數(shù)字溫度的設(shè)計(jì)

1、 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)電 子 技 術(shù) 課 程 設(shè) 計(jì) 設(shè)計(jì)課題 ： 數(shù)字溫度計(jì) 學(xué)院名稱 ： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級 ： 電氣F1202班 學(xué)生姓名 ： 葉青柳 學(xué) 號 ： 201223911430 指導(dǎo)教師 ： 高云婷 _ 設(shè)計(jì)地點(diǎn) ： 31-510 _ 設(shè)計(jì)時間 ： 2014-7-72014-7-14 指導(dǎo)教師意見：成績: 簽名： 年 月 日 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)電 子 技 術(shù)課 程 設(shè) 計(jì)課程設(shè)計(jì)名稱： 數(shù)字溫度計(jì) 專 業(yè) 班 級 ： 電氣F1202班 學(xué) 生 姓 名 ： 葉青柳 學(xué) 號 ： 201223911430 指 導(dǎo) 教 師 ： 高云婷 _ 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 31-510 課程設(shè)計(jì)時間：

2、2014-7-72014-7-14 _ 12 單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 電子技術(shù) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名葉青柳專業(yè)班級電氣F1202學(xué)號201223911430題 目數(shù)字溫度計(jì)課題性質(zhì)工程設(shè)計(jì)課題來源自擬指導(dǎo)教師 高云婷 主要內(nèi)容（參數(shù)）設(shè)計(jì)一個測試溫度范圍為0100的數(shù)字溫度計(jì)。數(shù)字溫度計(jì)一般由溫度傳感器、放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換、譯碼顯示等幾個部分組成。請根據(jù)原理圖設(shè)計(jì)，要求讀數(shù)穩(wěn)定。任務(wù)要求（進(jìn)度）第1-2天：熟悉課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求，查閱技術(shù)資料，確定設(shè)計(jì)方案。第3-4天：按照確定的方案設(shè)計(jì)單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計(jì)要有詳細(xì)論述。第5-6天：

3、撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設(shè)計(jì)正確，篇幅合理。主要參考資料1 康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）（第5版）M北京：高等教育出版社，20042 閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第5版）M北京：高等教育出版社，20063 陳光明.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)與綜合實(shí)訓(xùn)M北京航空航天出版社. 2007審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日 目 錄1.硬件組成與方案設(shè)計(jì)7 1.1硬件組成5 1.2方案設(shè)計(jì)62.單元電路設(shè)計(jì)7 2.1溫度采集與處理電路.8 2.2.放大電路.9 2.3數(shù)模轉(zhuǎn)換，譯碼驅(qū)動電路設(shè)計(jì).10 2.4顯示電路設(shè)計(jì).133.數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)原理總圖.144.設(shè)

4、計(jì)總結(jié)16附錄元件清單17參考文獻(xiàn)174數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 在日常生活中我們用水銀溫度計(jì)來測量溫度,不僅測量時間長、讀數(shù)不方便、精確度不高等缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準(zhǔn)確的場所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，測溫傳感器使用AD590，用三位半數(shù)碼管進(jìn)行顯示這也能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求。設(shè)計(jì)主要分為兩部分：模擬部分和數(shù)字部分。而模擬部分又大體可分為電源電路、測溫電路、放大電路；而數(shù)字部分又可分為AD采樣電路譯碼電路、驅(qū) 動電路和顯示電路。 系統(tǒng)整體電路包括，溫度采集電路、穩(wěn)壓電路、信號處理與放大

5、電路、AD轉(zhuǎn)換電路、譯碼電路、驅(qū)動電路和顯示電路。其中溫度采集電路的主體是圍繞溫度傳感器AD590設(shè)計(jì)的；信號處理與放大電路主要由運(yùn)放LM324組成；而AD轉(zhuǎn)換電路、譯碼電路、驅(qū)動電路都是ICL7107與外圍電路共同實(shí)現(xiàn)的；顯示電路則由三位半LED構(gòu)成；這種設(shè)計(jì)不僅測量準(zhǔn)確，而且測量范圍大，可測量零下五十?dāng)z氏度到一百五十五攝氏度范圍內(nèi)的精確測量，但是要得到精確的溫度，必須通過零度冰水混合物或其他物體的校準(zhǔn)，故數(shù)字式溫度計(jì)的制作相對而言較為復(fù)雜。1 硬件組成與設(shè)計(jì)方案1.1硬件組成溫度傳感器AD590放大運(yùn)放器LM324芯片ICL7071及其外圍電阻三位半LED數(shù)碼管1.2方案設(shè)計(jì)方案一：

6、60;從三極管的性能可以知道隨著溫度的升高，三極管的某些參數(shù)會相應(yīng)的增高或減小，例如發(fā)射結(jié)的電壓或電流放大倍數(shù)等來檢測其溫度的變化，然后將其經(jīng)過一些電路轉(zhuǎn)化，再用數(shù)碼管顯示出來。但由于其線性一般，而且測量溫度范圍有限，故不可以做精密測溫。方案二： 由于是測溫電路，因此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，就可以用進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來。本設(shè)計(jì)使用AD590溫度傳感器，用ICL7107進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，以及譯碼和驅(qū)動，用三位半LED顯示。由于方案一測量不夠準(zhǔn)確，而且線性度不好，因而無法達(dá)到設(shè)計(jì)的要

7、求，因此選擇方案二。 2 單元電路設(shè)計(jì)2.1溫度采集與處理電路 AD590功能及特性 1）AD590是電流型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度 值，下圖所示其中1腳接正極，2腳接負(fù)極，3腳接地。 AD590的主要參數(shù)： 工作電壓：430V工作溫度：-55+150攝氏度 保存溫度：-65+175攝氏度 正向電壓：+44V 反向電壓：-20V 靈敏度：1uA/K靈敏度：1uA/K 下圖2為AD590的封裝及基本的應(yīng)用電路，此電路經(jīng)過微小的變動就會有不同的效果，但其根本都可以由這個電路來處

8、理得到，本設(shè)計(jì)就是在AD590的一端加的負(fù)壓來控制其電流方向的，整個模擬部分的工作原理也由此展開的。 如圖3所示，為模擬部分的主要電路。因?yàn)锳D590為電流型溫度傳感器，而其零攝氏度時的的電流為273uA，又由運(yùn)放的虛短和虛斷的有原因，故可以通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的值使2-1中5支路的電流為273uA，又因?yàn)殡妷河煞€(wěn)壓電路輸出得到，這是可以近似的認(rèn)為電壓是恒定的，即5支路的電流恒定不變。因此當(dāng)溫度變化時5支路的電流不會發(fā)生變化，而AD590支路的變化則會全部流向2支路，從而通過電阻R2將電流值轉(zhuǎn)換成電壓值，然后再送入ICL7107的輸入端，然后經(jīng)過數(shù)字部分的處理,最終在數(shù)碼管上顯示溫度值

9、。2.2放大電路LM324系列器件帶有差動輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖4所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相

10、同。圖4 LM324系列運(yùn)算放大器2.3數(shù)模轉(zhuǎn)換，譯碼，驅(qū)動電路設(shè)計(jì)數(shù)字部分主要是ICL7107這個模塊，ICL7107轉(zhuǎn)化器原理圖如圖5所示。其中計(jì)數(shù)器對反向積分過程的時鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)?？刂七壿嫲ǚ诸l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5 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

11、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A/D轉(zhuǎn)換器的電壓波形圖如圖6所示圖6 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電壓波形圖ICL7107是集A/D轉(zhuǎn)換和譯碼器為一體的芯片，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。此外，ICL7107需+5V和-5V兩組電源供電。由于采用LED方式顯

12、示，耗電較大，因此直流電源主要是通過變壓器降壓、整流濾波、穩(wěn)壓后獲得，本次設(shè)計(jì)調(diào)試時使用直流穩(wěn)壓源供電。ICL7107AD轉(zhuǎn)換器的管腳排列及其各管腳功能如圖7所示1 V+ OSC1 402 D1 OSC2 393 C1 OSC3 384 B1 TEST 375 A1 REF HI 366 F1 REF LO 357 G1 CREF+ 348 E1 CREF 339 D2 COMMON 3210 C2 I CL7107 IN HI 3111 B2 IN LO 3012 A2 A-Z 2913 F2 BUFF 2814 E2 INT 2715 D3 V- 2616 B3 G2 25 17 F3 C

13、3 2418 E3 A3 2319 BC4 G3 2220 POL GND 21圖7 ICL7107管腳排列2.4 數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管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(diǎn)地，而每一LED的陰極分別為a,b,c,d,e,f,g及dp（小數(shù)點(diǎn)），它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖8所示 a GbcdefgdP圖83.數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)原理圖系統(tǒng)整體電路包括，溫度采集電路、穩(wěn)壓電路、信號處理與放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路、譯碼電路、驅(qū)動電路和顯示電路。其中溫度采集電路的主體是圍繞溫度傳感器AD590設(shè)計(jì)的；信號處理與放大電路主要由運(yùn)放LM324組成；而AD轉(zhuǎn)換電路、譯碼電路、驅(qū)動電路都是ICL7

14、107與外圍電路共同實(shí)現(xiàn)的；顯示電路則由三位半LED構(gòu)成4設(shè)計(jì)總結(jié)恍然間，自己也都22歲了，大學(xué)的一半也結(jié)束了。若問自己學(xué)到了什么專業(yè)知識，真的是少之又少。對自己專業(yè)的不了解和不自信，讓自己不止一次迷茫的問上大學(xué)的意義。這次的課程設(shè)計(jì)讓自己對所學(xué)的專業(yè)有了一個認(rèn)識，把自己所學(xué)的理論知識利用起來做了一個有用的小設(shè)計(jì)。在已度過的兩年時間里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎(chǔ)課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論，如何去鍛煉我們的實(shí)踐面？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識用到實(shí)踐中去呢？我想做類似的課程設(shè)計(jì)就為我們提供了良好的實(shí)踐平臺。在做本次課程設(shè)計(jì)的過程中，我感觸最深的是查閱大量的資料。為了讓自己的

15、設(shè)計(jì)更加完善，不斷的翻閱資料核對修改。作為一名專業(yè)學(xué)生掌握一門或幾門制圖軟件是必不可少的，本次課程設(shè)計(jì)要求用protel繪制電路圖，過去從來沒有在具體設(shè)計(jì)中應(yīng)用過它，但在設(shè)計(jì)的過程中帶著問題去學(xué)我發(fā)現(xiàn)效率很高，當(dāng)初在學(xué)習(xí)理論知識是為了學(xué)而學(xué)，這樣效率當(dāng)然不會高。邊學(xué)邊用這樣才會提高效率，這是我做本次課程設(shè)計(jì)的第二大收獲。但是由于水平及經(jīng)驗(yàn)有限，也出現(xiàn)一些有錯誤，經(jīng)過同學(xué)和老師的幫助我發(fā)現(xiàn)并改正自己的錯誤?？傮w來說在本次設(shè)計(jì)的過程中，我收獲了很多，同時也發(fā)現(xiàn)不少的問題，雖然以前做過這樣的電路設(shè)計(jì)但這次設(shè)計(jì)真的讓我長進(jìn)了很多，也讓我真真正正的意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識用到實(shí)際當(dāng)中，對于大三我們將要學(xué)習(xí)的單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的編寫與運(yùn)行的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的總結(jié)和收獲。附錄1元器件清單序號編號名稱數(shù)量（個）1AD590溫度傳感器12,LM324運(yùn)算放大器13ICL7107AD采樣，譯碼模塊14DS1，DS2，DS3，DS4七段LED數(shù)碼管45R1，R2滑動變阻器（5K）26R3電阻(10K)17R4，R5電阻(100K)28R6電阻(1M)19R7電阻470K)110R8電阻6.