三位半溫度顯示計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 顯示數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)時(shí)間： 2012.12.102012.12.20班 級(jí)： 應(yīng)電一班 姓 名： 李劍鵬 報(bào)告頁數(shù)： 16 頁 廣東工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告目錄一、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求二、 設(shè)計(jì)方案及比較（設(shè)計(jì)可行性分析）三、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體思路四、 系統(tǒng)原理框圖及工作原理分析五、 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算，主要元器件介紹及選擇以及數(shù)據(jù)指標(biāo)的測(cè)量六、 畫出電路原理圖及PCB圖七、 產(chǎn)品制作及調(diào)試八、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)處理九、 結(jié)論（設(shè)計(jì)分析）十、 問題與討論設(shè)計(jì)題目：三位半顯示數(shù)字溫度計(jì) 學(xué)院：信息工程 專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù) 班：一班 學(xué)號(hào)：姓名：李劍鵬 (合作者：藍(lán)澤 號(hào)) 一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)

2、任務(wù)： 采用溫度傳感器LM35,三位半A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字顯示器設(shè)計(jì)一個(gè)日常溫度數(shù)字溫度計(jì)。 （一）產(chǎn)品指標(biāo)及技術(shù)要求： 溫度顯示范圍：050； 數(shù)字顯示分辨率：0.1； 精度誤差0.5； 電路工作電源可在59V范圍內(nèi)工作. （二）實(shí)驗(yàn)測(cè)試要求 1測(cè)溫度傳感器輸出曲線，即V/曲線； 2調(diào)整電路的參數(shù)以及參考電壓； 3用示波器測(cè)量A/D轉(zhuǎn)換器的BP、POL管腳波形及輸出驅(qū)動(dòng)波形； 4記錄Vin與顯示的數(shù)值關(guān)系；二、設(shè)計(jì)方案及比較（設(shè)計(jì)可行性分析）方案一： 進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以

3、很容易直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。 STC89C52RC單片機(jī)多路DS18B20傳感器LED顯示電路時(shí)鐘振蕩電路單片機(jī)復(fù)位電路方案二： 由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。方案比較：對(duì)于以上兩種方案雖然第一種方案電路設(shè)計(jì)上比較簡單對(duì)于溫度顯示計(jì)的設(shè)計(jì)上也可以添加例如溫度臨界點(diǎn)報(bào)警功能，但是單片機(jī)我們并沒有學(xué)所以我們選擇了第二種方案。電路雖復(fù)雜了點(diǎn)但通過找資料、電路設(shè)計(jì)、

4、電腦仿真我們還是可以做出來的。三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體思路根據(jù)設(shè)計(jì)要求“三位半的溫度顯示計(jì)”我們需要選擇一個(gè)三位半AD轉(zhuǎn)換器、四個(gè)數(shù)碼管和一個(gè)溫度傳感器這幾個(gè)主要器件。在電路方面顯示溫度計(jì)的實(shí)現(xiàn)通過溫度傳感器的模擬信號(hào)傳給AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)通過數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路在數(shù)碼管上顯示出實(shí)時(shí)的溫度值。四、系統(tǒng)原理框圖及工作原理分析數(shù)字溫度計(jì)電路原理（系統(tǒng)）框圖電路主要組成：溫度傳感器、AD轉(zhuǎn)換器、顯示器。工作原理：溫度傳感器將感受到外界的溫度經(jīng)傳感器內(nèi)部電路處理后輸出一個(gè)與外界攝氏溫度成線性比例的電壓信號(hào)。此信號(hào)差動(dòng)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器的雙積分器輸出信號(hào)通過控制邏輯電路向數(shù)據(jù)鎖存器發(fā)出一個(gè)鎖存信號(hào)

5、，鎖存器將計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)鎖存并經(jīng)譯碼驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)顯示器工作，顯示感應(yīng)的溫度數(shù)值。五、系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算，主要元器件介紹及選擇以及數(shù)據(jù)指標(biāo)的測(cè)量1、LM35集成溫度傳感器LM35是NS公司生產(chǎn)的集成電路溫度傳感器系列產(chǎn)品之一，它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1/4的常用的室溫精度。LM35的主要參數(shù)：工作電壓：直流430V；工作電流：小于133A； 輸出電壓：+6V-1.0V；輸出阻抗：1mA負(fù)載時(shí)0.1； 精度：0.5精度（在+2

6、5時(shí)）；漏泄電流：小于60A； 比例因數(shù)：線性+10.0mV/；非線性值：1/4；校準(zhǔn)方式：直接用攝氏溫度校準(zhǔn)；封裝：密封TO-46晶體管封裝或塑料TO-92晶體管封裝；使用溫度范圍：-55+150額定范圍。 引腳介紹： 正電源Vcc；輸出；輸出地/電源地。 LM35的工作原理：LM35輸出電壓與攝氏溫標(biāo) 呈線性關(guān)系，轉(zhuǎn)換公式如式，0 時(shí)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，外觀如圖所示。在常溫下，LM35 不需要額外的校準(zhǔn)。處理即可達(dá)到 1/4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，其接 腳如圖所示，正負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的量測(cè)；兩

7、種接法的靜止電流- 溫度關(guān)系如圖 所示，在靜止溫度中自熱效應(yīng)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。典型應(yīng)用：由于本次的設(shè)計(jì)要求只需要測(cè)量的溫度范圍是050。所以選用第一種單電源模式。2、AD轉(zhuǎn)換器（ICL7107）31/2位雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7107功能與特點(diǎn) 保證零輸入時(shí)，各量程讀值均為零。很低的噪聲（小于15uV）。1pA典型電流輸入。片上時(shí)鐘真正的差動(dòng)輸入和差動(dòng)參考源，直接LED顯示驅(qū)動(dòng)。低功耗（典型應(yīng)用低于10mW）。不需外接有源電路。ICL7107主要參數(shù)： 電源電壓V+6V溫度范圍0 to 70V-9

8、V熱電阻PDIP封裝qJA(/W)55模擬輸入電壓V+ to V-最大結(jié)溫150參考輸入電壓V+ to V-最高儲(chǔ)存溫度范圍-65 to 150時(shí)鐘輸入電壓GND to V+ ICL7107引腳圖：C1C3C4R3VrefR4、C5ICL7107外圍電路元件參數(shù)計(jì)算：1、振蕩頻率：為使每三次刷新讀數(shù)取fosc=0.45/RC=48KHZ;2、系統(tǒng)定時(shí)在38-39管腳接一個(gè)RC振蕩電路，取R=100K C=100pF fosc=0.45/(1105110(-10)=45KHz48KHZ;3、積分時(shí)鐘頻率：Fclock=fosc/4=12KHZ;4、積分周期：Tint=1000(4/fosc) 0

9、.083s;5、最佳積分電流：Iint=4uA；6、積分電阻：Rint=Vinfs/Iint=2/(4(10(-6)=50K47K;7、積分電容：Cint=（Tint）（Iint）/Vint 標(biāo)稱值為0.22uF8、Caz=0.047uF，Cref=0.1uF9、參考電壓：滿量程2V理論上需要1V參考電壓，所以選擇較大的滑動(dòng)變阻器25K;10、輸入濾波電容：Cin=0.01uF;11、限流分壓電阻：Rin=1M典型應(yīng)用：注：滿量程2V3、小功率極性反轉(zhuǎn)電源轉(zhuǎn)換器ICL7660 ICL7660是Maxim公司生產(chǎn)的小功率極性反轉(zhuǎn)電源轉(zhuǎn)換器。該集成電路與TC7662ACPA MAX1044的內(nèi)部電

10、路及引腳功能完全一致，可以直接替換。 （1）特性ICL7660的靜態(tài)電流典型值為170A，輸入電壓范圍為1.5-10V，(Intersil公司ICL7660A輸入電壓范圍為1.5-12）工作頻率為10 kHz只需外接10 kHz的小體積電容，只需外接10F的小體積電容效率高達(dá)98合輸出功率可達(dá)700mW（以DIP封裝為例），符合輸出100mA的要求。 (2)內(nèi)部電路與引腳功能ICL7660提供DIP、SO，MAX TO-99等封裝形式。. 圖1 ICL7660引腳圖典型應(yīng)用：4、集成穩(wěn)壓電路LM317LM317 是美國國家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。LM117/LM317 的輸出電壓

11、范圍是1.2V至37V，負(fù)載電流最大為1.5A。它的使用非常簡單，僅需兩個(gè)外接電阻來設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM117/LM317 內(nèi)置有過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。通常 LM117/LM317 不需要外接電容，除非輸入濾波電容到 LM117/LM317 輸入端的連線超過 6 英寸（約 15 厘米）。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。LM117/LM317能夠有許多特殊的用法。比如把調(diào)整端懸浮到一個(gè)較高的電壓上，可以用來調(diào)節(jié)高達(dá)數(shù)百伏的電壓，只要輸入輸出壓差不超過LM117/LM317的極

12、限就行。當(dāng)然還要避免輸出端短路。還可以把調(diào)整端接到一個(gè)可編程電壓上，實(shí)現(xiàn)可編程的電源輸出。特性簡介：可調(diào)整輸出電壓低到1.2V。保證1.5A 輸出電流。典型線性調(diào)整率0.01%。典型負(fù)載調(diào)整率0.1%。80dB 紋波抑制比。輸出短路保護(hù)。過流、過熱保護(hù)。調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)三端晶體管封裝。電壓范圍：LM117/LM317 1.25V 至 37V 連續(xù)可調(diào)。管腳介紹： 典型應(yīng)用： 5、共陽數(shù)碼管： 六、畫出電路原理圖及PCB圖電路原理圖： PCB圖： 仿真圖： 七、產(chǎn)品的制作及調(diào)試1、產(chǎn)品的制作通過電路圖通過焊接完成。2、產(chǎn)品的調(diào)試：調(diào)試包括調(diào)整和測(cè)試兩部分.調(diào)整：主要對(duì)電路參數(shù)的調(diào)整測(cè)試

13、：主要是對(duì)電路各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和功能進(jìn)行測(cè)量和試驗(yàn)。調(diào)試過程及步驟：接通電源先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)調(diào)試；對(duì)復(fù)雜電路進(jìn)行分級(jí)調(diào)試，然后聯(lián)調(diào)；調(diào)試完成對(duì)照參數(shù)指標(biāo)相符性；記錄整個(gè)調(diào)試過程及步驟；調(diào)整完成后通電進(jìn)行考機(jī)試驗(yàn)，檢測(cè)性能的穩(wěn)定性。八、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果：LM35輸出電壓mV109166170188194260285290300330450550數(shù)碼管顯示值10.716.517.319.019.626.228.229.630.232.944.954.9數(shù)據(jù)處理：九、結(jié)論（設(shè)計(jì)分析） 本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路主要是通過LM35采集溫度轉(zhuǎn)換為電壓模擬信號(hào)輸出然后傳送給AD轉(zhuǎn)換器（ICL7107），而AD轉(zhuǎn)換

14、器（ICL7107）通過采樣、保持、量化和編碼輸出數(shù)碼管可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后數(shù)字信號(hào)通過數(shù)碼管顯示LM35所采集到的溫度值。以上是總體的思路而在設(shè)計(jì)的過程中，注意到ICL7107需要+5V所以我們用到了一個(gè)電源極性反轉(zhuǎn)器ICL7660，把+5V的電源轉(zhuǎn)變成-5V。在最后考慮到用一個(gè)9V的電源但芯片需要的是5V，所以我們用了一個(gè)穩(wěn)壓集成芯片LM317使得9V變成5V。在最后的成品中所測(cè)得的數(shù)據(jù)指標(biāo)和性能上都符合了設(shè)計(jì)的要求，并使得誤差0.15。以上就是我對(duì)于設(shè)計(jì)的結(jié)論分析。十、問題與討論對(duì)于本次的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，首先整體來說還是不錯(cuò)的因?yàn)槲覀円O(shè)計(jì)的這個(gè)溫度顯示計(jì)做了出來而且正常工作了。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，我負(fù)責(zé)的是的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過程中多多少少都遇到了一些問題。首先在設(shè)計(jì)中我要用到的什么軟件，最后我選用了Altium designer。在設(shè)計(jì)時(shí)遇到的使用軟件的問題我通過在圖書館借了一本Altium designer 實(shí)用寶典和同學(xué)們的交流到部分都可以解決。在設(shè)計(jì)的過程中，在理清思路后最大的問題在于搜集資料并整理出對(duì)設(shè)計(jì)的信息。特別是在看芯片資料時(shí)更是要細(xì)心閱讀，例如：ICL1707的芯片資料中關(guān)于外圍的振蕩電路，它分了好多個(gè)量程的有20