三位半數(shù)碼管溫度計制作設(shè)計報告講解

1、 課程設(shè)計 三位半數(shù)字顯示溫度計 告報設(shè)計 ：時間設(shè)計2014.1.9 班班 4 級：12級應(yīng)用電子技術(shù) 姆斯威：名姓廉爾比 ：告報頁數(shù)頁13 廣東工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計報告 設(shè)計題目：3 位半數(shù)字顯示溫度計 學(xué)院：信息工程學(xué)院 專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)（4）班 學(xué)號：333333333333333333 比爾威廉姆斯 合：姓名作者：比爾蓋茨 成績評定_優(yōu)秀_ 教師簽名_梁秀玲_ 目錄 一設(shè)計思路，方案設(shè)計及選擇，設(shè)計原理 二電路參數(shù)設(shè)計與計算和元器件選擇依據(jù) 三設(shè)計原理圖和安裝布線圖 四設(shè)計原理圖和安裝布線圖 五調(diào)試過程 六測試的曲線，總結(jié)設(shè)計過程，分析設(shè)計結(jié)果 七心得體會 方案設(shè)計及選擇，設(shè)計原一 設(shè)

2、計思路，理 設(shè)計思路1 AD 轉(zhuǎn)換 模擬電壓傳感器數(shù)字信號 數(shù)碼管顯示驅(qū)動電路 按照上面框圖，大致可分為三部分電路：溫度采集部分（采 用 LM35），A/D 轉(zhuǎn)換及數(shù)碼管 驅(qū)動部分（采用 7106 或 7107），數(shù)碼管按實際情況綜合考慮。 2.方案設(shè)計及選擇。 方案 1：采用 LM35，ICL7107，采用四塊分立七段 LED 顯示； 方案 2：采用 LM35，ICL7107，采用標(biāo)準(zhǔn)的弦 3 1/2 位 LED 顯示； 方案 3：采用 LM35，ICL7107，采用 4 位組合 LED 顯示； 方案 4：采用 LM35，ICL7107，采用 LCD 顯示。 經(jīng)討論，考慮到標(biāo)準(zhǔn)位 LED 顯

3、示采購困難和實踐制作能力限制（采用焊錫制而非 PCB）， 所以電路規(guī)模受到較大限制，所以不采用 4 位組合 LED 顯示和 LCD 顯示。最終決定采用 方. 1案3.設(shè)計原理： （1）LM35 資料：LM35 是一種得到廣泛使用的溫度傳感器。由于它采用內(nèi)部補 償，所以輸出可以從 0開始。LM35 有多種不同封裝型式。 LM35 封裝：如圖： 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 溫度-；兩種接法的靜止電流負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的量測引腳如圖一所示，正 關(guān)系，在靜止溫度中自熱效應(yīng)低(0.08)，單電源模式在 25下

4、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。 在上述電壓范圍以內(nèi)，芯片從電源吸收的電流幾乎是不變的（約 50A），所以芯片自身幾 乎沒有散熱的問題。這么小的電流也使得該芯片在某些應(yīng)用中特別適合，比如在電池供電 的場合中，輸出可以由第三個引腳取出，根本無需校準(zhǔn)。 其計算公式： 規(guī)格參數(shù)： 30V； 41、工作電壓：直流 133A2、工作電流：小于 -1.0V3、輸出電壓：+6V ；時 0.14、輸出阻抗：1mA 負(fù)載 時）；精度（在+25、精度：50.5 ； 60A6、漏泄電流：小于 ；7、比例因數(shù)：線性+10.0mV/ ；、非線性值：1/48 氏溫度校

5、準(zhǔn)；9、校準(zhǔn)方式：直接用攝 。-55+15010、額定使用溫度范圍： +100LM35D 0 to11、指定工作溫度范圍，資料：ICL7107 2）（ 的特點 ICL7107 ： 大規(guī)模集成電路，它的最大顯示值 轉(zhuǎn)換器，屬于 CMoS 是ICL7107 3位雙積分型 A/D 1/2 1 個字。、 士 100uV，轉(zhuǎn)換精度為 0.05為士 1999，最小分辨率為 5V數(shù)碼管，不需要另加驅(qū)動器件，使整機(jī)線路簡化，采用士 能直接驅(qū)動共陽極 LED 。 IN GND 接第 30 腳的21兩組電源供電，并將第 腳的 分壓 基準(zhǔn)電源，通過電阻2.8V 在芯片內(nèi)部從V+與 COM 之間有一個穩(wěn)定性很高的 V

6、。器可獲得所需的基準(zhǔn)電壓 REF 關(guān)實現(xiàn)自動調(diào)零和自動極性顯示功能。 能通過內(nèi)部的模擬開 輸入阻抗高，對輸入信號無衰減作用。 共陽極數(shù)碼管，就能構(gòu)成LED 整機(jī)組裝方便，無需外加有源器件，配上電阻、電容和 頭。一只直流數(shù)字電壓表 噪音低，溫漂小，具有良好的可靠性，壽命長。 ）。LED 包括（不15mw 芯片本身功耗小于 不設(shè)有一專門的小數(shù)點驅(qū)動信號。使用時可將 LED 共陽極數(shù)數(shù)碼管公共陽極接 V+. 可以方便的進(jìn)行功能檢查。 ICL7107 引腳功能 V和 V-分別為電源的正極和負(fù)極。 au-gu,aT-gT,aH-gH：分別為個位、十位、百位筆畫的驅(qū)動信號，依次接個位、十位、百位 LED

7、顯示器的相應(yīng)筆畫電極。 Bck：千位筆畫驅(qū)動信號。接千位 LEO 顯示器的相應(yīng)的筆畫電極。 PM：液晶顯示器背面公共電極的驅(qū)動端，簡稱背電極。 Oscl-OSc3 ：時鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器。 COM ：模擬信號公共端，簡稱“模擬地”，使 用時一般與輸入信號的負(fù)端以及基準(zhǔn)電壓 的負(fù)極相連。 TEST ：測試端，該端經(jīng)過 500 歐姆電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱“邏輯地”或 “數(shù)字地”。 VREF VREF- ：基準(zhǔn)電壓正負(fù)端。 CREF：外接基準(zhǔn)電容端。 INT：27 是一個積分電容器，必須選擇溫度系數(shù)小不致使積分器的輸入電壓產(chǎn)生漂移現(xiàn)象 的元件 IN和 IN-

8、：模擬量輸入端，分別接輸入信號的正端和負(fù)端。 AZ：積分器和比較器的反向輸入端，接自動調(diào)零電容 CAz 。 BUF：緩沖放大器輸出端，接積分電阻 Rint。 ICL7107 工作原理： 1.： 自動穩(wěn)零階段-（TV）=T+T/Vt100010002000REFINAZcLCLCL fT/VVT：1000 為時鐘脈沖 式中的周期為反積分時間 CLCL cLREF IN2.信號積分階段：C 對模擬信號進(jìn)行采樣積分，時間固定為 1000 個計數(shù)脈沖時間。 積分結(jié)束后積分器的輸出電壓： kVRVC1/ININI INTdt）（= 積分時間為 0tINT 00RCK Vt 為為模擬輸入，為緩沖器電壓放大

9、系數(shù)，為積分電阻， 為積分電容， INT ININI t=1000T 信號積分階段固定時間為 1000 個計算脈沖.積分時間 CLINT VDEC DE，3 進(jìn)行積分，反積分階段：實現(xiàn)對輸入模擬信號極性相反的參考電壓 REF VVV 開，從大后 時，參考電容上的 進(jìn)入積分器積分進(jìn)入緩沖器進(jìn)行放大，放INTREFREF 0 kVCdtR+1/=UU DE始輸出電壓為： INIINTREFINTt-tV積分值代入并對第 2 項積分：，將 間為積分器迫壓至 0 的時INT12 0 +t)kkU-t(t】/ （RC）.V） 【（C/（ R0=-） 2INIINTREFINIINT1IN1 v(t-t)

10、/t】V=1.1又可得：IN2 REF【 t-tt就有 T 個計數(shù)脈沖，所以 若計數(shù)脈沖表示時間 有 1000 個計算脈沖， 211 V=(VT)/1000.VV與積分器在反積分時迫壓至 為常數(shù)，所以 因為 REFIN REFIN0 時的時間成正比。T 用計數(shù)脈沖個數(shù)表示。通過譯碼器就可接收計數(shù)器狀態(tài)，實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn) 換，若 V=VT ，1000mv的數(shù)值. 的數(shù)值=那么 INREF 3 數(shù)碼管資料： 在本次設(shè)計當(dāng)中，由于 ICL7107 的特點，它只能驅(qū)動共陽極數(shù)碼管，故我 們要選用共陽極七段數(shù)碼管。在連接數(shù)碼管時，我們要注意數(shù)碼管各個管腳所 對應(yīng)的字母，不能接錯或接漏，而且在管腳之前要接上電阻

11、，以免燒壞芯片和 數(shù)碼管。 LED 數(shù)碼管中各段發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是 正向壓降較大，正向電阻也較大。在一定范圍內(nèi)，其正向電流與發(fā)光亮度成正比。由于常 規(guī)的數(shù)碼管起輝電流只有 12 mA，最大極限電流也只有 1030 mA，所以它的輸入端在 5 V 電源或高于 TTL 高電平(3.5 V)的電路信號相接時，一定要串加限流電阻，以免損壞器 件。 數(shù)碼管使用條件： a、段及小數(shù)點上加限流電阻 小數(shù)點：根據(jù)發(fā)光顏色決定、使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定；b c、使用電流：靜態(tài)：總電流 80mA（每段 10mA）；動態(tài)：平均電流 4-5mA 峰值電流 100mA 數(shù)碼管使用注意事項說

12、明： a、數(shù)碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角； b、焊接溫度：260度；焊接時間：5s c、表面有保護(hù)膜的產(chǎn)品,可以在使用前撕下來。 驅(qū)動數(shù)碼管。只要采集，并使 ICL7107 對 ICL7107 LM35 輸出電壓的由以上資料得：通過 現(xiàn)既定的功能設(shè)置正確的外部電路參數(shù)，就能實給 ICL7107 路參數(shù)設(shè)計與計算和元器件選擇依據(jù)二.電外部條件選擇： fRC1. 的系數(shù)為：震蕩頻率 。OSC 和 OSC震蕩器部件： OSCf=1/（2RC3）=0.45/( RC). OSCOSCOSCOSCOSC C=100pF，采用 為 2.5 次/秒時，而輸入脈沖頻率必須滿足 通常OSC1000T4

13、=20msN CL式子中 N 為整數(shù)，取值為：1,2,3,4, N fR=110k。=40kHz,=0.025sTN=5 一般取 實際產(chǎn)品只有 120所以 OSC OSCCL k，k。 120 所以選擇 RR 2.要足夠大，可由下式在輸入電壓范圍內(nèi)線性工作， 保證 ICL7107積分電阻 INTINT 求得： R=V/I INTINTFS =I=4V=2VR500K 主要考慮到信號輸入A，而 最大電壓本，得 一般 。INTFSINTV 7107 2V。以內(nèi)，但是為了讓來在 1V 選擇最大為 絕對在線性的工作，所以 FS CA/D 積分電容：3.轉(zhuǎn)換 器額定轉(zhuǎn)換速率和額定電流下使積 它的大小主要

14、決定于在，INT分器輸出不飽和為原則 所以： C=()/（fV）I4000 IsOSCINTINT VC=I=0.13V4 F，它 A，積分輸出電壓 時，Is 為當(dāng)轉(zhuǎn)換速率為 2.5 次/秒，INTINT一般可選 0.10.2F。 VCC降下上升。 他條件不變，要 要相同，則is ，反之轉(zhuǎn)換速率提高，在其 INTINTC=0.0474.F。因為 7107 的轉(zhuǎn)換精度為 0.05V1 字，所以在 自動穩(wěn)零電容 AE V=mv。/1 字2V，分辨率為 1 FS C15.F. 使翻轉(zhuǎn)誤差在 1 字以內(nèi)可以用 。 REF VT=2000，V=V（T6. 為計數(shù)脈沖個數(shù)，下同） 值時，滿度參考電壓 。R

15、EFIN：FSV=0.5V 所以，F(xiàn)SREF V/V=T=1000 輸出讀數(shù) 。REFIN V10100mV，輸出讀數(shù)為 1000 當(dāng)=IN VV輸出讀數(shù)為 同理 500.=1050mV=1000mV,所以 INREF V=1000mV. 所以 REF 三：設(shè)計原理圖和安裝布線圖； 1，原理圖： 5v R5 200 U21 43.0 2VOUT R4 U1 1k 31LM35 C5531V+ VIN+A1 4 B1100nF 3 C1 2 D1 832 ACOME1 6 F1 730 G1VIN- R212 A2 1128 B2VBUFF C2 10 C2500k 929 CAZD2C4 14

16、 E2 132747nF VINTF2 25 G2 R323100nF34 CREF+A3 16 B3C1RV1 3324 CREF-C3200 1536 VREF+D3 1835 VREF-E3 17100nF F3 %2237 G3TEST4 1 19 AB4 R140 OSC1 203910k POLOSC2 2138GNDOSC3V-C3110k-5v TC7107 62100PF 布線圖： Dp 忽 略 跳 線和元件清單四設(shè)備數(shù)參器件名或儀器VC890數(shù)字萬用電壓源（自制一ICL710位共陽數(shù)碼各一電1kK510K120200 一個電位器 10k 一個 LM35 3 個電容 100n

17、F 各一片47nF 和100pF 一片印刷板 排針，杜邦線和導(dǎo)線若干 五調(diào)試過程： 剛剛焊完，忍不住激動的心情，立馬接通電源測試，結(jié)果連小數(shù)點都不能顯示，這種結(jié)果 出現(xiàn)后最大可能就是電源直接與地短接了，用萬用表測試以后果然是這個原因。第 2 次的 結(jié)果在意料之中，只顯示了一個小數(shù)點。在測試完芯片的引腳電壓后，發(fā)現(xiàn)顯示驅(qū)動的引 腳輸出在 1.95V 到 2.20V 之間，所以猜想有可能是數(shù)字地未接，發(fā)現(xiàn)果然是，與此同時， 還發(fā)現(xiàn) IN未接地。接上后又只能能顯示亂碼，即可猜想應(yīng)該為焊接短斷路，所以觀察數(shù) 碼管的顯示規(guī)律后理論上可判斷可能是那幾個引腳短接。經(jīng)過檢查并解決了問題，最后調(diào) V=1V，正常

18、顯示作品制作成功。 節(jié)REF六：測試的曲線，總結(jié)設(shè)計過程，分析設(shè) 計結(jié)果 1，為了驗證設(shè)計電路的正確性以及它的實驗數(shù)據(jù)，我們對實物進(jìn)行驗證，通過 測量 LM35 的輸出電壓和數(shù)碼管的顯示值得到如下表格 LM30.30.30.20.20.30.260.20.3出數(shù)碼顯示值22.30.24.34.26.3228.36. 輸LM35 0.51 0.46 V出壓 0.360.41 數(shù)碼管 顯示值 36.041.0 46.0 51.0 曲線，如圖： V/輸出曲線，即繪制出測溫度傳感器 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 2224262830323436414651/V 曲線 產(chǎn)品檢驗的參

19、考電壓為：V+: -4.6v +4.7V V-: 2、總結(jié)設(shè)計過程和分析設(shè)計結(jié)果： 此次的設(shè)計過程進(jìn)展比較順利，主要是前期做了較為充分的準(zhǔn)備，包括查找芯片的各種資 料，ICL7107 原理的基礎(chǔ)上計算得來的外部電路參數(shù)，料，在較為充分了解 是此傳感器的各種資PCB 板，而是 采用焊次順利成功的關(guān)鍵。由于實際制作水平受限，未能像其他同學(xué)一樣采用 接制板，所以電路規(guī)模受到較大的限制。所以也未能制作出能使用獨立電源的方便 自己使用isis 進(jìn)行原理圖設(shè)計，但 是由于軟 的溫度計，不能不說是一種遺憾。當(dāng)然，也采用了件出于盜版問題，仿真不了。但出于對計算參數(shù)結(jié)果準(zhǔn)確度的信心和 考慮到仿真軟件不一定奏效的原因。討論后，決定直接實踐。所以采用了 Altium Designer 10 進(jìn)行原理圖布線。這也是出于為了減少在實際電路板走線 過程的錯誤和合理設(shè)計電路布局的考慮。由于上學(xué)期已在焊接電路板方面有過 課程的學(xué)習(xí)，所以這次焊錫制