溫采集器的課程設計

1、摘 要 現(xiàn)代社會科學技術的發(fā)展可以說是突飛猛進，很多傳統(tǒng)的東西都被成本更低、功能更多使用更方便的電子產(chǎn)品所替代，尤其是單片機等集成電路的發(fā)展使很多電子產(chǎn)品都能比較容易的實現(xiàn)數(shù)字化智能化控制。本課程設計是溫度傳感器采用 LM35 的環(huán)境溫度簡易測控系統(tǒng)，用于替代傳統(tǒng)的低精度、不易讀數(shù)的溫度計。本系統(tǒng)采用三位數(shù)碼顯示，直觀方便。顯示精度為 1，可檢測溫度范圍 0150，完全能夠滿足生活以及普通生產(chǎn)中環(huán)境溫度的測控需求，并且擁有響應速度快、省電等優(yōu)點。但是本系統(tǒng)采用 ADC0804單路轉(zhuǎn)換，抗干擾能力稍弱。但系統(tǒng)預留了足夠的擴展空間，并提供了簡單的擴展方式供參考，實際使用中可根據(jù)需要改成多路轉(zhuǎn)換，既

2、可以增加濕度等測控對象，也能減少外界因素對系統(tǒng)的干擾。目 錄1.設計內(nèi)容及要求12. 方案論證12.1 溫度傳感器12.2譯碼顯示電路12.2.1 顯示12.2.2 數(shù)碼管驅(qū)動12.3 AD轉(zhuǎn)換器的選擇22.4 放大器的選擇23. 單元電路設計、參數(shù)計算和器件選擇23.1 單元電路設計及參數(shù)計算23.1.1 LM35溫度傳感器電路23.1.2 TL082放大電路33.1.3 NE55543.1.4 AD轉(zhuǎn)換電路53.1.5 ROM電路53.1.6 譯碼顯示電路63.2 器件選擇63.2.1 溫度傳感器的選擇63.2.2 AD轉(zhuǎn)換的選擇103.2.3 程序存儲器ROM的選擇143.2.4 數(shù)碼管

3、的選擇153.2.5 NE555173.2.6 TL082194. 組裝、調(diào)試204.1 軟件調(diào)試204.2 硬件調(diào)試204.2.1 使用的主要儀器和儀表204.2.2 調(diào)試電路的方法和技巧214.2.3 測試的數(shù)據(jù)和波形并與計算結果比較分析214.2.4 調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法215. 設計總結215.1 設計的收獲和體會215.2 今后的改進意見22參考文獻23附錄24附錄 圖紙24附錄 元件清單25附錄III程序代碼261.設計內(nèi)容及要求 設計并制作一個溫度測量與顯示系統(tǒng)，基本原理如圖1-1所示。具體要求如下： 圖1-1 溫度采集系統(tǒng)框圖 （1）被測溫度范圍099°C

4、；（2）顯示測量的溫度值，精度不低于1°C。 參考元器件：LM35/45，OP07/NE5532/TL082，AT28C16，CD4511。 說明：測試時驗證環(huán)境溫度和90°C熱水的測量值。2. 方案論證2.1 溫度傳感器LM35有兩種供電模式：單電源模式和正負雙電源的供電模式。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，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(nèi)正常工作非常省電。由于本溫度測量系統(tǒng)不需要測量負溫度，故采用單電源模式2.2譯碼顯示電路2.2.1 顯示方案一：采用

5、7段LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管使用LED模組作為背光源，具有耗電低、配置靈活、線路簡單、安裝方便、耐轉(zhuǎn)動、價格低廉且壽命長等優(yōu)點。 方案二：采用LCD數(shù)碼管。LCD數(shù)碼管使用“CCFL（冷陰極熒光管）”作為背光源，CCFL燈管的發(fā)熱量大，耗電高，老化較快，LCD發(fā)光不穩(wěn)定均勻、功耗大，含有害化學物質(zhì)等但價格相對便宜。 LED在亮度、功耗、可視角度和刷新速率等方面，都更具優(yōu)勢。LED與LCD的功耗比大約為1:10，而且更高的刷新速率使得LED在視頻方面有更好的性能表現(xiàn)，可提供寬達160°的視角，故采用方案一。 2.2.2 數(shù)碼管驅(qū)動方案一：選用CD4511

6、譯碼驅(qū)動芯片。CD4511能夠提供較大的上拉電流，可直接驅(qū)動數(shù)碼管方案二：利用單片機本身的上拉電阻，雖然外圍電路簡單，但灌電流和數(shù)碼管驅(qū)動電流不可兼得，即流過數(shù)碼管電流滿足要求，則灌電流會超出單片機的承受極限；灌電流在單片機允許范圍內(nèi)，則流過數(shù)碼管電流過小。故該方案驅(qū)動能力較弱。 為使數(shù)碼管足夠亮，選方案一。2.3 AD轉(zhuǎn)換器的選擇方案一：DC0809是采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8個單斷模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808/ADC0809是單片、CMOS、逐次比較,a位模/數(shù)變

7、換器。片內(nèi)包含s位模/數(shù)變換器、通道多路轉(zhuǎn)換器與微制器兼容的控制邏輯。8通道多路轉(zhuǎn)換器能直接連通8個單端模擬信號中的仟何一個。由于ADC0808/ADC0809設計時考慮到若干種模/數(shù)變換技術的長處，所以該芯片非常適用于過程控制、微控制器輸人通道的接口電路、智能儀器和機床控制等領域。方案二：ADC0804是屬于連續(xù)漸進式（Successive Approximation Method）的A/D轉(zhuǎn)換器，這類型的A/D轉(zhuǎn)換器除了轉(zhuǎn)換速度快（幾十至幾百us）、分辨率高外，還有價錢便宜的優(yōu)點，普遍被應用于微電腦的接口設計上。ADC0804與ADC0809都是8位A/D轉(zhuǎn)換器.多數(shù)功

8、能都一樣.只不過ADC0804是單路的. ADC0809是8通道多路開關8位A/D轉(zhuǎn)換器.根據(jù)不本次試驗，選擇方案二。2.4 放大器的選擇TL082是一通用的J-FET雙運算放大器。其特點是：a. 較低的辦入偏置電壓和偏置電流；b. 輸出設有短路保護電路；c. 輸入級具有較高的輸入阻抗；d. 內(nèi)建頻率補償電路；e. 較高的壓擺率:16V/us(典型值);f. 最大工作電壓：Vccmax=+/-18V.故選擇TL082為放大運算。3. 單元電路設計、參數(shù)計算和器件選擇3.1 單元電路設計及參數(shù)計算3.1.1 LM35溫度傳感器電路 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

9、關系，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(nèi)正常工作非常省電。由于本溫度測量系統(tǒng)不需要測量負溫度，故采用單電源模式，由于LM35的工作電流小于133uA，故需要在電源與LM35之間接入電阻，電阻阻值R=5/133×10uA約為43K。故LM35電路圖如下所示圖3-1 LM35電路圖3.1.2 TL082放大電路 圖3-2 TL082電路圖3.1.3 NE555 圖3-3 N5555電路圖多諧振蕩器多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時間可以自行觸

10、發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。接通電源后，假定是高電平，則T截止，電容C充電。充電回路是VCCR1R2C地，按指數(shù)規(guī)律上升，當上升到時（TH、端電平大于），輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。是低電平，T導通，C放電，放電回路為CR2T地，按指數(shù)規(guī)律下降，當下降到時（TH、端電平小于），輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復始，產(chǎn)生振蕩，經(jīng)分析可得輸出高電平時間 T=(R1+R2)Cln2輸出低電平時間T=R2Cln振蕩周期 T=(R1+2R2)Cln輸出方波的占空比 3.1.4 AD轉(zhuǎn)換電路 圖3-3 ADC0804電路圖

11、3.1.5 ROM電路 圖3-5 ROM電路圖3.1.6 譯碼顯示電路 圖3-5 譯碼顯示電路圖電路設計中數(shù)碼管采用共陰極數(shù)碼管，在數(shù)碼管與CD4511之間加入電阻保護數(shù)碼管，以防數(shù)碼管被燒壞，并且確保數(shù)碼管的亮度最佳。因為是共陰極數(shù)碼管，所以公共端接地。3.2 器件選擇3.2.1 溫度傳感器的選擇 LM35是一種得到廣泛使用的溫度傳感器。由于它采用內(nèi)部補償，所以輸出可以從0開始。LM35有多種不同封裝型式。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。其電源供應模式有單電源與正負雙電源兩種，其引腳如圖一所示，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

12、止電流-溫度關系，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(nèi)正常工作非常省電。工作電壓430V，在上述電壓范圍以內(nèi)，芯片從電源吸收的電流幾乎是不變的（約50A），所以芯片自身幾乎沒有散熱的問題。這么小的電流也使得該芯片在某些應用中特別適合，比如在電池供電的場合中，輸出可以由第三個引腳取出，根本無需校準。 目前，已有兩種型號的LM35可以提供使用。LM35DZ輸出為0100，而LM35CZ輸出可覆蓋40110，且精度更高，兩種芯片的精度都比LM35高，不過價格也稍高。圖3-1 LM35封裝規(guī)格參數(shù)1、工作電壓：直流430V；

13、2、工作電流：小于133A3、輸出電壓：+6V-1.0V4、輸出阻抗：1mA負載時0.1；5、精度：0.5精度（在+25時）；6、漏泄電流：小于60A；7、比例因數(shù)：線性+10.0mV/；8、非線性值：±1/4；9、校準方式：直接用攝氏溫度校準；10、額定使用溫度范圍：-55+150。11、引腳說明：電源負GND；電源正VCC；信號輸出S；傳感器參數(shù)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 表3-1 LM35電氣特性表 45555

14、特別y表Parameter 參數(shù)Conditions條件LM35ALM35CAUnits (Max.)單位Typical 典型Tested Limit 測試極限(注4)Design Limit設計極限(注5)Typical典型Tested Limit 測試 極限(注4)Design Limit設計極限(注5)Accuracy 精度（注7 ）TA=+25±0.2±0.5-±0.2±0.5-TA=10±0.3-±0.3-±1.0TA=TMAX±0.4±1.0-±0.4±1.0-TA=TMI

15、N±0.4±1.0-±0.4-±1.5Nonlinearity非線性(注8)TMINTATMAX±0.18-±0.35±0.15-±0.3Sensor Gain傳感器增益(Average Slope)平均斜率TMINTATMAX+10.0+9.9,-+10.0-+9.9mV/-+10.1-+10.1Load Regulation 負載調(diào)節(jié)(注3) 0IL1mATA=+25±0.4±1.0-±0.4±1.0-mV/mATMINTATMAX±0.5-±3.0&

16、#177;0.5-±3.0mV/mALine Regulation 線路調(diào)整（ 注3)TA=+25±0.01±0.05±0.01±0.05-mV/V4VVS30V±0.02-±0.1±0.02±0.1mV/VQuiescent Current 靜態(tài)電流(注9)VS=+5V, +255667-5667-AVS=+5V105-13191-114AVS=+30V, +2556.26856.268-AVS=+30V105.513391.5-116AChange of Quiescent Current 變化靜態(tài)電

17、流(注3)4VVS30V, +250.21.0-0.21.0-A4VVS30V0.5-2.00.52.0ATemperatureCoefficienof Quiescent Current 靜態(tài)電流/溫度系數(shù)-+0.39-+0.5+0.39-+0.5A/Minimum Temperature for Rated Accuracy 最低溫度 額定精度In circuit of Figure 1,IL=0+1.5-+2.0+1.5-+2.0Long Term Stability 長期穩(wěn)定性T J=TMAX,for 1000 hours±0.08-±0.08-該系統(tǒng)說采用的溫度傳

18、感器是用National Semiconductor所生產(chǎn)的LM35，其輸出電壓與攝氏溫標呈線性關系，轉(zhuǎn)換公式如式(1)。0時輸出為0 V，每升高1 ，輸出電壓增加10 mV。LM35有多種不同封裝型式。在常溫下，LM35不需要額外的校準處理即可達到±14的準確率。其電源供應模式有單電源與正負雙電源2種，其接腳如圖2，圖3所示，正負雙電源的供電模式可提供負溫度的量測，單電源模式在25 下靜止電流約50A，工作電壓較寬，可在420 V的供電電壓范圍內(nèi)正常工作非常省電?？梢蕴峁?#177;14的室溫常用精度。Vout_LM35(T)=10×T (1) 接下來實際對LM35進行測

19、試，測試使用單電源模式，并且將輸出已非反相放大器放大10倍，以10 Hz的頻率記錄放大后的電壓值，得到如圖4的溫度時間圖。3.2.2 AD轉(zhuǎn)換的選擇 1、A/D轉(zhuǎn)換概念：即模數(shù)轉(zhuǎn)換（Analog to Digital Conversion），輸入模擬量（比如電壓信號），輸出一個與模擬量相對應的數(shù)字量（常為二進制形式）。例如參考電壓VREF為5V，采用8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器時，當輸入電壓為0V時，輸出的數(shù)字量為0000 0000，當輸入的電壓為5V時，輸出的數(shù)字量為1111 1111。當輸入的電壓從從0V到5V變化時，輸出的數(shù)字量從0000 0000到1111 1111變化。這樣每個輸入電壓值對應一個

20、輸出數(shù)字量，即實現(xiàn)了模數(shù)轉(zhuǎn)換。2、分辨率概念：分辨率是指使輸出數(shù)字量變化1時的輸入模擬量，也就是使輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模擬量的變化值。分辨率與A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有確定的關系，可以表示成FS / 2 n 。FS表示滿量程輸入值，n為A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。例如，對于5V的滿量程，采用4位的ADC時，分辨率為5V/16=0.3125V (也就是說當輸入的電壓值每增加0.3125V，輸出的數(shù)字量增加1)；采用8位的ADC時，分辨率為5V/25619.5mV（也就是說當輸入的電壓值每增加19.5mV，則輸出的數(shù)字量增加1）；當采用12位的ADC時，分辨率則為5V/40961.22mV（也就是

21、說當輸入的電壓值每增加1.22mV ，則輸出的數(shù)字量增加1）。顯然，位數(shù)越多,分辨率就越高。ADC0804主要技術指標如下： (1) 高阻抗狀態(tài)輸出 (2) 分辨率：8 位(0255) (3) 存取時間：135 ms (4) 轉(zhuǎn)換時間：100 ms (5) 總誤差：-1+1LSB (6) 工作溫度：ADC0804C為0度70度；ADC0804L為-40 度85 度 (7) 模擬輸入電壓范圍：0V5V (8) 參考電壓：2.5V (9) 工作電壓：5V (10) 輸出為三態(tài)結構 圖3-73、 AD

22、C0804引腳功能: 圖3-8 ADC0804引腳圖CS：芯片片選信號，低電平有效。即=0時,該芯片才能正常工作，高電平時芯片不工作。在外接多個ADC0804芯片時，該信號可以作為選擇地址使用，通過不同的地址信號使能不同的ADC0804芯片，從而可以實現(xiàn)多個ADC通道的分時復用。WR：啟動ADC0804進行ADC采樣，該信號低電平有效，即信號由低電平變成高電平時，觸發(fā)一次ADC轉(zhuǎn)換。RD：低電平有效，即=0時，DAC0804把轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)加載到DB口，可以通過數(shù)據(jù)端口DB0DB7讀出本次的采樣結果。VIN（+）和VIN（-）：模擬電壓輸入端，單邊輸入時模擬電壓輸入接VIN（+）端，VIN（-

23、）端接地。雙邊輸入時VIN（+）、VIN（-）分別接模擬電壓信號的正端和負端。當輸入的模擬電壓信號存在“零點漂移電壓”時，可在VIN（-）接一等值的零點補償電壓，變換時將自動從VIN（+）中減去這一電壓。VREF/2：參考電壓接入引腳，該引腳可外接電壓也可懸空，若外接電壓，則ADC的參考電壓為該外界電壓的兩倍，如不外接，則VREF與Vcc共用電源電壓，此時ADC的參考電壓即為電源電壓Vcc的值。CLK IN和CLK R：外接RC振蕩電路產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需的時鐘信號，時鐘頻率CLK = 1/1.1RC，一般要求頻率范圍100KHz1460KHz。AGND和DGND：分別接模擬地和數(shù)字地。 INT

24、R：轉(zhuǎn)換結束輸出信號，低電平有效，當一次A/D轉(zhuǎn)換完成后，將引起=0，實際應用時，該引腳應與微處理器的外部中斷輸入引腳相連（如51單片機的，腳），當產(chǎn)生信號有效時，還需等待=0才能正確讀出A/D轉(zhuǎn)換結果，若ADC0804單獨使用，則可以將引腳懸空。DB0DB7：輸出A/D轉(zhuǎn)換后的8位二進制結果。補充說明：ADC0804片內(nèi)有時鐘電路，只要在外部“CLK IN（引腳4）”和“CLKR（引腳19）”兩端外接一對電阻電容即可產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換所要求的時鐘，其振蕩頻率為fCLK1/1.1RC。其典型應用參數(shù)為：R=10K，C=150PF，fCLK640KHz，轉(zhuǎn)換速度為100。若采用外部時鐘，則外部fCL

25、K可從CLK IN 端送入，此時不接R、C。允許的時鐘頻率范圍為100KHz1460KHz。4、ADC0804工作過程圖3-9ADC0804的工作時序圖(Timing Diagrams)由圖可見，實現(xiàn)一次ADC轉(zhuǎn)換主要包含下面三個過程：1. 啟動轉(zhuǎn)換：由圖6中的上部“FIGURE 10A”可知，在信號為低電平的情況下，將引腳先由高電平變成低電平，經(jīng)過至少tW(WR)I 延時后，再將引腳拉成高電平，即啟動了一次AD轉(zhuǎn)換。 注：ADC0804使用手冊中給出了要正常啟動AD轉(zhuǎn)換的低電平保持時間tW(WR)I的最小值為100ns,即拉低后延時大于100ns即可以，具體做法可通過插入NOP指令或者調(diào)用d

26、elay()延時函數(shù)實現(xiàn)，不用太精確，只要估計插入的延時大于100ns即可。2延時等待轉(zhuǎn)換結束：依然由圖6中的上部“FIGURE 10A”可知，由拉低信號啟動AD采樣后，經(jīng)過1到8個Tclk+INTERNAL Tc延時后，AD轉(zhuǎn)換結束，因此，啟動轉(zhuǎn)換后必須加入一個延時以等待AD采樣結束。注：手冊中給出了內(nèi)部轉(zhuǎn)換時間“INTERNAL Tc”的時間范圍為6273個始終周期，因此延時等待時間應該至少為8+73=81個時鐘周期。比如，若R為150K, C為150pF，則時鐘頻率為Fclk=1/1.1RC=606KHz,此時鐘周期約為Tclk=1/Fclk=1.65us。所以該步驟至少應延時81*Tc

27、lk=133.65us. 具體做法可通過插入NOP指令或者調(diào)用delay()延時函數(shù) 實現(xiàn)，不用太精確，只要估計插入的延時大于133.65us即可。3.讀取轉(zhuǎn)換結果：由圖3-8的下部“FIGURE 10B”可知，采樣轉(zhuǎn)換完畢后，在信號為低的前提下，將腳由高電平拉成低電平后，經(jīng)過tACC的延時即可從DB腳讀出有效的采樣結果。注：手冊中給出了tACC的典型值和最大值分別為135ns和200ns，因此將引腳拉低后，等待大于200ns后即可從DB讀出有效的轉(zhuǎn)換結果。具體做法可通過插入NOP指令或者調(diào)用delay()延時函數(shù)實現(xiàn)，不用太精確，只要估計插入的延時大于200ns即可。對采樣值進行運算變換，換

28、算出實際的滑動變阻器輸入電壓值。對采樣值進行運算變換，換算出實際的滑動變阻器輸入電壓值。對于任何一個A/D采樣器而言，其轉(zhuǎn)換公式如上：:輸入ADC的模擬電壓值。：ADC轉(zhuǎn)換后的二進制值。本試驗的ADC0804為八位。：ADC能夠表示的刻度總數(shù)。ADC0804為八位ADC,因此：ADC參考電壓值，本試驗ADC0804的被設置為5V因此，對于本試驗，轉(zhuǎn)換公式為： 3.2.3 程序存儲器ROM的選擇2KB的EEPROM，存儲器，主要用于存儲程序和表格數(shù)據(jù)。圖3-10 AT28C16引腳圖Intel AT28C16的容量為2KB，是24引腳雙列直插式芯片，最大讀出時間為250ns，單一5V電源供電，其

29、引腳信號如圖3-11所示。A11A0（address inputs）：地址線，可尋址4KB的存儲空間，輸入，與系統(tǒng)地址總線相連。 D7D0（data bus）：數(shù)據(jù)線，8位，雙向，編程時做數(shù)據(jù)輸入線，讀出時做數(shù)據(jù)輸出線，與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。/VPP（output enable/programming voltage）：當該引腳是低電平時，為讀出允許信輸入，與統(tǒng)讀信號相連；當該引腳是高電平時，為編程電壓輸入端，12.5V。（chip enable）：片選信號，輸入，低電平有效，與地址譯碼器輸出相連。VCC：5V電源。 GND：信號地。 AT28C16的操作方式 ：有讀出、待用、編程、編程禁止、輸

30、出禁止和Intel 標識符六種操作方式 讀出：將芯片內(nèi)指定單元的內(nèi)容輸出。此時和為低電平，VCC接5V，數(shù)據(jù)線處于輸出狀態(tài)。 待用：此時為高電平，數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，2732A處于待用狀態(tài)，且不受的影響。在待用方式下，工作電流從125mA降到35mA。 編程：將信息寫入芯片內(nèi)。此時，/VPP接21V的編程電壓，輸入寬度為50ms的低電平編程脈沖信號，將數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)寫入指定的存儲單元。編程之后應檢查編程的正確性，當/VPP和都為低電平時，可對編程進行檢查。 編程禁止：當/VPP引腳接+21V電壓，為高電平時，處于不能進行編程方式，數(shù)據(jù)輸出為高阻狀態(tài)。 Intel標識符：當A9引腳為高電平，和引

31、腳為低電平時，處于Intel標識符方式，可從數(shù)據(jù)線上讀出制造廠和器件類型的編碼3.2.4 數(shù)碼管的選擇 CD4511是一個用于驅(qū)動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動LED顯示器。CD4511 是一片 CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動器，引腳排列如圖 2 所示。其中a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。LT為燈測試端，加高電平時，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時使所有筆

32、段均消隱，正常顯示時， B1端應加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點，當輸入數(shù)據(jù)越過十進制數(shù)9(1001)時，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)據(jù)。ag是 7 段輸出，可驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時，a段消隱；顯示數(shù)“9”時，d段消隱，所以顯示6、9這兩個數(shù)時，字形不太美觀 圖3是 CD4511和CD4518配合而成一位計數(shù)顯示電路，若要多位計數(shù)，只需將計數(shù)器級聯(lián)，每級輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應用中應接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，

33、電源電壓5V時可使用300的限流電阻。用CD4511實現(xiàn)LED與單片機的并行接口方法如下圖： 圖3-11 圖3-12 CD4511 引 腳 圖BI：4腳是消隱輸入控制端，當BI=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。LT：3腳是測試輸入端，當BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 LE：鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、

34、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。 CD4511的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。3.2.5 NE555555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中規(guī)模集成器件。555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖 2.9.1 和圖

35、 2.9.2 所示。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC

36、 /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。引腳功能1腳：外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。3腳：輸出端Vo2腳：低觸發(fā)端6腳：TH高觸發(fā)端4腳：是直接清零端。當此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。7腳：放電

37、端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比較器A1、A2基準電壓分別為的情況下，555時基電路的功能表如表3-2示。表3-2 555定時器的功能表清零端高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端Q放電管T功能0××0導通直接清零101x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)1101截止置11001截止置11110導通清零應用介紹（1）構成施密特觸發(fā)器，用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路或脈沖鑒幅等；（2）構成多諧振蕩器，組成信號產(chǎn)生電路；如下圖，振蕩周期： T=0.7（R1+2R2）C 圖3-13（3）構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時延時整形及一些定時開關中。555應用電路采

38、用這3種方式中的1種或多種組合起來可以組成各種實用的電子電路，如定時器、分頻器、脈沖信號發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測電路、玩具游戲機電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動控制電路等。多諧振蕩器多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。圖3-14接通電源后，假定是高電平，則T截止，電容C充電。充電回路是VCCR1R2C地，按指數(shù)規(guī)律上升，當上升到時（TH、端電平大于），輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。是低電平，T導通，C放電，放電回路為C

39、R2T地，按指數(shù)規(guī)律下降，當下降到時（TH、端電平小于），輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復始，產(chǎn)生振蕩，經(jīng)分析可得輸出高電平時間 T=(R1+R2)Cln2輸出低電平時間T=R2Cln振蕩周期 T=(R1+2R2)Cln輸出方波的占空比 3.2.6 TL082TL082是一通用的J-FET雙運算放大器。其特點是：g. 較低的辦入偏置電壓和偏置電流；h. 輸出設有短路保護電路；i. 輸入級具有較高的輸入阻抗；j. 內(nèi)建頻率補償電路；k. 較高的壓擺率:16V/us(典型值);l. 最大工作電壓：Vccmax=+/-18V. 圖3-16 TL082引腳圖 表3-3

40、引腳功能4. 組裝、調(diào)試4.1 軟件調(diào)試本設計的調(diào)試電路在 Proteus 中搭建，因為 Proteus 中默認已經(jīng)為單片機和A/D 轉(zhuǎn)換器件設置了電源、接地、晶振、復位等電路，所以在搭建電路時這些電路并未重新搭建。圖4-14.2 硬件調(diào)試4.2.1 使用的主要儀器和儀表萬用表一個，信號發(fā)生器一臺，示波器一臺4.2.2 調(diào)試電路的方法和技巧1 用萬用表檢查數(shù)碼管是否可用，每段數(shù)碼管能否被點亮2 用萬用表檢查電路是否短路3 用示波器檢測NE555是否正常工作4 有信號發(fā)生器提供5V電源，上電檢查4.2.3 測試的數(shù)據(jù)和波形并與計算結果比較分析1. NE555的測量波形如下所示 圖4-22.在上電的過程中LM35一直發(fā)熱，剛上電幾秒鐘，LM35就非常燙，測量LM