數(shù)字溫度計(jì)的課程設(shè)計(jì)

東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)課程課程低頻與數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)題目數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)院系專業(yè)班級學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號指導(dǎo)教師東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程低頻數(shù)字電子線路課程設(shè)計(jì)題目數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)專業(yè)姓名學(xué)號主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等主要內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個數(shù)字溫度計(jì)，測量范圍：0～100℃。溫度的實(shí)時LED數(shù)字顯示。測量溫度信號為模擬量?；疽螅?.畫出數(shù)字溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖。2.畫出系統(tǒng)原理電路圖。3.對電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。4.按要求完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告，交激光打印報(bào)告和電子文檔。主要參考資料：[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2001.[2]彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社，1997.[3]孫梅生.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，1998.[4]高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.完成期限2011指導(dǎo)教師專業(yè)負(fù)責(zé)人2011年7月一、任務(wù)技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個數(shù)字溫度計(jì)，測量范圍：0～100℃。溫度的實(shí)時LED數(shù)字顯示。測量溫度信號為模擬量?；疽螅?.畫出數(shù)字溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖。2.畫出系統(tǒng)原理電路圖。3.對電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。4.按要求完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告，交激光打印報(bào)告和電子文檔。二、總體設(shè)計(jì)思想1.基本原理熱電偶、A/D轉(zhuǎn)換電路、和液晶模塊組成的數(shù)字式低功耗高精度溫度計(jì)，此法制成的數(shù)字溫度計(jì)具有反應(yīng)迅速，測量精度高，功耗小等特點(diǎn)。下面具體談下電路的各個部分。(1).取樣電路取樣電路就是溫度傳感器將溫度信號反映到電信號上去，由于熱敏電阻的阻值與溫度不成線性關(guān)系，所以這里不用熱敏電阻而是用溫度傳感器將溫度信號線性地反映到電壓上來實(shí)現(xiàn)溫度取樣，測量溫度信號為模擬量。(2).放大電路放大電路可以用三極管或集成運(yùn)算放大器放大，但由于這個電路圖中放大的功能是為了調(diào)節(jié)傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器的關(guān)系，所以用集成運(yùn)算放大器通過負(fù)反饋組成任意比例電路，根據(jù)芯片的參數(shù)需要而選擇適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)。而三極管的放大倍數(shù)不好控制，所以不選。(3).驅(qū)動電路驅(qū)動電路的功能是讓顯示器將A/D所轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)正確無誤地表現(xiàn)出來。此次主要是驅(qū)動LED顯示及保護(hù)LED電路，要想讓LED正常工作，必需提供適當(dāng)?shù)碾妷?，保證電流不能超過LED的最大電流，以免燒壞LED管。在這里主要包括一些三極管及電阻，配合驅(qū)動電路來制LED控顯示。(4).A/D轉(zhuǎn)換及分析A/D轉(zhuǎn)換主要的任務(wù)是將采集來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再用數(shù)碼管顯示出來，可能的話還可以對信號進(jìn)行分析預(yù)處理。這里也主要是采用MC14433芯片，采用這個芯片可以大大減少A/D轉(zhuǎn)換及譯碼電路，因?yàn)樗旧磔敵鼍褪荁CD碼，而且是按十進(jìn)制位串行輸出的，同時它還包含了時序電路即用來串行輸出用掃描顯示用的電路及超過適用范圍時發(fā)出提示信號，極大簡化了電路，從而提高了電路的穩(wěn)定性及減少功耗。(5).顯示電路當(dāng)MC14433把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后再經(jīng)由七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器，驅(qū)動顯示管顯示出數(shù)字。系統(tǒng)由溫度傳感器，測溫電路，放大電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，3位溫度數(shù)據(jù)顯示電路以及外圍電源，電阻，電容組成。2.系統(tǒng)框圖顯示系統(tǒng)譯碼電路A/D轉(zhuǎn)換編碼模擬采樣轉(zhuǎn)換成電信號信號放大顯示系統(tǒng)譯碼電路A/D轉(zhuǎn)換編碼模擬采樣轉(zhuǎn)換成電信號信號放大超過溫度提示超過溫度提示三、具體設(shè)計(jì)1.總體設(shè)計(jì)電路圖1總體電路圖（Pcb圖）2.模塊設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)構(gòu)成的主要部分是由模擬傳感器、線性放大電路、A/D轉(zhuǎn)換分析、驅(qū)動電路及顯示五部分組成。下面主要詳細(xì)介紹各個電路的具體功能。1.取樣電路設(shè)計(jì)及LM35A的簡介LM35A溫度傳感器集成芯片，它能將溫度與電流形成線性關(guān)系，以電壓的形式輸入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換與分析。轉(zhuǎn)換公式如式Vout_lm35（T）=10mV/°C×T°C，0時輸出為0V，每升高1°，輸出電壓增加10mV。LM35有多種不同封裝型式。在常溫下，LM35不需要額外的校準(zhǔn)處理。其電源供應(yīng)模式有單電源與正、負(fù)雙電源兩種，正、負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的測量；兩種接法的靜默電流-溫度關(guān)系，單電源模式在25°下靜默電流約50μA，非常省電。圖2溫度取樣電路2.信號放大電路及LM307N的簡介這里的放大電路采用的中LM307N集成運(yùn)算放大器，根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換的需要而設(shè)計(jì)，由于R1等于R2，從而構(gòu)成兩倍放大電路。圖3信號放大器電路3.譯碼驅(qū)動電路及74LS48的簡介為了讓LED正常工作，設(shè)計(jì)了這個譯碼驅(qū)動電路，這里采用的是74LS48芯片。74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器，常用在各種數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中，下面做下此芯片的真值表。以便到下面局部仿真的時候用。74LS48引腳功能表---七段譯碼驅(qū)動器功能表十進(jìn)制或功能表輸入BI/RBO輸出備注LTRBIDCBAabcdefg0HH0000H111111011Hx0001H01100002Hx0010H11011013Hx0011H11110014Hx0100H01100115Hx0101H10110116Hx0110H00111117Hx0111H11100008Hx1000H11111119Hx1001H1110011BIxxxxxxL00000002RBIHL0000L00000003LTLxxxxxH11111114表一74LS48的真值表圖4譯碼驅(qū)動電路及芯片圖4.A/D轉(zhuǎn)換電路及MC14433的簡介在A/D轉(zhuǎn)換電路這部分電路里面，主要就是用MC14433集成A/D轉(zhuǎn)換器，。如圖4中R1、R1/C1、C01、C02、CLKI、CLKO分別為構(gòu)成積分器、自動調(diào)零補(bǔ)償電路及改變電路時鐘頻率電路。這里用的是常用的參數(shù)，時鐘頻率是66KHz，UI,UAG則為輸入信號的兩極，UR為參照電壓，即A/D轉(zhuǎn)換最大電壓，能過對UAG與UR的調(diào)節(jié)，可以將傳感器輸出的電壓信號正確地從零開始線性增加，這也是本電路設(shè)計(jì)的核心部分，通過這個設(shè)置，還可以擴(kuò)大數(shù)字溫度計(jì)的適用范圍，對顯示部分電路稍作修改就可以對開爾文溫度直接顯示，只是精度有改變了。D1穩(wěn)壓管是為確保輸入的電壓不超過A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換范圍。另外，芯片工作采用的是雙電壓工作的。MC14433是美國Motorola公司推出的單片3又1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，其中集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器圖5MC144335.顯示電路顯示電路主要是由三個LED七段顯示器，從左到右分別為十位、個位及小數(shù)位。圖5顯示電路6元件清單編號名稱規(guī)格大小數(shù)量芯片LM35、MC14433、74LS48各1片R2、R12電阻100K2R13電阻51K1R15、R16電阻1002R18微調(diào)電阻2K1D2穩(wěn)壓二極管1V1R14電阻470K1C3、C4電容0.1uF2表二元件清單3.仿真及仿真結(jié)果分析3.1仿真圖圖6驅(qū)動顯示仿真圖3.2仿真結(jié)果分析由于MC14433芯片在Multisim軟件中找不到，所以莫法對整個電路進(jìn)行仿真。只能對局部的驅(qū)動顯示這一部分進(jìn)行仿真。根據(jù)仿真圖和上面的74LS48的真值表可以看出，再到74LS48時已經(jīng)把模擬信號讓MC14433轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號了。再通過74LS48的驅(qū)動顯示在數(shù)碼管上。上述仿真圖中的J1到J4和J10到J17十二個開關(guān)的閉合代表給74LS48一個高電平“1”，打開時代表給74LS48一個低電平“0”。然后再通過74LS48七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器把信號送到數(shù)碼管上的段位上。而這時Q１，Q２和Q３四、結(jié)論電信課程設(shè)計(jì)是學(xué)電子信息工程學(xué)生重要的基礎(chǔ)實(shí)踐課。經(jīng)過查資料，選方案，設(shè)計(jì)電路，撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告，使我們得到一次見全面的工程實(shí)踐訓(xùn)練。當(dāng)理論聯(lián)系實(shí)際時，我們要動手做的時候，才發(fā)現(xiàn)我們所學(xué)的理論是那么的單調(diào)，在我拿到題目的時候，感覺自己莫有一點(diǎn)思路。但經(jīng)過我上網(wǎng)查閱資料和翻閱課本以及相關(guān)參考書才有思路。這使我意識到學(xué)習(xí)不僅僅局限于課堂，課堂知識只是將我們引進(jìn)門而已。如果要有更深入的學(xué)習(xí)，還得靠我們自己。在設(shè)計(jì)溫度計(jì)數(shù)器的時候，使我更近一步的熟悉了LM35，MC14433,74LS48等芯片的結(jié)構(gòu)及掌握其工作原理和具體的使用方法。不僅如此，還使我復(fù)習(xí)了下Word，ProtelSE99，Multisim等軟件。尤其是Multisim軟件，以前只是對其有一點(diǎn)點(diǎn)的了解，而在這次實(shí)踐過程中我對它有了較深的掌握。雖然由于MC14433這個芯片Multisim在中莫有致使最后的全局的仿真無法成功，但在對局部的仿真過程中還使我更好的學(xué)習(xí)了Multisim通過這次課程設(shè)計(jì)使我感到，基礎(chǔ)知識一定要扎實(shí)，沒有完全的融會貫通的基礎(chǔ)知識就無法將設(shè)計(jì)進(jìn)行下去，所以我在以后的生活和學(xué)習(xí)中一定要注重基礎(chǔ)知識的積累和運(yùn)用。于此同時我還要增強(qiáng)自己的實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)有所用，將自己的課堂擴(kuò)展到整個生活當(dāng)中。總之，在這次課程設(shè)計(jì)的過程中，我學(xué)習(xí)到了許多的知識，同時也發(fā)現(xiàn)了許多問題，經(jīng)過不斷的學(xué)習(xí)和改正，增強(qiáng)了我分析問題和解決問題的能力，提高了我獨(dú)立思考問題，以及充分利用現(xiàn)有條件和同學(xué)之間相互溝通的能力，這次課程設(shè)計(jì)令我受益匪淺，為我以后的學(xué)習(xí)和工作奠定了基礎(chǔ)。

參考資料[1]童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2001.[2]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2001.東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)成績評價表課程名稱低頻與數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)題目名稱學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師姓名職稱序號評價項(xiàng)目指標(biāo)滿分評分1工作