數(shù)字溫度的設計

1、 電子技術課程設計電 子 技 術 課 程 設 計 設計課題 ： 數(shù)字溫度計 學院名稱 ： 電氣工程學院 專業(yè)班級 ： 電氣F1202班 學生姓名 ： 葉青柳 學 號 ： 201223911430 指導教師 ： 高云婷 _ 設計地點 ： 31-510 _ 設計時間 ： 2014-7-72014-7-14 指導教師意見：成績: 簽名： 年 月 日 電子技術課程設計電 子 技 術課 程 設 計課程設計名稱： 數(shù)字溫度計 專 業(yè) 班 級 ： 電氣F1202班 學 生 姓 名 ： 葉青柳 學 號 ： 201223911430 指 導 教 師 ： 高云婷 _ 課程設計地點： 31-510 課程設計時間：

2、2014-7-72014-7-14 _ 12 單片機原理與接口技術課程設計 電子技術 課程設計任務書學生姓名葉青柳專業(yè)班級電氣F1202學號201223911430題 目數(shù)字溫度計課題性質(zhì)工程設計課題來源自擬指導教師 高云婷 主要內(nèi)容（參數(shù)）設計一個測試溫度范圍為0100的數(shù)字溫度計。數(shù)字溫度計一般由溫度傳感器、放大電路、模數(shù)轉換、譯碼顯示等幾個部分組成。請根據(jù)原理圖設計，要求讀數(shù)穩(wěn)定。任務要求（進度）第1-2天：熟悉課程設計任務及要求，查閱技術資料，確定設計方案。第3-4天：按照確定的方案設計單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設計要有詳細論述。第5-6天：

3、撰寫課程設計報告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設計正確，篇幅合理。主要參考資料1 康華光電子技術基礎（模擬部分）（第5版）M北京：高等教育出版社，20042 閻石數(shù)字電子技術基礎（第5版）M北京：高等教育出版社，20063 陳光明.電子技術課程設計與綜合實訓M北京航空航天出版社. 2007審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日 目 錄1.硬件組成與方案設計7 1.1硬件組成5 1.2方案設計62.單元電路設計7 2.1溫度采集與處理電路.8 2.2.放大電路.9 2.3數(shù)模轉換，譯碼驅(qū)動電路設計.10 2.4顯示電路設計.133.數(shù)字溫度計設計原理總圖.144.設

4、計總結16附錄元件清單17參考文獻174數(shù)字溫度計的設計 在日常生活中我們用水銀溫度計來測量溫度,不僅測量時間長、讀數(shù)不方便、精確度不高等缺點。本設計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用，測溫傳感器使用AD590，用三位半數(shù)碼管進行顯示這也能準確達到以上要求。設計主要分為兩部分：模擬部分和數(shù)字部分。而模擬部分又大體可分為電源電路、測溫電路、放大電路；而數(shù)字部分又可分為AD采樣電路譯碼電路、驅(qū) 動電路和顯示電路。 系統(tǒng)整體電路包括，溫度采集電路、穩(wěn)壓電路、信號處理與放大

5、電路、AD轉換電路、譯碼電路、驅(qū)動電路和顯示電路。其中溫度采集電路的主體是圍繞溫度傳感器AD590設計的；信號處理與放大電路主要由運放LM324組成；而AD轉換電路、譯碼電路、驅(qū)動電路都是ICL7107與外圍電路共同實現(xiàn)的；顯示電路則由三位半LED構成；這種設計不僅測量準確，而且測量范圍大，可測量零下五十攝氏度到一百五十五攝氏度范圍內(nèi)的精確測量，但是要得到精確的溫度，必須通過零度冰水混合物或其他物體的校準，故數(shù)字式溫度計的制作相對而言較為復雜。1 硬件組成與設計方案1.1硬件組成溫度傳感器AD590放大運放器LM324芯片ICL7071及其外圍電阻三位半LED數(shù)碼管1.2方案設計方案一：

6、60;從三極管的性能可以知道隨著溫度的升高，三極管的某些參數(shù)會相應的增高或減小，例如發(fā)射結的電壓或電流放大倍數(shù)等來檢測其溫度的變化，然后將其經(jīng)過一些電路轉化，再用數(shù)碼管顯示出來。但由于其線性一般，而且測量溫度范圍有限，故不可以做精密測溫。方案二： 由于是測溫電路，因此可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉換后，就可以用進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來。本設計使用AD590溫度傳感器，用ICL7107進行AD轉換，以及譯碼和驅(qū)動，用三位半LED顯示。由于方案一測量不夠準確，而且線性度不好，因而無法達到設計的要

7、求，因此選擇方案二。 2 單元電路設計2.1溫度采集與處理電路 AD590功能及特性 1）AD590是電流型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度 值，下圖所示其中1腳接正極，2腳接負極，3腳接地。 AD590的主要參數(shù)： 工作電壓：430V工作溫度：-55+150攝氏度 保存溫度：-65+175攝氏度 正向電壓：+44V 反向電壓：-20V 靈敏度：1uA/K靈敏度：1uA/K 下圖2為AD590的封裝及基本的應用電路，此電路經(jīng)過微小的變動就會有不同的效果，但其根本都可以由這個電路來處

8、理得到，本設計就是在AD590的一端加的負壓來控制其電流方向的，整個模擬部分的工作原理也由此展開的。 如圖3所示，為模擬部分的主要電路。因為AD590為電流型溫度傳感器，而其零攝氏度時的的電流為273uA，又由運放的虛短和虛斷的有原因，故可以通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的值使2-1中5支路的電流為273uA，又因為電壓由穩(wěn)壓電路輸出得到，這是可以近似的認為電壓是恒定的，即5支路的電流恒定不變。因此當溫度變化時5支路的電流不會發(fā)生變化，而AD590支路的變化則會全部流向2支路，從而通過電阻R2將電流值轉換成電壓值，然后再送入ICL7107的輸入端，然后經(jīng)過數(shù)字部分的處理,最終在數(shù)碼管上顯示溫度值

9、。2.2放大電路LM324系列器件帶有差動輸入的四運算放大器。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運算放大器可用圖4所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相

10、同。圖4 LM324系列運算放大器2.3數(shù)模轉換，譯碼，驅(qū)動電路設計數(shù)字部分主要是ICL7107這個模塊，ICL7107轉化器原理圖如圖5所示。其中計數(shù)器對反向積分過程的時鐘脈沖進行計數(shù)?？刂七壿嫲ǚ诸l器、譯碼器、相位驅(qū)動器、控制器和鎖存器。驅(qū)動器是將譯碼器輸出對應于共陽極數(shù)碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅(qū)動相應筆畫的方波。圖5 ICL7107轉化器原理圖控制器的作用有三個：第一，識別積分器的工作狀態(tài)，適時發(fā)出控制信號，使各模擬開關接通或斷開，A/D轉換器能循環(huán)進行。第二，識別輸入電壓極性，控制LED數(shù)碼管的負號顯示。第三，當輸入電壓超量限時發(fā)出溢出信號，使千位顯示“1" ，其余碼全部

11、熄滅。釣鎖存器用來存放A/D轉換的結果，鎖存器的輸出經(jīng)譯碼器后驅(qū)動LED 。它的每個測量周期自動調(diào)零（AZ）、信號積分（INT）和反向積分（DE）三個階段。雙積分型A/D轉換器的電壓波形圖如圖6所示圖6 雙積分型A/D轉換器的電壓波形圖ICL7107是集A/D轉換和譯碼器為一體的芯片，而且這芯片能夠驅(qū)動三個數(shù)碼管工作而不需要更多的譯碼器，這給我們連接電路或者分析電路提供了一定的方便。ICL7107芯片的管腳比較多，每一個管腳所代表的功能也各不相同，能夠組成各種電路，比如說有積分電路。這要求我們在接電路時要小心，不能出現(xiàn)錯誤。此外，ICL7107需+5V和-5V兩組電源供電。由于采用LED方式顯

12、示，耗電較大，因此直流電源主要是通過變壓器降壓、整流濾波、穩(wěn)壓后獲得，本次設計調(diào)試時使用直流穩(wěn)壓源供電。ICL7107AD轉換器的管腳排列及其各管腳功能如圖7所示1 V+ OSC1 402 D1 OSC2 393 C1 OSC3 384 B1 TEST 375 A1 REF HI 366 F1 REF LO 357 G1 CREF+ 348 E1 CREF 339 D2 COMMON 3210 C2 I CL7107 IN HI 3111 B2 IN LO 3012 A2 A-Z 2913 F2 BUFF 2814 E2 INT 2715 D3 V- 2616 B3 G2 25 17 F3 C

13、3 2418 E3 A3 2319 BC4 G3 2220 POL GND 21圖7 ICL7107管腳排列2.4 數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管分為共陽極與共陰極兩種，共陰極是把所有LED的陽極連接到共同接點地，而每一LED的陰極分別為a,b,c,d,e,f,g及dp（小數(shù)點），它的內(nèi)部結構圖如圖8所示 a GbcdefgdP圖83.數(shù)字溫度計設計原理圖系統(tǒng)整體電路包括，溫度采集電路、穩(wěn)壓電路、信號處理與放大電路、AD轉換電路、譯碼電路、驅(qū)動電路和顯示電路。其中溫度采集電路的主體是圍繞溫度傳感器AD590設計的；信號處理與放大電路主要由運放LM324組成；而AD轉換電路、譯碼電路、驅(qū)動電路都是ICL7

14、107與外圍電路共同實現(xiàn)的；顯示電路則由三位半LED構成4設計總結恍然間，自己也都22歲了，大學的一半也結束了。若問自己學到了什么專業(yè)知識，真的是少之又少。對自己專業(yè)的不了解和不自信，讓自己不止一次迷茫的問上大學的意義。這次的課程設計讓自己對所學的專業(yè)有了一個認識，把自己所學的理論知識利用起來做了一個有用的小設計。在已度過的兩年時間里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎課的理論，如何去鍛煉我們的實踐面？如何把我們所學到的專業(yè)基礎理論知識用到實踐中去呢？我想做類似的課程設計就為我們提供了良好的實踐平臺。在做本次課程設計的過程中，我感觸最深的是查閱大量的資料。為了讓自己的

15、設計更加完善，不斷的翻閱資料核對修改。作為一名專業(yè)學生掌握一門或幾門制圖軟件是必不可少的，本次課程設計要求用protel繪制電路圖，過去從來沒有在具體設計中應用過它，但在設計的過程中帶著問題去學我發(fā)現(xiàn)效率很高，當初在學習理論知識是為了學而學，這樣效率當然不會高。邊學邊用這樣才會提高效率，這是我做本次課程設計的第二大收獲。但是由于水平及經(jīng)驗有限，也出現(xiàn)一些有錯誤，經(jīng)過同學和老師的幫助我發(fā)現(xiàn)并改正自己的錯誤?？傮w來說在本次設計的過程中，我收獲了很多，同時也發(fā)現(xiàn)不少的問題，雖然以前做過這樣的電路設計但這次設計真的讓我長進了很多，也讓我真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學的理論知識用到實際當中，對于大三我們將要學習的單機片機更是如此，程序只有在經(jīng)常的編寫與運行的過程中才能提高，這就是我在這次課程設計中的總結和收獲。附錄1元器件清單序號編號名稱數(shù)量（個）1AD590溫度傳感器12,LM324運算放大器13ICL7107AD采樣，譯碼模塊14DS1，DS2，DS3，DS4七段LED數(shù)碼管45R1，R2滑動變阻器（5K）26R3電阻(10K)17R4，R5電阻(100K)28R6電阻(1M)19R7電阻470K)110R8電阻6.