三位半數(shù)碼管溫度計(jì)制作設(shè)計(jì)報(bào)告..

1、課程設(shè)計(jì)三位半數(shù)字顯示溫度計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)時(shí)間： 2014.1.92014.1.9班 級(jí)：1212 級(jí)應(yīng)用電子技術(shù) 4 4 班姓 名： 比爾威廉姆斯_報(bào)告頁數(shù)： 1313 頁教師簽名梁秀玲廣東工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：3 位半數(shù)字顯示溫度計(jì)學(xué)院：信息工程學(xué)院專業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù)（ 4） 班學(xué)號(hào)：333333333333333333姓名：比爾威廉姆斯合作者：比爾蓋茨成績(jī)?cè)u(píng)定優(yōu)秀_目錄一設(shè)計(jì)思路，方案設(shè)計(jì)及選擇，設(shè)計(jì)原理二. 電路參數(shù)設(shè)計(jì)與計(jì)算和兀器件選擇依據(jù)三. 設(shè)計(jì)原理圖和安裝布線圖四. 設(shè)計(jì)原理圖和安裝布線圖五. 調(diào)試過程教師簽名梁秀玲六. 測(cè)試的曲線，總結(jié)設(shè)計(jì)過程，分析設(shè)計(jì)結(jié)果七.心得體

2、會(huì)設(shè)計(jì)思路，方案設(shè)計(jì)及選擇，設(shè)計(jì)原1 設(shè)計(jì)思路按照上面框圖，大致可分為三部分電路：溫度采集部分（采用 LM35 ）, A/D 轉(zhuǎn)換及數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)部分（采用 7106 或 7107）,數(shù)碼管按實(shí)際情況綜合考慮。2方案設(shè)計(jì)及選擇萬案1: 采用 LM35 , ICL7107 ,萬案2: 采用 LM35 , ICL7107 ,萬案3: 采用 LM35 , ICL7107 ,萬案4: 采用 LM35 , ICL7107 ,采用四塊分立七段 LED 顯示； 采用標(biāo)準(zhǔn)的弦 3 1/2 位 LED 顯示;采用 4 位組合 LED 顯示；采用 LCD 顯示。經(jīng)討論，考慮到標(biāo)準(zhǔn)位 LED 顯示采購(gòu)困難和實(shí)踐制作能力

3、限制（采用焊錫制而非PCB），所以電路規(guī)模受到較大限制，所以不采用 4 位組合 LED 顯示和 LCD 顯示。最終決定采用方案 1.3.設(shè)計(jì)原理:（1）LM35 資料: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(bǔ)償,所以輸出可以從 0C開始。LM35 有多種不同封裝型式。在常溫下，LM35 不需要額LM35 封裝：如圖:外的校準(zhǔn)處理即可達(dá)到1/4C的準(zhǔn)確率。其電源供應(yīng)模式有單電源與正負(fù)雙電源兩種，其引腳如圖一所示，正負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的量測(cè)；兩種接法的靜止電流-溫度關(guān)系，在靜止溫度中自熱效應(yīng)低（0.08C），單電源模式在 25C下靜止電流約 50A,工作電壓較寬，可在

4、 4 20V 的供電電壓范圍內(nèi)正常工作非常省電。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(yīng)用中特別適合，比如在電池供電的場(chǎng)合中，輸出可以由第三個(gè)引腳取出，根本無需校準(zhǔn)。其計(jì)算公式：規(guī)格參數(shù)：1、工作電壓：直流 430V ;2、工作電流：小于 133訃3、輸出電壓：+6V-1.0V4、輸出阻抗：1mA 負(fù)載時(shí) 0.1 幼5、精度：0.5C精度（在+25C時(shí)）；6、漏泄電流：小于 60（1A;7、比例因數(shù)：線性+10.0mV/C；8、非線性值：1/4C；9、校準(zhǔn)方式：直接用攝氏溫度校準(zhǔn)；10、 額定使用溫度范圍

5、：-55+150C。11、 指定工作溫度范圍， LM35D 0Cto +100C（2） ICL7107 資料：ICL7107 的特點(diǎn)：1ICL7107 是 31/2位雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器，屬于 CMoS 大規(guī)模集成電路，它的最大顯示值為士 1999,最小分辨率為 100uV，轉(zhuǎn)換精度為 0.05 士 1 個(gè)字。、2能直接驅(qū)動(dòng)共陽極 LED 數(shù)碼管，不需要另加驅(qū)動(dòng)器件，使整機(jī)線路簡(jiǎn)化，采用士 5V 兩組電源供電，并將第 21 腳的 GND 接第 30 腳的 IN。3在芯片內(nèi)部從 V+與 COM 之間有一個(gè)穩(wěn)定性很高的 2.8V 基準(zhǔn)電源，通過電阻分壓器可獲得所需的基準(zhǔn)電壓VREF。4能通過內(nèi)

6、部的模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)極性顯示功能。5輸入阻抗高，對(duì)輸入信號(hào)無衰減作用。6整機(jī)組裝方便，無需外加有源器件，配上電阻、電容和 LED 共陽極數(shù)碼管，就能構(gòu)成一只直流數(shù)字電壓表頭。7噪音低，溫漂小，具有良好的可靠性，壽命長(zhǎng)。8芯片本身功耗小于 15mw （不包括 LED ）。9不設(shè)有一專門的小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。使用時(shí)可將LED 共陽極數(shù)數(shù)碼管公共陽極接V+.10可以方便的進(jìn)行功能檢查。ICL7107 引腳功能V +和 V-分別為電源的正極和負(fù)極。au-gu,aT-gT,aH-gH :分別為個(gè)位、十位、百位筆畫的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，依次接個(gè)位、十位、百位LED 顯示器的相應(yīng)筆畫電極。Bek :千位筆畫驅(qū)動(dòng)

7、信號(hào)。接千位LEO 顯示器的相應(yīng)的筆畫電極。PM :液晶顯示器背面公共電極的驅(qū)動(dòng)端，簡(jiǎn)稱背電極。Oscl-OSc3 :時(shí)鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器。COM :模擬信號(hào)公共端，簡(jiǎn)稱“模擬地”，使 用時(shí)一般與輸入信號(hào)的負(fù)端以及基準(zhǔn)電壓的 負(fù)極相連。TEST :測(cè)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”。VREF + VREF-:基準(zhǔn)電壓正負(fù)端。CREF :外接基準(zhǔn)電容端。INT : 27 是一個(gè)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IN +和 IN-:模擬量輸入端，分別接輸入信號(hào)的正端和負(fù)端。AZ

8、 :積分器和比較器的反向輸入端，接自動(dòng)調(diào)零電容CAz。BUF :緩沖放大器輸出端，接積分電阻Rint。ICL7107 工作原理：1自動(dòng)穩(wěn)零階段：tAZ=1000TCL+2000TcL-(1000TCLVIN)/VREF式中：TCL為時(shí)鐘脈沖feL的周期1000TCLVIN/VREF為反積分時(shí)間2.信號(hào)積分階段：C 對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣積分，時(shí)間固定為1000 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)間。積分結(jié)束后積分器的輸出電壓：VINTO=1/(R RINTC CINI)/0kVkVINdt 積分時(shí)間為 0tRNT為積分電阻，CNI為積分電容，K為緩沖器電壓放大系數(shù)，VIN為模擬輸入，t為積分時(shí)間 1000 個(gè)計(jì)算脈沖信

9、號(hào)積分階段固定時(shí)間為tINT=1000TCL3.反積分階段：DE C實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入模擬信號(hào)極性相反的參考電壓SEF進(jìn)行積分，DE時(shí)，參考電容上的VREF進(jìn)入緩沖器進(jìn)行放大，放大后VREF進(jìn)入積分器積分，從VNTO開始輸出電壓為：UbE=UNT+1/RINTCNIjkVREFdt積分器迫壓至 0 的時(shí)間為t2-t1,將VNTO積分值代入并對(duì)第 2 項(xiàng)積分：0=- (t tikUIN)/ ( RlNTCINI)+ +【(t2-t1)kVREF】/ ( RINTCINI).又可得：VIN=【(t2-t1)VEF/t1.若計(jì)數(shù)脈沖表示時(shí)間t1有 1000 個(gè)計(jì)算脈沖，t2-t1就有T個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，所以VN=

10、(VREFT)/1000.因?yàn)閂REF為常數(shù)，所以VN與積分器在反積分時(shí)迫壓至O時(shí)的時(shí)間成正比。T用計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)表示。 通過譯碼器就可接收計(jì)數(shù)器狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，若VREF=1000mv那么VN的數(shù)值=T的數(shù)值.3 數(shù)碼管資料:在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，由于 ICL7107 的特點(diǎn)，它只能驅(qū)動(dòng)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(shí)，我們要注意數(shù)碼管各個(gè)管腳所對(duì)應(yīng) 的字母，不能接錯(cuò)或接漏，而且在管腳之前要接上電阻，以免燒壞芯片和數(shù)碼管。LED 數(shù)碼管中各段發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是正向壓降較大，正向電 阻也較大。在一定范圍內(nèi)，其正向電流與發(fā)光亮度成正比。由于常規(guī)的數(shù)

11、碼管起輝電流只有12 mA，最大極限電流也只有 1030 mA，所以它的輸入端在 5 V 電源或高于 TTL 高電平 (3.5 V)的電路信號(hào)相接時(shí)，一定要串加限流電阻，以免損壞器件。1.震蕩器部件：RDSC和COSC震蕩頻率fosC勺系數(shù)為:數(shù)碼管使用條件：a、段及小數(shù)點(diǎn)上加限流電阻c、使用電流：靜態(tài)：總電流 80mA（每段 10mA）；動(dòng)態(tài)：平均電流 4-5mA 峰值電流 100mA 數(shù)碼管使用注意事項(xiàng)說明：a、 數(shù)碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角;b、 焊接溫度：260度；焊接時(shí)間：5sc、表面有保護(hù)膜的產(chǎn)品，可以在使用前撕下來。由以上資料得：通過 ICL7107 對(duì) LM35 輸

12、出電壓的采集，并使ICL7107 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。只要給 ICL7107 設(shè)置正確的外部電路參數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)既定的功能1 .電路參數(shù)設(shè)計(jì)與計(jì)算和元器件選擇依據(jù)外部條件選擇:b、使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定;小數(shù)點(diǎn)：根據(jù)發(fā)光顏色決定11丨fos(=1/ (2R:)s(Coscln3) =0.45/( ROS(COS().通常Cos=1OOpF,采用為 2.5 次/秒時(shí)，而輸入脈沖頻率必須滿足1000TCLX4=20mS N式子中 N 為整數(shù)，取值為：1,2,3,4,N一般取 N=5 二 TCL=0.025Sfosc=40kHz,所以R)sc=110kQ。實(shí)際產(chǎn)品只有 120kQ ,所以選擇 120k

13、Q。2.積分電阻RNT保證 ICL7107 在輸入電壓范圍內(nèi)線性工作，RINT要足夠大，可由下式求得：RiNT=VFs/iiNT一般IINT=4卩 A，而VFs=2V,得RNT=500KQ。主要考慮到信號(hào)輸入最大電壓本來在 1V 以內(nèi)，但是為了讓7107絕對(duì)在線性的工作，所以VFS選擇最大為 2V。3.積分電容：CNT，它的大小主要決定于在A/D轉(zhuǎn)換器額定轉(zhuǎn)換速率和額定電流下使積分器輸出不飽和為原則所以：CINT=(4000IINT)/ (fOsCVIs)當(dāng)轉(zhuǎn)換速率為 2.5 次/秒，|INT=4卩 A，積分輸出電壓VIS為3V時(shí)，CNT=0.1卩 F，它一般可選 0.10.2 卩 F。轉(zhuǎn)換速

14、率提高，在其他條件不變，要Vs 要相同，則CNT下降，反之CNT上升。4. 自動(dòng)穩(wěn)零電容CAE=0.047卩 F。因?yàn)?7107 的轉(zhuǎn)換精度為 0.05V 1 字，所以在VFs=2V, 分辨率為 1 字/1mv。5.CREF可以用1卩 F.使翻轉(zhuǎn)誤差在 1 字以內(nèi)。6. 參考電壓VREF：滿度值時(shí)，T=2000,VN二Ws。(T 為計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)， 下同)所以VREF=0.5VFs，輸出讀數(shù)=T=1000XViN/VREF。當(dāng)VIN=10X100mV 輸出讀數(shù)為 1000所以VREF=1000mV,同理VN=1OX50mV 輸出讀數(shù)為 500.所以VREF=l000mV.設(shè)計(jì)原理圖和安裝布線圖;

15、1,原理圖:5vR5U2C2HIC4100nFU1RV1C1R1VIN+V+A1B1C1D1ACOMF1G1A2VIN-VBUFFCAZD2VINTF2G2CREF+A3B3C3D3E3CREF-VREF+VREFG3AB4TESTOSC1POLOSC2OSC3VGNDTC7107布線圖:VOUT2R4LM35R2500kC5100nFHF37110k100PF40391315232307281029271334163522192021333643869142523241512111817T-丄四設(shè)備和元件清單:器件名或儀器名參數(shù)數(shù)量數(shù)字萬用表 VC890D電壓源（自制）ICL7107一片8

16、位共陽數(shù)碼管4 片電阻1kQ各一個(gè)510 KQ120 KQ200Q電位器10k一個(gè)LM35一個(gè)電容100 nF3 個(gè)47nF 和 100pF各一片印刷板一片JcL7inj_K至C7繪制出測(cè)溫度傳感器輸出曲線，即C/V 曲線，如圖:排針，杜邦線和導(dǎo)線若干五調(diào)試過程:剛剛焊完，忍不住激動(dòng)的心情， 立馬接通電源測(cè)試，結(jié)果連小數(shù)點(diǎn)都不能顯示，這種結(jié)果出 現(xiàn)后最大可能就是電源直接與地短接了，用萬用表測(cè)試以后果然是這個(gè)原因。第 2 次的結(jié)果在意料之中，只顯示了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。 在測(cè)試完芯片的引腳電壓后，發(fā)現(xiàn)顯示驅(qū)動(dòng)的引腳輸出在 1.95V 到 2.20V 之間，所以猜想有可能是數(shù)字地未接，發(fā)現(xiàn)果然是，與此同時(shí)

17、，還發(fā)現(xiàn) IN 未接地。接上后又只能能顯示亂碼，即可猜想應(yīng)該為焊接短斷路，所以觀察數(shù)碼管的顯 示規(guī)律后理論上可判斷可能是那幾個(gè)引腳短接。經(jīng)過檢查并解決了問題，最后調(diào)節(jié)VREF=1V,正常顯示，作品制作成功。六：測(cè)試的曲線，總結(jié)設(shè)計(jì)過程，分析設(shè)計(jì)結(jié)果1,為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)電路的正確性以及它的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們對(duì)實(shí)物進(jìn)行驗(yàn)證，通過 測(cè)量 LM35 的輸出電壓和數(shù)碼管的顯示值得到如下表格LM35 輸出壓 V0.220.240.2600.280.300.320.340.36數(shù)碼管顯示值C22.024.026.028.030.032.34.036.0LM35 輸出壓 V0.360.410.460.51數(shù)碼管顯示值

18、C36.041.046.051.0產(chǎn)品檢驗(yàn)的參考電壓為：V+:+4.7VV-:-4.6v2、總結(jié)設(shè)計(jì)過程和分析設(shè)計(jì)結(jié)果：此次的設(shè)計(jì)過程進(jìn)展比較順利，主要是前期做了較為充分的準(zhǔn)備，包括查找芯片的各種資料， 傳感器的各種資料，在較為充分了解ICL7107原理的基礎(chǔ)上計(jì)算得來的外部電路參數(shù)，是此次順利成功的關(guān)鍵。由于實(shí)際制作水平受限，未能像其他同學(xué)一樣采用PCB板，而是采用焊接制板，所以電路規(guī)模受到較大的限制。所以也未能制作出能使用獨(dú)立電源的方便自己使用的溫度計(jì)，不能不說是一種遺憾。當(dāng)然，也采用了isis 進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)，但是由于軟件出于盜版問題，仿真不了。但出于對(duì)計(jì)算參數(shù)結(jié)果準(zhǔn)確度的信心和考慮到 仿真軟件不一定奏效的原因。討論后，決定直接實(shí)踐。所以采用了AltiumDesig ner 10 進(jìn)行原理圖布線。這也是出于為了減少在實(shí)際電路板走線過程的錯(cuò) 誤和合理設(shè)計(jì)電路布局的考慮。由于上學(xué)期已在焊接電路板方面有過課程的學(xué) 習(xí)，所以這次焊錫制板過程較為成功，