數(shù)字溫度計(jì)(數(shù)電)

1、用7又孝城南學(xué)院ichengnan college of cust電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)習(xí)電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)習(xí)數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名:尹雅君學(xué)號(hào)：201284250104班級：電信1201班專業(yè)：電子信息工程指導(dǎo)教師:徐里英、吳一帆2015年1月數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)目錄第一章 實(shí)習(xí)目的、內(nèi)容和要求 31.1 實(shí)習(xí)目的3.1.2 實(shí)習(xí)內(nèi)容3.1.3 實(shí)習(xí)任務(wù)要求4.第二章設(shè)計(jì)原理及軟件簡介42.1 設(shè)計(jì)原理4.2.1.1 鋁電阻pt100的基本工作原理 42.1.2 精密儀表放大器ina122的基本工作原理 52.1.3 icl7107的基本工作原理與主要構(gòu)成部分介紹 62.1.4 icl7107引腳功能和外

2、圍元件參數(shù)的選擇 1 02.2 proteus仿真軟件介紹 11第三章設(shè)計(jì)步驟和過程143.1 數(shù)字溫度設(shè)計(jì)白向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 143.2 各功能模塊的電路仿真圖和原理說明 1 53.2.1 pt100橋式仿真電路圖及原理 1 53.2.2 ina122儀表放大器仿真電路圖及原理 1 63.2.3 放大器的調(diào)零電路1.63.2.4 tc7107ad的仿真電路及原理 1 7第四章設(shè)計(jì)的仿真和結(jié)果分析1.84.1 電路的調(diào)試測量值仿真電路圖 1 84.2 結(jié)果及誤差分析 20第五章結(jié)論215.1 設(shè)計(jì)過程中遇到的困難及解決辦法 2 15.2 結(jié)論21參考文獻(xiàn)22附錄23附錄a仿真電路圖23附錄b元器件

3、清單25第一章實(shí)習(xí)目的、內(nèi)容和要求1.1 實(shí)習(xí)目的1、進(jìn)一步加深對模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電路理論的應(yīng)用實(shí)踐能力， 學(xué)以致用，加強(qiáng)自主設(shè)計(jì)能力。2、了解溫度傳感器鋁電阻pt100原理以及掌握其應(yīng)用；3、了解并掌握精密儀表放大器ina122的原理以及基本電路；4、了解tc7107片的原理及基本測壓電路；5、熟悉并掌握產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本思路和方法；6、掌握常用電子元器件的選擇方法和元件參數(shù)；7、加強(qiáng)計(jì)算機(jī)運(yùn)用、查閱資料和獨(dú)立完成電路設(shè)計(jì)的能力。1.2 實(shí)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明：溫度是非電量模擬信號(hào)，數(shù)字顯示溫度就必須將這一非電量信 號(hào)轉(zhuǎn)換成電量（電壓或電流），然后將模擬電信號(hào)經(jīng)adc專換成數(shù)字信號(hào)，最后

4、經(jīng)譯碼顯示器顯示溫度值。溫度傳感元件較多，如熱敏電阻、熱電偶、溫敏二極管、溫敏三極管等。 比如溫敏三極管在溫度發(fā)生變化時(shí) be結(jié)的溫度系數(shù)為-2mv，c,利用這個(gè)特 性可以測出環(huán)境溫度的變化。但由于在0 c時(shí)溫敏三極管be結(jié)存在的電壓vbe不等于零，因此需要設(shè)計(jì) 一個(gè)調(diào)零電路，使溫敏三極管在 0 c時(shí)的輸出為零，使顯示器的讀數(shù)也為零。 當(dāng)環(huán)境溫度上升到100 c時(shí)，溫敏三極管be結(jié)的電壓增加到-200mv這時(shí)應(yīng) 使電路的輸出顯示讀數(shù)為1000 一般只需要調(diào)好0 c和滿度，輸出讀數(shù)與溫度 就能對應(yīng)。溫度傳感器工 精密放大器二= a/d轉(zhuǎn)換器 =,譯碼顯示電路圖1.2.1數(shù)字溫度計(jì)框圖#數(shù)字溫度計(jì)

5、的設(shè)計(jì)要求：1、基本部分(1)被測溫度范圍0、200。1(2)直接用31數(shù)字電壓表顯小溫度值，可直接讀出 0m999 c。也可以用42位數(shù)碼管顯示溫度值。2、其它說明：(1)用4位數(shù)碼管顯示溫度值。(2)驗(yàn)證三個(gè)值：冰水01、環(huán)境溫度、100c沸水。1.3 實(shí)習(xí)任務(wù)要求1、畫出總體設(shè)計(jì)框圖，以說明數(shù)字溫度計(jì)由哪些相對獨(dú)立的功能模塊組成， 標(biāo)出各個(gè)模塊之間的互相聯(lián)系。并以文字對原理作輔助說明。2、設(shè)計(jì)各個(gè)功能模塊的電路圖，加上原理說明。3、選擇合適的元器件，在仿真設(shè)計(jì)軟件上連接驗(yàn)證、仿真、調(diào)試各個(gè)功能 模塊的電路。在連接驗(yàn)證時(shí)設(shè)計(jì)、選擇合適的輸入信號(hào)和輸出方式，在充分電 路正確性同時(shí)，輸入信號(hào)和

6、輸出方式要便于電路的仿真、調(diào)試和故障排除。4、在驗(yàn)證各個(gè)功能模塊基礎(chǔ)上，對整個(gè)電路的元器件和連接，進(jìn)行合理布 局，進(jìn)行整個(gè)數(shù)字鐘電路的連接驗(yàn)證、仿真、調(diào)試。5、自行接線驗(yàn)證、仿真、調(diào)試，并能檢查和發(fā)現(xiàn)問題，根據(jù)原理、現(xiàn)象和 仿真結(jié)果分析問題所在，加以解決。學(xué)生要解決的問題包括元器件選擇、連接 和整體設(shè)計(jì)引起的問題。第二章設(shè)計(jì)原理及軟件簡介2.1 設(shè)計(jì)原理2.1.1 鋁電阻pt100的基本工作原理pt100是鋁熱電阻，它的阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變，當(dāng)pt10ofc0攝氏度的時(shí)候他的阻值為100歐姆，它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成近似勻速的增長，鋁電阻的阻值隨溫度的變化而變化的計(jì)算公式：-200t0

7、 c rt=r01+at+bt*t+c(t-100)t*t*t(1)00t850 c rt=r0 (1+at+bt2)(2)rt為t c時(shí)的電阻值，r吻0c時(shí)的阻值。公式中的a,b,系數(shù)為實(shí)驗(yàn)測定。 這里給出標(biāo)準(zhǔn)的 din iec751 系數(shù)：a=3.9083e-3、b=-5.775e-7、c=-4.183e-12根據(jù)韋達(dá)公式求得阻值大于等于100歐姆的rt -t的換算公式：0t850 c t=(sqrt(a*r0)a2-4*b*r0*(r0-rt)-a*r0)/2/b/r0pt100s度感測器是一種以白金(pt)作成的電阻式溫度檢測器，屬于正電阻 系數(shù)，其電阻和溫度變化的關(guān)系式如下：r=ro

8、(1+a t)其中a =0.00392,ro為 100q(在0c的電阻值),t為攝氏溫度因此白金作成的電阻式溫度檢測器， 又稱為pt10q以下是部分鋁電阻pt100勺分度表：莖箋012j4568 gr電臬值(q)0ico.oo10039100.73lari?lol561019510234ioi.12103.51103so10429104.631q3.0*105.46105.8510624105.6310 .02lot .-iq20103.13108.961ot3*109.-j11042h031110.901l1.29j0il ij67112 0612.4j112.83li j.2211 j.6

9、1114.001u38!14?l l1*401l5j4”3116311 l60117岫11747hs24118.63119.01*0119a0119 3j 20 171205120.9j12 1.32：_171122.r122 s6123 w)24.011 24.39124.7312j54e-93126 6970ij7j0s127.46127 s4129.22i2s.6i12s.99129-75130.b130.52130501j e .46132.04132-42132,80uim133,951j4,5j90134.71口加135.413s.i5136.23l36a1134591373713

10、7,75138.13* 100w13s481j9.26139.61140.02140j0140.7s141.1141j414l91l10142 29141.67143.43l4j.80川5l44 j614-14l453l145.69120146.07146/41-16.82147.20147.57比l4833usjo1 49.46lj0149.s31502115o,5s150.961” .3315171t52.0s152.46152.s3153.2114。153 j815361543jim.711*5.08155.s31*620“領(lǐng)1*6.95uci57j31，工 70imm1*4.8215.

11、1915,56】3994160 31160.6$16。161.041sl4316ls0162.1*162-m91e6a29164.03im 4。nc16-1.77163j4丸如l飆一部疏困ie-x)cm7j7w4謠1118。16$和ims9l軟加iro.33t-070h1j07r( 4j1 ti #0190riri 4廠”1if5fj,qjl-4 3bj4 5r*.ulv49甌_ 1_5 3 藥5 藥a3 國| ga &bpfgnd(7106a/7107a)圖2.1.3-1 tc7107 的芯片引腳圖17（一）模擬部分模擬電路由雙積分式ad轉(zhuǎn)換器構(gòu)成,圖2.3-3所示。主要包括2.8v基準(zhǔn)圖2

12、.1.3-3雙積分式ad轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)源（eo）、緩沖器（al）、積分器（a2）、比較器（a3）和模擬開關(guān)的組成。緩沖器a4專門用來提高com端帶負(fù)載的能力，可謂設(shè)計(jì)數(shù)字多用表的電阻擋、二極管擋和hfe擋提供便利條件.這種轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確高度、抗用模 干擾能力強(qiáng)、電路簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。適合做低速 模轉(zhuǎn)換。每個(gè)轉(zhuǎn)換周期分 為三個(gè)階段進(jìn)行，自動(dòng)調(diào)零（az）、正向積分（int）、反向積分（de）,并按 照az到int到de到az的順序進(jìn)行循環(huán)。令計(jì)數(shù)脈沖的周期為 tcp。每個(gè)測量周期共需要4000個(gè)tcp,其中，正向積分時(shí)間固定不變。t1=1000tcp,儀表顯示值，將 t1=1000tcp,ure

13、f=100.0mv帶入上式得。n=10uin、或 uin=0.1n。（2-2）只要把小數(shù)點(diǎn)定在十位上，即可直讀結(jié)果，滿量程時(shí)：n=2000,此時(shí)um=2uref=200mv。儀表顯示超量程符號(hào)“ 1”。要測量2v以上的直流電壓，必須利用精密電阻分壓器對uin進(jìn)行衰減。積分電阻應(yīng)采用金屬膜電阻，積分電容選絕緣性好、介質(zhì)吸收系數(shù)小的聚苯乙 烯電容聚丙烯電容。為了提高儀表抗用模干擾能力，正向積分時(shí)間（稱采樣時(shí)間）t1應(yīng)是工頻 周期的整數(shù)倍，我國采用50hz交流電網(wǎng)，其周期為20ms,應(yīng)選t1=20n （ms） .（2-3）式中，n=1,2,3, 。例如取 n=2,4,5 時(shí)，t1=40ms、80ms

14、、100ms，能有效地抑制50hz干擾。這是因?yàn)榉e分過程有取平均的作用，只要干擾電壓的 平均值就不影響積分器的輸出。但 n值也不宜過大，以免測量速率太低。(b)圖 2.1.3-4 icl7107外圍基準(zhǔn)電壓電路圖(二)數(shù)字電路數(shù)字電路如圖2.3-3所示，主要包括8個(gè)單元：(1)時(shí)鐘振蕩器，(1)頻分器；(2)計(jì)數(shù)器；(3)鎖存器；(4)譯碼器；(5)異或門相應(yīng)為驅(qū)動(dòng)器；(6)控制邏輯；(7) lcd顯示器。時(shí)鐘振蕩器由icl7106內(nèi)部相反器f1、f2以及外部阻容元件r、c組成。 若取r為120千毆，c為100皮法，則f0=40khz。f0經(jīng)過4分頻后得到計(jì)數(shù) 頻率，fpc=10khz,即 t

15、cp=0.1ms。止匕時(shí)測量周期 t=16000t0=4000tcp=0.4s.測 量速率為2.5次每秒。f0還經(jīng)過800分頻圖2.1.3-5 icl7107 數(shù)字電路得到50hz方波電壓，接lcd的背電極bp。lcd須采用交流驅(qū)動(dòng)方式, 當(dāng)筆段電極a到g與背電極bp呈等電位時(shí)不顯示，當(dāng)二者存在一定的相位差 時(shí)，液晶才顯示因此，可將兩個(gè)頻率與幅度相同而相反的方波電壓，分別加至 某個(gè)筆段引出端與bp端之間，利用二者電位差來驅(qū)動(dòng)該筆段顯示。驅(qū)動(dòng)電路 采用異或門。其特點(diǎn)是當(dāng)兩個(gè)輸入端得狀態(tài)相異時(shí)（一個(gè)為高電平、另一個(gè)為 低電平），輸出為高電平；反之輸出低電平?？刂七壿嬘腥齻€(gè)作用：第一，識(shí)別積分器的工

16、作狀態(tài)，適時(shí)發(fā)出控制信號(hào), 使ad轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行；第二，判定輸入電壓極性并龍智 lcd的負(fù)極性顯示； 第三，超量程時(shí)發(fā)出溢出信號(hào)使千位顯示 1,其余位消除。2.1.4 icl7107引腳功能和外圍元件參數(shù)的選擇下面闡敘icl7107雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器引腳功能、外圍元件參數(shù)的選擇。外圍器件的連接圖如2.3-5所示。圖中它和數(shù)碼管相連的腳以及電源腳是 固定的，所以不加詳述。芯片的第 32腳為模擬公共端，稱為com端；第34 腳vr+和35腳vr-為參考電壓正負(fù)輸入端；第31腳in+和30腳in-為測量電壓 正負(fù)輸入端；cint和rint分別為積分電容和積分電阻，caz為自動(dòng)調(diào)零電容， 它們與芯片的27

17、、28和29相連，電阻r1和c1與芯片內(nèi)部電路組合提供時(shí)鐘 脈沖振蕩源，從40腳可以用示波器測量出該振蕩波形，該腳對應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀上示波 器接口 clk,時(shí)鐘頻率的快慢決定了芯片的轉(zhuǎn)換時(shí)間（因?yàn)闇y量周期總保持 4000個(gè)tcp不變）以及測量的精度。下面我們來分析一下這些參數(shù)的具體作用：rint為積分電阻，它是由滿量程輸入電壓和用來對積分電容充電的內(nèi)部緩 沖放大器的輸出電流來定義的，對于icl7107,充電電流的常規(guī)值為iint=4ua,則rint=滿量程/4ua。所以在滿量程為 200mv,即參考電壓 vref=0.1v時(shí)， rint=50k,實(shí)際選擇 47k電阻；在滿量程為 2v,即參考電壓 vr

18、ef=1v時(shí)， rint=500k,實(shí)際選擇470k電阻。cint=t1*iint/vint, 一般為了減小測量時(shí)工頻 50hz干擾，t1時(shí)間通常選為0.1s ,具體下面再分析，這樣又由于積分電壓的 最大值vint=2v,所以：cint=0.2uf,實(shí)際應(yīng)用中選取 0.22uf。對于icl7107, 38 腳輸入的振蕩頻率為：f0=1/（2.2*r1*c1）,而模數(shù)轉(zhuǎn)換的計(jì)數(shù)脈沖頻率是f0的4倍，即tcp=1/（4*f0）,所以測量周期t=4000*tcp=1000/f0,積分時(shí)間（采樣時(shí) 問）t1=1000*tcp=250/fo。所以fo的大小直接影響轉(zhuǎn)換時(shí)間的快慢。頻率過快 或過慢都會(huì)影響

19、測量精度和線性度，同學(xué)們可以在實(shí)驗(yàn)過程中通過改變r(jià)1的值同時(shí)觀察芯片第40腳的波形和數(shù)碼管上顯示的值來分析。圖2.1.4-1icl7107和外圍器件連接圖2.2 proteus仿真軟件介紹proteus軟件是英國labcenter electronics公司出版的eda工具軟件（該軟 件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它eda工具軟件 的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍 器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī) 教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。proteus是世界上著名的eda工具（仿真軟件）

20、，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同 仿真，一鍵切換到pcb設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、pcb設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平 臺(tái)，其處理器模型支持 8051、hc11、pic10/12/16/18/24/30/dspic33 avr、 arm、8086和msp430等，2010年即將增加cortex和dsp系列處理器，并持 續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 iar、keil和mplab等 多種編譯器。編輯本段功能特點(diǎn)：proteus軟件具有其它eda工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是： （1）原理布圖

21、(2) pcb自動(dòng)或人工布線(3) spice電路仿真革命性的特點(diǎn)：(1)互動(dòng)的電路仿真，用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如ram, rom,鍵盤，馬達(dá)，led, lcd, ad/da ,部分spi器件，部分iic器件。(4) 仿真處理器及其外圍電路可以仿真51系列、avr、pic、arm、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在 基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的 效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。編輯本段功能模塊：(5) 智能原理圖設(shè)計(jì)(isis)豐富的器件庫：超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件；智能的器件搜索：

22、通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的連線功能：自動(dòng)連線功能使連接導(dǎo)線簡單快捷，大大縮短繪圖時(shí) 問；支持總線結(jié)構(gòu)：使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計(jì)簡明清晰；可輸出高質(zhì)量圖紙：通過個(gè)性化設(shè)置，可以生成印刷質(zhì)量的 bmp圖紙， 可以方便地供 word、powerpoint等多種文檔使用。(6) 完善的電路仿真功能(prospice)x prospice混合仿真：基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) spice3f5,實(shí)現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的 混合仿真；x超過27000個(gè)仿真器件：可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的 spice文件 自行設(shè)計(jì)仿真器件，labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件， 還可導(dǎo)入第三方 發(fā)布的仿真器

23、件；x多樣的激勵(lì)源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻(使用 wav文件)、指數(shù)信號(hào)、單頻fm、數(shù)字時(shí)鐘和碼流，還支持文件形式的信號(hào)輸 入；x豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分 析儀、信號(hào)發(fā)生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計(jì)/計(jì)數(shù)器、邏輯探頭、虛擬終端、spi調(diào)試器、i2c調(diào)試器等；x生動(dòng)的仿真顯示：用色點(diǎn)顯示引腳的數(shù)字電平，導(dǎo)線以不同顏色表示其 對地電壓大小，結(jié)合動(dòng)態(tài)器件（如電機(jī)、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真 更加直觀、生動(dòng)；派 支持主流的 cpu 類型：如 arm7、8051/52、avr、pic10/12、pic16、

24、pic18、pic24、dspic3& hc11、basicstamp 8086、msp430 等，cpu 類型 隨著版本升級還在繼續(xù)增加，如即將支持 cortex、dsp處理器；派 支持通用外設(shè)模型：如字符 lcd模塊、圖形lcd模塊、led點(diǎn)陣、 led七段顯示模塊、鍵盤/按鍵、直流/步進(jìn)/伺服電機(jī)、rs232虛擬終端、電子 溫度計(jì)等等，其compim （com 口物理接口模型）還可以使仿真電路通過 pc 機(jī)用口和外部電路實(shí)現(xiàn)雙向異步串行通信；派原理圖到pcb的快速通道： 原理圖設(shè)計(jì)完成后，一鍵便可進(jìn)入 ares 的pcb設(shè)計(jì)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)；派 實(shí)時(shí)仿真：支持 uart/

25、usart/eusarts仿真、中斷仿真、spi/i2c 仿真、mssp仿真、psp仿真、rtc仿真、adc仿真、ccp/eccp仿真；x編譯及調(diào)試：支持單片機(jī)匯編語言的編輯/編譯/源碼級仿真，內(nèi)帶8051、avr、pic的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境（如 iar、keil 和hitech）結(jié)合，進(jìn)行高級語言的源碼級仿真和調(diào)試；（4）實(shí)用的pcb設(shè)計(jì)平臺(tái)派原理圖到pcb的快速通道： 原理圖設(shè)計(jì)完成后，一鍵便可進(jìn)入 ares 的pcb設(shè)計(jì)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)；派 先進(jìn)的自動(dòng)布局/布線功能：支持器件的自動(dòng)/人工布局；支持無網(wǎng)格自 動(dòng)布線或人工布線；支持引腳交換/門交換功能使p

26、cb設(shè)計(jì)更為合理； 編輯本段資源豐富：（1） proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù) 千種元器件，有30多個(gè)元件庫。（2） proteus可提供的仿真儀表資源：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、 spi調(diào)試器、i2c調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電 流表。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。（3） 除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將 線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來，其作用與示波器相似，但 功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極 低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀

27、器對測量結(jié)果的影響。(4) proteus可提供的調(diào)試手段 proteus提供了比較豐富的測試信號(hào)用于電 路的測試，這些測試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。編輯本段電路仿真：在proteus繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*hex,可以在proteus的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過程。proteus是單片機(jī)課堂教學(xué)的先進(jìn)助手。它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件高度對應(yīng)。這在相當(dāng) 程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電 路檢測、電路修改、軟件調(diào)試、運(yùn)行結(jié)果等。課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生走向就業(yè)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。由于 proteus提 供了實(shí)驗(yàn)室

28、無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供 了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生 實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺(tái)。使用proteus軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)，是虛擬仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)多 媒體技術(shù)相結(jié)合的綜合運(yùn)用，有利于培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力及仿真軟件的操 作能力；在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)和全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽中， 我們使用proteus開 發(fā)環(huán)境對學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，在不需要硬件投入的條件下，學(xué)生普遍反映，對單片 機(jī)的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書本知識(shí)更容易接受，更容易提高。實(shí)踐證明，在使用 proteus進(jìn)行系統(tǒng)仿真開發(fā)成功之后再進(jìn)行實(shí)際制作，能極大提高單片機(jī)系統(tǒng)設(shè) 計(jì)效率

29、。因此，proteus有較高的推廣利用價(jià)值。第三章設(shè)計(jì)步驟和過程3.1 數(shù)字溫度設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)圖3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2 各功能模塊的電路仿真圖和原理說明3.2.1 pt100橋式仿真電路圖及原理圖3.2.1 pt100仿真圖原理：電路采用r5、r6、r8、rt1構(gòu)成測量電橋，因?yàn)閜t100在5ma以 下的電流才能穩(wěn)定的工作，有比較好的線性度，所以設(shè)r5=r6=4.99k用來限制 電流在1ma左右，因?yàn)閜t100在零度時(shí)電阻值為100,所以設(shè)r8=100歐；rt1 是鋁電阻pt100,上面顯示的為北側(cè)模擬溫度值，當(dāng) pt100的電阻值和r8不 相等時(shí)，電橋輸出一個(gè) mv級的壓差

30、信號(hào)可由放大器進(jìn)行放大。3.2.2 ina122儀表放大器仿真電路圖及原理圖3.2.2 ina122 放大電路原理：因?yàn)閜t10酸化的是很微弱的信號(hào)，如果用普通的 op系列的放大器 要先輸入跟隨器防止電流被放大器影響，在經(jīng)過放大，這種電路的工模干擾很 大，而ina122儀表放大器，它的工模抑制能力很強(qiáng)，輸入阻抗高且能有效的放 大差模信號(hào)，外部的電位器 rv隹用來調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的，該電路已經(jīng)將輸入的 電壓差放大到相對應(yīng)溫度的電壓值，5腳ref用來調(diào)零，且與6腳組成差分輸出。3.2.3 放大器的調(diào)零電路圖3.2.3 ina122 調(diào)零電路原理：ina122經(jīng)過激光矯正，因此，失調(diào)和溫漂都很小，多數(shù)情

31、況下無需調(diào)整，但是在此電路中存在一定的失調(diào)電壓， 所以采用電位器rv3進(jìn)行了適 當(dāng)調(diào)零處理。3.2.4 tc7107ad的仿真電路及原理+5v_ r12+5v15vrv1c6 10uf圖3.2.4 tc7107仿真圖viv* a1ehc4d1acdme1flvi nka2vbuffb2c2caz)2e2vihtf2g2cref+a303cref-c3vref+gvref-e3f3test8ab4 sciosc2folosc3 v $nd 2011111122222-33333- bcd-efgabcdefgabcdefao pol原理：tc710仍高阻抗cmos差分輸入，噪聲低，顯示穩(wěn)定，輸入

32、為零時(shí) 讀數(shù)為零，29腳為自動(dòng)調(diào)零電容，c4=47nf適合于2.0v滿量程應(yīng)用，它的自 動(dòng)調(diào)零周期免除了調(diào)零需要；在31腳vin+和30腳vin+實(shí)現(xiàn)了差分輸入，在40 腳的和39腳間接100k電阻與38腳的0.1nf電容構(gòu)成了頻率為48k的振蕩器，構(gòu) 成了微秒級的讀數(shù)周期；tc7107a可以驅(qū)動(dòng)共陽極四位ler段驅(qū)動(dòng)通常為8ma 1000s輸出（引腳19）從兩個(gè)led段汲取電流，并具有16 ma的驅(qū)動(dòng) 能力，前三位數(shù)碼管分別為被測電壓（mvs）的百位、十位、個(gè)位，第四位為 小數(shù)點(diǎn)位；tc7107t兩個(gè)測量量程可以選,當(dāng)要求滿量程是 200mv時(shí)在36腳 vref和35腳vref之間接100m

33、v本實(shí)驗(yàn)的滿量程是2v ,所以在35和36腳之間 接1v的基準(zhǔn)電壓。第四章 設(shè)計(jì)的仿真和結(jié)果分析4.1 電路的調(diào)試測量值仿真電路圖電路的調(diào)試我采用的是proteus仿真軟件進(jìn)行的電路仿真調(diào)試，利用軟件 強(qiáng)大的仿真資源，對自己設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行驗(yàn)證性測試。如題目要求需要驗(yàn)證測 試0-200度的溫度值，以及冰水0、環(huán)境溫度、100c沸水三個(gè)值，用數(shù)碼 管來顯示其值。根據(jù)該題要求，以下分別是測試冰水01、環(huán)境溫度（25）、100c沸水及200c的仿真測試結(jié)果電路圖。1 .冰水0c23本牟4z圖4.1.1冰水0c仿真圖un+ v4- mac4hmfluiuffufl 1cref +crjtf-lipqt-

34、1 cwfl of-*bflinari .hjll 心am vnifrartnrion7 礙t 橘c1q1ifi陽b1ci制e1f1gi用國般融田門制匐ff3叩曰hkm數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)2.環(huán)境溫度（25）mhiuvih-viuff依vwfcrbf- 加陽 vief-eq9ci oscz 08c 3 *山n tc1 133圖4.1.2 環(huán)境溫度（250 c）仿真圖3.100 c沸水ooocso a16-u oie1fg1越的啰什回figzabc3b 團(tuán)flg 榭a ftfi-ptiw圖4.1.3 100（沸水仿真圖4、 200 c+舊聞同rue1h-61vsuff船3mvbthcrb=4qcrf

35、f-eyief+dovkef-ejtestg3神osc1 ok2中 losc3 + ghdui圖4.1.4 200 c仿真圖4.2結(jié)果及誤差分析通過仿真軟件的仿真驗(yàn)證，四個(gè)設(shè)計(jì)電路均能實(shí)現(xiàn)任務(wù)的所有要求，能但 在最終數(shù)碼管顯示的溫度值還是有 0.3c3c的誤差，經(jīng)過對理論和整個(gè)電路 的分析出以下幾個(gè)產(chǎn)生誤差的原因：1、pt100本身線性度不夠好，在不同的溫度值內(nèi)，它的線性比例系數(shù)也是 有變化的，但是后面放大電路的放大倍數(shù)是確定了的，所以造成了部分誤差；2、在放大電路里，ina122芯片可能存在失調(diào)電壓和溫漂，最然進(jìn)行了調(diào) 零，但是由于芯片本身原因，調(diào)零電路并不能完全消除該失調(diào)，所以還是會(huì)存 在

36、部分誤差。3、tc7107芯片是一個(gè)低位的ad轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換精度可能也存在一定誤 差，但是準(zhǔn)要誤差原因還是 pt100所存在的線性度不佳?？傮w看，設(shè)計(jì)的幾個(gè)電路基本達(dá)到了任務(wù)的所有，但在精度方面還有待進(jìn) 一步的改進(jìn)，雖然題目沒有要求精度，但還是希望使其能夠更加的精準(zhǔn)。第五章結(jié)論5.1 設(shè)計(jì)過程中遇到的困難及解決辦法1、自助設(shè)計(jì)電路能力不強(qiáng)，整體設(shè)計(jì)思路欠佳在課題初期，進(jìn)展非常的緩慢，不知從何下手，后來為了尋找靈感就上網(wǎng) 查閱了大量的資料，也嘗試過網(wǎng)上的設(shè)計(jì)方案，但是網(wǎng)上方案里的測量范圍都 達(dá)不到題目要求，所以我就通過查找相關(guān)資料并請教學(xué)長后，自己設(shè)計(jì)了一個(gè) 符合本題要求的電路。2、仿真軟件的不

37、熟練在設(shè)計(jì)中最大的問題就是對仿真軟件比較的陌生，找個(gè)元器件都要上網(wǎng)百 度才能找到，在使用過程中出現(xiàn)了很多問題，也由于仿真軟件本身也存在很多 有待改正的小問題，導(dǎo)致電路設(shè)計(jì)的進(jìn)度比較緩慢，后來是根據(jù)請教使用者的 經(jīng)驗(yàn)體會(huì)去避免這些軟件問題，也通過修改電路來防止這些問題，才順利的完 成了該電路的設(shè)計(jì)。3、電路調(diào)試中出現(xiàn)的問題在設(shè)計(jì)pt100的橋式電路時(shí)，由于對溫度傳感器本身性能理解不夠充分， 它只能在5ma以下的電流正常工作，所以剛開始限流電阻參數(shù)設(shè)置的不好， 導(dǎo) 致輸出的電壓差一直很不準(zhǔn)確；也還因?yàn)閷@個(gè)橋式電路本身不熟悉，還找出 了模電教科書復(fù)習(xí)課堂上學(xué)過的知識(shí)。在測電壓那一部分，因?yàn)闇y電壓的tc7107為差分輸入，剛開始不知道ina122是差分輸出，直接把它當(dāng)成單端輸 出接到tc7107的vin+ ,結(jié)果讀數(shù)