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(jí)學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)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(hào)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(gè)數(shù)字溫度計(jì)，測(cè)量范圍：0～100℃。溫度的實(shí)時(shí)LED數(shù)字顯示。測(cè)量溫度信號(hào)為模擬量?；疽螅?.畫(huà)出數(shù)字溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖。2.畫(huà)出系統(tǒng)原理電路圖。3.對(duì)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(gè)數(shù)字溫度計(jì)，測(cè)量范圍：0～100℃。溫度的實(shí)時(shí)LED數(shù)字顯示。測(cè)量溫度信號(hào)為模擬量?；疽螅?.畫(huà)出數(shù)字溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖。2.畫(huà)出系統(tǒng)原理電路圖。3.對(duì)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(cè)量精度高，功耗小等特點(diǎn)。下面具體談下電路的各個(gè)部分。(1).取樣電路取樣電路就是溫度傳感器將溫度信號(hào)反映到電信號(hào)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(hào)線性地反映到電壓上來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度取樣，測(cè)量溫度信號(hào)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(gè)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(guò)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(dòng)電路驅(qū)動(dòng)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(wú)誤地表現(xiàn)出來(lái)。此次主要是驅(qū)動(dòng)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)碾妷海ＷC電流不能超過(guò)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(dòng)電路來(lái)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(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再用數(shù)碼管顯示出來(lái)，可能的話還可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析預(yù)處理。這里也主要是采用MC14433芯片，采用這個(gè)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(shí)它還包含了時(shí)序電路即用來(lái)串行輸出用掃描顯示用的電路及超過(guò)適用范圍時(shí)發(fā)出提示信號(hào)，極大簡(jiǎn)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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后再經(jīng)由七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)顯示管顯示出數(shù)字。系統(tǒng)由溫度傳感器，測(cè)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(hào)信號(hào)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(hào)信號(hào)放大超過(guò)溫度提示超過(guò)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(dòng)電路及顯示五部分組成。下面主要詳細(xì)介紹各個(gè)電路的具體功能。1.取樣電路設(shè)計(jì)及LM35A的簡(jiǎn)介L(zhǎng)M35A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(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。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(cè)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(hào)放大電路及LM307N的簡(jiǎn)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(hào)放大器電路3.譯碼驅(qū)動(dòng)電路及74LS48的簡(jiǎn)介為了讓LED正常工作，設(shè)計(jì)了這個(gè)譯碼驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(shí)候用。74LS48引腳功能表---七段譯碼驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路及芯片圖4.A/D轉(zhuǎn)換電路及MC14433的簡(jiǎn)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(dòng)調(diào)零補(bǔ)償電路及改變電路時(shí)鐘頻率電路。這里用的是常用的參數(shù)，時(shí)鐘頻率是66KHz，UI,UAG則為輸入信號(hào)的兩極，UR為參照電壓，即A/D轉(zhuǎn)換最大電壓，能過(guò)對(duì)UAG與UR的調(diào)節(jié)，可以將傳感器輸出的電壓信號(hào)正確地從零開(kāi)始線性增加，這也是本電路設(shè)計(jì)的核心部分，通過(guò)這個(gè)設(shè)置，還可以擴(kuò)大數(shù)字溫度計(jì)的適用范圍，對(duì)顯示部分電路稍作修改就可以對(duì)開(kāi)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(guò)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(guó)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(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)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(gè)LED七段顯示器，從左到右分別為十位、個(gè)位及小數(shù)位。圖5顯示電路6元件清單編號(hào)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(dòng)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(duì)整個(gè)電路進(jìn)行仿真。只能對(duì)局部的驅(qū)動(dòng)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(shí)已經(jīng)把模擬信號(hào)讓MC14433轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)了。再通過(guò)74LS48的驅(qū)動(dòng)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(gè)開(kāi)關(guān)的閉合代表給74LS48一個(gè)高電平“1”，打開(kāi)時(shí)代表給74LS48一個(gè)低電平“0”。然后再通過(guò)74LS48七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器把信號(hào)送到數(shù)碼管上的段位上。而這時(shí)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(guò)查資料，選方案，設(shè)計(jì)電路，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告，使我們得到一次見(jiàn)全面的工程實(shí)踐訓(xùn)練。當(dāng)理論聯(lián)系實(shí)際時(shí)，我們要?jiǎng)邮肿龅臅r(shí)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(shí)候，感覺(jué)自己莫有一點(diǎn)思路。但經(jīng)過(guò)我上網(wǎng)查閱資料和翻閱課本以及相關(guān)參考書(shū)才有思路。這使我意識(shí)到學(xué)習(xí)不僅僅局限于課堂，課堂知識(shí)只是將我們引進(jìn)門(mén)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(shí)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(duì)其有一點(diǎn)點(diǎn)的了解，而在這次實(shí)踐過(guò)程中我對(duì)它有了較深的掌握。雖然由于MC14433這個(gè)芯片Multisim在中莫有致使最后的全局的仿真無(wú)法成功，但在對(duì)局部的仿真過(guò)程中還使我更好的學(xué)習(xí)了Multisim通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我感到，基礎(chǔ)知識(shí)一定要扎實(shí)，沒(méi)有完全的融會(huì)貫通的基礎(chǔ)知識(shí)就無(wú)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(shí)的積累和運(yùn)用。于此同時(shí)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(gè)生活當(dāng)中?？傊?，在這次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我學(xué)習(xí)到了許多的知識(shí)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了許多問(wèn)題，經(jīng)過(guò)不斷的學(xué)習(xí)和改正，增強(qiáng)了我分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，提高了我獨(dú)立思考問(wèn)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(shī)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(jī)?cè)u(píng)價(jià)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(hào)指導(dǎo)教師姓名職稱序號(hào)評(píng)價(jià)項(xiàng)目指標(biāo)滿分評(píng)分1工作