數(shù)字溫度計的電路設(shè)計

1、數(shù)字溫度計電路設(shè)計摘要隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù)。本文將介紹一種基于單片機控制的數(shù)字溫度計，這款簡易數(shù)字溫度計主要由集成溫度傳感器LM35、信號處理電路和逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804CN和基于共陽極LED數(shù)碼管擴展顯示器組成。這種溫度計具有線性優(yōu)良、性能穩(wěn)定、靈敏度高、抗干擾能力強、使用方便，軟硬件結(jié)構(gòu)模塊化，電路簡單，易于實現(xiàn)的特點，十分具有創(chuàng)新性、科學(xué)性、可行性。關(guān)鍵詞：溫度傳感器，A/D轉(zhuǎn)換器，LED數(shù)碼管，7441Design of Digital Thermograph CircuitAbstractW

2、ith the progress of The Times and development, Chip technology has spread to our life, work, scientific research, each field, has become a more mature technology. This paper introduces a method based on single chip microcomputer control digital thermometer, this simple digital thermometer mainly by

3、integrated temperature sensor to LM35, signal processing circuits and successive approximation of the A/D converter ADC0804CN based on 7447 and four altogether anode LED digital display expansion pipe. The thermometer has excellent linearity, high sensitivity, stable performance, strong anti-jamming

4、 capability, use convenient, software and hardware structure, the circuit module is simple and easy to implement, and very innovative, scientific and feasible.Key words: The temperature sensor, A/D converter, LED digital tube , 74411 概述溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是國際單位制七個基本物理量之一，它對產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)效率、能源節(jié)約、生產(chǎn)安全、人體健康起著非常重

5、要的作用。在日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常需要測量溫度，但普通溫度計存在許多的缺陷，如測溫時間長、量程小、精確度低、無法遠距離測量等，給溫度的測量帶來了不便。隨著單片機技術(shù)在日用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛，基于單片機應(yīng)用的集成電路數(shù)字溫度計能完全克服以上缺點，數(shù)字式溫度計不僅讀數(shù)方便，而且測量較精確，得到廣泛應(yīng)用。本課題設(shè)計的一款簡易數(shù)字溫度計主要由集成溫度傳感器LM35、信號處理電路和逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804CN和基于共陽極LED數(shù)碼管擴展顯示器組成。這種溫度計具有線性優(yōu)良、性能穩(wěn)定、靈敏度高、抗干擾能力強、使用方便，軟硬件結(jié)構(gòu)模塊化，電路簡單，易于實現(xiàn)的特點，該設(shè)計十分具有創(chuàng)新性

6、、科學(xué)性、可行性。2 數(shù)字溫度計的工作原理利用溫度傳感器LM35采集溫度，通過運算放大器將溫度引起的電流變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，然后經(jīng)過逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804CN將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并送入7447處理，經(jīng)過處理的信號送入顯示電路，由共陽極LED數(shù)碼管顯示采集到的溫度值。原理框圖如下所示：3 設(shè)計過程3.1分析設(shè)計要求，構(gòu)思總體方案從題目可知該課題的任務(wù)主要有三個方面。其一是設(shè)計溫度采集電路，采集周圍環(huán)境溫度；其二是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路，從而實現(xiàn)所測溫度模擬量轉(zhuǎn)化為易輸出的數(shù)字量；其三是數(shù)據(jù)輸出電路，實現(xiàn)所采集溫度值的顯示。所以，整個系統(tǒng)可分為三部分，即采溫電路、轉(zhuǎn)換電路、顯示電路，其中

7、，采溫電路包括溫度采集電路和放大器；轉(zhuǎn)換電路是最復(fù)雜最重要的，它由A/D轉(zhuǎn)換器和7447芯片組成。3.2硬件電路的設(shè)計根據(jù)上述總體方案可知，電路應(yīng)由溫度傳感器，集成放大器，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，7441和數(shù)字顯示電路組成，整個電路圖如下圖所示：3.3 主要元器件選取實現(xiàn)一個電路，可選的電路元件很多，具體選什么樣的元器件合適，依電路的要求來選擇。主要在器件選擇上需要考慮：器件的電壓工作范圍，工作溫度，精度，輸出變化范圍等方面。現(xiàn)在說明一下本電路元件的選擇原則。3.3.1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804CN模-數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡稱ADC或A/D轉(zhuǎn)換器）用來將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。N位模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出N位二進制數(shù)，它正

8、比于加在輸入端的模擬電壓。A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，按工作原理的不同，可以分為雙積分型、逐次比較型、并行比較型等。并行比較型ADC的速度最快，但成本也最高；雙積分型ADC精度高、抗干擾能力強，但速度太慢，適合轉(zhuǎn)換緩慢變化的信號；逐次比較型ADC有較高的轉(zhuǎn)換精度、工作速度中等、成本低等優(yōu)點，因此獲得廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計采用逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804CN，它有8路模擬量輸入，有利于系統(tǒng)設(shè)計，同時也便于與7447連接。ADC0804CN的主要性能(1) 8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，所有引腳的邏輯電平與TTL電平兼容。(2) 帶有鎖存功能的8路模擬量轉(zhuǎn)換開關(guān)，可對8路05V模擬量進行分時切換。(

9、3) 輸出具有三態(tài)鎖存功能。(4) 分辨率：8位，轉(zhuǎn)換時間：100s。(5) 不可調(diào)誤差：1LBS，功耗：15mW。(6) 工作電壓：+5V，參考電壓標準值+5V。(7) 片內(nèi)無時鐘，一般需外加640KHz以下且不低于100KHz的時鐘信號。3.3.2 7447芯片本設(shè)計采用7447，它是美國Atmel公司生產(chǎn)低電壓，高性能數(shù)碼管驅(qū)動芯片，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器(EPROM)和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)。 存儲單元，功能強大。7447可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可

10、靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。3.3.3 溫度傳感器LM35LM35是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源，具有體積小、反應(yīng)快、測量精度高、穩(wěn)定性好、校準方便和價格低等優(yōu)點，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。它的主要特性如下： （1）流過器件的電流(Ma)等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度(開爾文)度數(shù)，即：式中：Ir流過器件（LM35）的電流，單位為mA；T熱力學(xué)溫度，單位為K。 （2）LM35的測溫范圍為-55+150。 （3）LM35的電源電壓可在4V6V范圍變化，電流變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。另外LM35可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。（4）輸出電阻為710M。

11、 （5）精度高。LM35共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線性誤差為0.3。3.3.4 數(shù)碼管ADC0804CN的8個通道我們這里只用了一個，連接溫度傳感器的測量和放大電路的輸出。ADC0804CN通道0輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，要送往顯示緩沖區(qū)驅(qū)動指示燈顯示數(shù)值。單片機系統(tǒng)中常用的顯示器有發(fā)光二極管、七段數(shù)碼顯示器、液晶顯示器等。其中LED顯示器從外觀可分為“8”字形的七段數(shù)碼管、米字形數(shù)碼管、點陣塊、矩形平面顯示器、數(shù)字筆劃顯示器等。本設(shè)計采用發(fā)光二極管簡稱LED(Light Emitting Diode)顯示數(shù)值，七段LED數(shù)碼管顯示器能夠顯示十進

12、制或十六進制數(shù)字及某些簡單字符。但控制簡單，使用方便，在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用較多。數(shù)碼顯示管ag七個筆劃(段)及小數(shù)點dp均為發(fā)光二極管。數(shù)碼管顯示器根據(jù)公共端的連接方式，可以分為共陰極數(shù)碼管和共陽極數(shù)碼管。4 印制電路板本次科研訓(xùn)練還要求將所設(shè)計的電路圖制作出對應(yīng)的PCB板，制作后的PCB板如下圖：5 總計綜合以上各個部分的電路設(shè)計，加深了我對集成器件更進一步的學(xué)習(xí)，它體積小、功耗低、功能強、可靠性高、實時性強、簡單易學(xué)、使用方便靈巧、易于維護和操作、性能價格比高、易于推廣應(yīng)用、可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)。同時也對逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804CN將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換過程有了較為清楚的

13、認識，還掌握了共陽極LED數(shù)碼管的顯示方式。通過查閱參考文獻，我學(xué)習(xí)到了很多以前沒接觸到的知識，更加認識到網(wǎng)絡(luò)資源的重要性，有了網(wǎng)絡(luò)我們可以方便快速的學(xué)習(xí)我們所需的知識，并解決我遇到的問題。通過圖書館的相關(guān)書籍以及“萬方學(xué)士學(xué)位論文數(shù)據(jù)庫論文網(wǎng)”“維普期刊網(wǎng)”，使我對之前所學(xué)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識有了進一步的理解和掌握。另外，在此訓(xùn)練中，老師為我指出了此課題的大概方向和需要查閱的相關(guān)書籍以及在后面會遇到的主要問題，可謂受益頗多。通過查閱相關(guān)的文獻資料，結(jié)合本次的設(shè)計，更進一步掌握了模電和數(shù)電等方面的相關(guān)知識，加深對其的理解。在學(xué)習(xí)了相關(guān)于本次設(shè)計的知識后，我便開始了實際的設(shè)計部分，在這個過程中確

14、實也遇到了相當(dāng)?shù)膯栴}和困難，比如7441與LED如何實現(xiàn)連接，在此我也要感謝老師在此過程中給與的耐心指導(dǎo)。通過本次科研訓(xùn)練，將電子設(shè)計方面的知識加以綜合，我不僅更進一步的鞏固了以往所學(xué)的知識，而且很好的了解和掌握了原來不知道或掌握不好的知識結(jié)構(gòu)，特別是了解和掌握了很多專用芯片的功能以及用法，這些芯片的功能和用法都是的實際生產(chǎn)生活緊密相關(guān)的，在實際的研發(fā)過程中都具有很強的代表性，所以，掌握好這些知識結(jié)構(gòu)能夠為以后走上工作崗位，解決實際問題打下良好的基礎(chǔ)。實踐是檢驗真理的唯一標準，經(jīng)過幾年的理論學(xué)習(xí)而這次在即將走向工作崗位的時候能將理論與實踐相結(jié)合的機會來鍛煉自己可謂是難得的一次提高，在此感謝學(xué)校為我們安排的這個教學(xué)環(huán)節(jié)，也感謝在此次設(shè)計過程中給與我極大幫助和理解的老師和同學(xué)。 參考文獻1 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)M.北京：高等教育出版社，2004.2 閻 石.數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ) .北京：清華大學(xué)出版社，2004.3 童詩白.模擬電路技術(shù)基礎(chǔ). 北京：清華大學(xué)出版社，2005.4 孫建民.傳感器技術(shù)M.北京：清華大學(xué)出版社，2005.5 汪云洋.數(shù)字電路M.北京：電子工業(yè)出版社，2002.6 吳顯鼎.集成電子電子線路設(shè)計手冊M.福州：福建科技出版社,2003.7 Paul Horowitz,