數(shù)字溫度計設(shè)計實驗報告

1、數(shù)字電子綜合性實驗報告目:院:數(shù)字溫度辻，電氣工程與自動化名:號:班姓學(xué) 指導(dǎo)教師：、實驗任務(wù)溫度計是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究中最常用的測量儀表。 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-20150度。(2) .測量精度0.5度。(3) . 4 位LED數(shù)碼管顯示。通過溫度傳感器LM35采集到溫度信號，經(jīng)過整形電路送到A/D轉(zhuǎn)換器，然后通過譯碼器驅(qū)動數(shù)碼管顯示溫度。ICL7107集A/D轉(zhuǎn)換 和譯碼器于一體，可以直接驅(qū)動數(shù)碼管，省去了譯碼器的接線，使電 路精簡了不少，而且成本也不是很高。ICL7107只需要很少的外部元 件就

2、可以精確測量0到200mv電壓，LM35本身就可以將溫度線性轉(zhuǎn) 換成電壓輸出。綜上所述，采用 LM35采集信號，用ICL7107驅(qū)動數(shù) 碼管實現(xiàn)信號的顯示。故采用基于 LM35與 ICL7107的數(shù)字溫度計設(shè) 計方案。1、原理框圖傳感器溫度采集A/D轉(zhuǎn)化1數(shù)碼管驅(qū) 動電路原理及其電路組成數(shù)字溫度計的設(shè)計原理圖見附錄 1。它通過LM35對溫度進(jìn)行采 集，通過溫度與電壓近乎線性關(guān)系，以此來確定輸出電壓和相應(yīng)的電 流，不同的溫度對應(yīng)不同的電壓值， 故我們可以通過電壓電流值經(jīng)過 放大進(jìn)入到A/D轉(zhuǎn)換器和譯碼器，再由數(shù)碼管表示出來。1、傳感電路LM35具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍，該器件輸出電

3、壓與攝氏溫度線性成比例。因而，從使用角度來說，LM35與用開爾文標(biāo)準(zhǔn)的線性溫度傳感器相比更有優(yōu)越之處，LM35無需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，可以提供士 1/4 C的常用的室溫精度。LM35具有以下特點：(1) 工作電壓：直流430V;(2) 工作電流：小于133卩A(3) 輸出電壓：+6-1.0V(4) 輸出阻抗：1mA負(fù)載時0.1 Q ;(5) 精度：0.5 C精度(在+25C時)；(6) 漏泄電流：小于60 1 A;(7) 比例因數(shù)：線性+10.0mV/C；(8) 非線性值：士 1/4 C;(9) 校準(zhǔn)方式：直接用攝氏溫度校準(zhǔn)；(10) 封裝：密封TO-46晶體管封裝或塑料TO-92晶體管封裝；(1

4、1) 使用溫度范圍：-55+150C額定范圍電壓輸出采用下圖接法：2、A/D轉(zhuǎn)化器ICL7107是高性能、低功耗的三位半AD轉(zhuǎn)換器，同時包含有 七段譯碼器、顯示驅(qū)動器、參考源和時鐘系統(tǒng)。ICL7107可直接驅(qū)動 共陽極LED數(shù)碼管。ICL7107將高精度、通用性和真正的低成本很好 的結(jié)合在一起，它有低于10uV的自動校零功能，零漂小于1uV/C, 低于10pA的輸入電流，極性轉(zhuǎn)換誤差小于一個字。真正的差動輸入 和差動參考源在各種系統(tǒng)中都很有用。在用于測量負(fù)載單元、壓力規(guī)管和其它橋式傳感器時會有更突出的特點。ICL7107轉(zhuǎn)化器原理圖如圖2.4所示。其中計數(shù)器對反向積分過 程的時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)。

5、控制邏輯包括分頻器、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(yīng)于共陽極數(shù)碼管七段筆畫的邏輯電 平變成驅(qū)動相應(yīng)筆畫的方波。 圖2.4 ICL7107轉(zhuǎn)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(guān)接通或斷開，A/D轉(zhuǎn)換器能循環(huán)進(jìn)行。第二，識別輸入電壓極性，控制 LED數(shù)碼管的負(fù)號顯示。第三，當(dāng)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 熄 滅。釣鎖存器用來存放A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)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

6、A/D轉(zhuǎn)換器的電壓波形圖如圖2.5所示圖2.5雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電壓波形圖ICL7107AD轉(zhuǎn)換器的管腳排列及其各管腳功能如下圖所示1V-OSC1402D1OSC2 393C1OSC3 384B1TEST 37A1REF Hl 366F1REF LO 357GICREF-348E1CREF 33PD2COMMON 32W C2ICL71O7IN HI 3111 B2INLO 3012A213 F2BUFF 2814 E2INT2715 D3V- 2616 B3G2 2517 F3C3 2418E3A3 23WAB4G3 22120POLGND21ICL7107是集A/D轉(zhuǎn)換和譯碼器為一體的

7、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。3、數(shù)碼管顯示數(shù)碼管可以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com而每一 LED的陰極分別為a,b,c,d,e,f,g 及 sp （小數(shù)點），它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖所示共陽極數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)在本次設(shè)計當(dāng)中，由于ICL7107的特點，它只能驅(qū)動共陽極數(shù)碼 管，故我們要選用共陽極七段數(shù)碼管。在連接數(shù)碼管時，我們要注意 數(shù)碼

8、管各個管腳所對應(yīng)的字母，不能接錯或接漏。ICL7107自身連接以及與4位數(shù)碼管間的連接見下圖:4、總電路圖iTI IITTL*TR5ID-皿 *TBCT»-.V1N* W具 1 1Cl01FlV1H-ifliurrV1MTGRtr -VREF+VRer-SFJTEST関棚DSC1CSC?SOILD3G7 V-GNV>SJILina21is1111四、電路調(diào)試我們要通過調(diào)試電路來發(fā)現(xiàn)設(shè)計電路的相關(guān)內(nèi)容（1）按照設(shè)計電路圖檢查所焊電路是否正確，特別注意其電路中各 個的芯片的管腳是否連接正確。（2） 然后接通電源，看數(shù)碼管是否有數(shù)值顯示，如果沒有，就要重 新檢查其電路，尋找錯誤。（3

9、） 完成（2）步驟后，調(diào)節(jié)基準(zhǔn)值即調(diào)節(jié)電位器使得ICL71407 芯片中35管腳與36管腳的電壓值穩(wěn)定在IV。這樣數(shù)碼管顯 示數(shù)值就是當(dāng)前溫度了。（4）調(diào)節(jié)好基準(zhǔn)值完后，嘗試用熱源靠近 LM35芯片，查看溫度升 高是否正常，數(shù)碼管顯示是否正常。五、收獲與體會我們認(rèn)為，在這學(xué)期的實驗中，在收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，我們通過查找大量資料，請教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，在 各種其它能力上也都有了提高。之前以為有了圖，應(yīng)該就是焊電路板而已，應(yīng)該不難，然而在 實踐中，我們還要去了解各種芯片的管腳接法，還有線路布置，確 屬不易。就算很認(rèn)真的按照電路圖焊好，并且很細(xì)心得檢查了一遍， 調(diào)試的時候還是會不可避免地遇到問題，這就培養(yǎng)了我們的應(yīng)對能 力，蠻不錯的！更重要的是，在實驗課上，我們學(xué)會了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會