.2mv/c。1.2 原理框圖圖1.2數(shù)字溫度計原理框圖1.3 主要參考元器件硅熱敏晶體管，lm324 , cc7107,電阻及電容若干2方案設(shè)計與論證由設(shè)計和任務(wù)要求可知道，本設(shè)計實驗主要分為四個部分， 即傳感器、放大 系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及顯示部分。經(jīng)過分析，傳感器可以選擇對溫度比較敏感

10、的 器件，做好是在某參數(shù)與溫度成線性關(guān)系，比如硅熱敏晶體管、熱敏電阻等；放 大系統(tǒng)可以由集成運放組成：a/d轉(zhuǎn)換器需要選擇有l(wèi)ed驅(qū)動顯示功能的，而 可供選擇的參考元件有 cc7107, cc7117, mc14433等；顯示部分用4位led 數(shù)碼管顯示。方案一：用一個熱敏電阻，通過熱敏電阻把溫度轉(zhuǎn)化為電壓，再得到每一度熱 敏電阻的電壓變化值，用lm324運放做成乘法器，使電壓乘以一個比例系數(shù)，使一 度的變化得到一個整數(shù)變化的電壓值，然后送入mc14433a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn) 換和數(shù)字顯示.0方案二：用硅熱敏晶體管做傳感器把溫度轉(zhuǎn)化為電壓，在把每一度的電壓變化值通過lm324集成運放進(jìn)行放大

11、，使其放大的信號應(yīng)能滿足cc7107數(shù)模轉(zhuǎn)換的要求，進(jìn)行數(shù)字顯示。 由于mc14433模數(shù)轉(zhuǎn)換器的顯示部分需要驅(qū)動器 cd4511,基準(zhǔn)電壓又需要一個 mc1403,也就是需要外接的電路和元件相對復(fù) 雜和麻煩。而3又2分之1位雙積分a/d轉(zhuǎn)換器cc7107是cmos大規(guī)模集成 電路芯片，具片內(nèi)已經(jīng)集成了模擬電路部分和數(shù)字電路部分，所以只要外接少量元件就成了模擬電路和數(shù)字電路部分，所以只要外接少量元件就可實現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換。因此選用方案二。3系統(tǒng)總體設(shè)計3.1 總體方案設(shè)計根據(jù)圖1.1所示為數(shù)字溫度計的原理框圖。其工作原理是將被測的溫度信號 通過傳感器轉(zhuǎn)換成溫度變化的電壓信號，此電壓信號經(jīng)過放大電路

12、后，通過模 - 數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，最后將數(shù)字量送顯示電路，用4位led數(shù)碼管顯示。3.2 系統(tǒng)原理框圖及電路圖圖3.1 整體連接圖4系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計4.1 傳感器及其應(yīng)用電路傳感器是能感受（或響應(yīng)）規(guī)定的被測物理量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可 用信號輸出的器件或裝置。傳感器通常直接由直接響應(yīng)于被測量的敏感元件和產(chǎn) 生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件及相應(yīng)的電子電路所組成。本設(shè)計中需將溫度信號轉(zhuǎn)變成電壓信號，所以采用溫度傳感器。溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中占據(jù)首位，其種類最多，應(yīng)用最廣，發(fā) 展最快。最常用的有熱電阻和熱電偶兩大類產(chǎn)品。其中由于集成溫度傳感器具有： 不需要任何溫度參考點；線性非常好，非

13、線性誤差小于；抗干擾能力強(qiáng)；應(yīng)用簡 單、方便等優(yōu)點，而使其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，且新品種大量涌現(xiàn)。根據(jù)本課題的任務(wù)指標(biāo)要求和器件的性價比，選用 lm35系列精密集成溫度 傳感器。lm35系列是三端電壓輸出的精密集成溫度傳感器，輸出電壓與攝氏溫 度線性成比例，消耗電流最大也只有 70ua,自身發(fā)熱對測量精度的影響也只在 0.1 c以內(nèi)。一些參數(shù)如下：工作電壓：直流430v;?工作電流：小于133仙a?輸出電壓：+6v-1.0v?輸出阻抗：1ma負(fù)載時0.10刖度：0.1c精度（在+25c時）；?漏泄電流：小于60?非線性值：+/4c；?校準(zhǔn)方式：直接用攝氏溫度校準(zhǔn)；?封裝：密封to-46晶體管封裝或

14、塑料to-92晶體管封裝；利用lm35及適當(dāng)電阻可以組成雙電源供電的測溫電路，將量程范圍內(nèi)的溫 度值線性地轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓值，輸出電壓 vo=100mv/c*t （t為測量溫度值），電路如圖4.1所示圖4.1 lm35測溫電路4.2 a/d轉(zhuǎn)換電路本設(shè)計選用集成a/d轉(zhuǎn)換器tc7107輸入電壓可調(diào)，含內(nèi)部時鐘發(fā)生器。它的引腳功能及使用如下：tc7107引腳功能介紹：(1)v+與v+:分別為電源的正極和負(fù)極。(2)a3g3, a2g2, a1g1：分別為個位、十位、百位驅(qū)動信號，依次接個位、十位、百位 led顯示器的相應(yīng)筆畫電極。(3)ab4：千位驅(qū)動信號，接千位leo顯示器的相應(yīng)的筆畫電極。(

15、4)osc1osc3時鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器(5)acom :模擬信號公共端，簡稱“模擬地”，使用時一般與輸入信號的端以及基準(zhǔn)電壓的負(fù)極相連。(6)test :測試端，該端經(jīng)過500歐姆電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱“邏 輯地”或“數(shù)字地”。(7)vref+與vref-:基準(zhǔn)電壓正負(fù)端。(8)cref：外接基準(zhǔn)電容端。(9)vint ：是一個積分電容器，必須選擇溫度系數(shù)小不致使積分器的輸入電壓產(chǎn) 生漂移現(xiàn)象的元件(10)vin +和vin-:模擬量輸入端，分別接輸入信號的正端和負(fù)端。(11)caz：積分器和比較器的反向輸入端，接自動調(diào)零電容caz。如果應(yīng)用在200m

16、v滿刻度的場合是使用0.47 而2v滿刻度是0.047 0f (12)vbuuf :緩沖放大器輸出端，接積分電阻 rrint。其輸出級的無功電流是 100 w a而緩沖器與積分器能夠供給 20 w a的驅(qū)動電流，從此腳接一個 rrint 至積分電容器，具值在滿刻度200mv時選用47k,而2v滿刻度則使用470k<圖4.2 芯片tc7107引腳接線5系統(tǒng)實現(xiàn)與測試5.1 系統(tǒng)功能及測試指標(biāo)1 .由lm35&成的溫測電路中要求隨溫度的變化輸出電壓也跟著變化，并測試變化系數(shù)。2 .運算放大電路中需檢測輸入電壓和一級放大輸出電壓及二級放大輸出電 壓的比例關(guān)系，看是否符合放大倍數(shù)要求。5

17、.2 安裝調(diào)試過程1 .根據(jù)設(shè)計任務(wù)，本系統(tǒng)由四部分組成，按照要求設(shè)計各部分電路。2 .按照電路圖在proteu妨真軟件上繪出原理圖。3 .逐級檢查完善，逐級調(diào)試。4 .改變溫度傳感器的溫度，觀察線性輸出變化的溫度信號電壓（即放大電路 輸出電壓）。5 .測試零電壓。輸入電壓vi和vag短接，儀表讀數(shù)應(yīng)為“ 0000”。6 .用示波器觀察adc0804第11腳的時鐘脈沖頻率clk0的波形應(yīng)有時鐘脈沖 輸出，觀察第6腳c1的輸出，應(yīng)為具有最大擺幅且不失真的鋸齒波形，否則應(yīng)調(diào) 整積分電阻r1的值。7 .改變溫度，檢查控制是否符合要求，led顯示是否正確。5.3 設(shè)計測試中出現(xiàn)的問題及解決辦法q1.元

18、器件的變換使用設(shè)計初稿中的元器件大多是通過參考書和網(wǎng)上的資料定下來的，可是到了proteu妨真軟件里，很多元器件都沒有仿真模型，只能折中選用仿真模型里有的。 比如放大電路由lm324取代了 lm741,a/d轉(zhuǎn)換器由adc0804取代了 mc14433, 譯碼電路由74ls4眄代了 cc4511,等等。q2.溫度變化即放大電路的vi變化時放大電路的vo總保持5v不變檢查電路，發(fā)現(xiàn)lm324的外接電源使用的是正負(fù)5v,這樣也許是因為vi 經(jīng)過5倍的放大后超出了 5v的范圍，于是把lm324的外接電源改為正負(fù)12v。仿 真運行時vo依然是5v!由此可見外接電源的值不是所有的問題。接下來試著把 原先使用的power型電源改為dc直流電源，仿真結(jié)果顯示放大電路整體放大 5 倍。終于找到了癥結(jié)所在。圖5.1仿真結(jié)果圖6課程設(shè)計總結(jié)通過一個多星期的課程設(shè)計，從選題到查資料，從完善原理圖到寫報告文 檔，讓我明白了課程設(shè)計是名副其實的綜合性訓(xùn)練， 不僅要運用學(xué)過的數(shù)字電路、 模擬電路以及電子技術(shù)實驗等知識， 還要學(xué)會查閱各種圖書資料和工具書， 并將 新知識和所學(xué)的結(jié)合起來為自己所用。 學(xué)會了使用proteus仿真軟件，加強(qiáng)了工 程繪圖的能力，也