電子課程設計論文_數字溫度計

1、電子技術課程設計報告學院專業(yè)班級學生姓名指導教師完成時間成績數字溫度計目錄數字溫度測量顯示··········································

2、83;········1緒論·········································

3、·······················4第一章 電路仿真（可編程定時器）························&

4、#183;···················5第二章 方案論證與選擇····························&

5、#183;························5第三章 框圖設計·······················

6、3;····································6第四章 電路設計············&

7、#183;···············································64.1 電路說明

8、3;·················································

9、3;···········74.2 主體電路圖·····································

10、·······················84.3. 模擬電路部分·························

11、·································94.3.1 溫度采集與處理電路··············&#

12、183;······························104.3.2 AD590功能及特性················&#

13、183;······························114.3.3 穩(wěn)壓電路·················&#

14、183;·······································114.4 數字電路部分········&#

15、183;·················································&#

16、183;124.4.1 AD轉換、譯碼和驅動部分·······································124.4.2 數碼管顯示部分····

17、83;·············································13第4章 調試與問題處理··&#

18、183;·················································&#

19、183;·14第5章 總結與體會··············································

20、83;···········15附錄I 元器件清單····································

21、3;····················16附錄II 實物線路圖···························

22、3;····························17參考文獻····················

23、3;······································17電子技術課程設計任務書課題名稱 數字式溫度表電路一、要求：（1） 要求溫度測量范圍為55°C150°C；顯示采用三位

24、半LED顯示，自動顯示正、負號；取樣速頻率約為6Hz；準確度±1，±1字；（2） 工作溫度范圍040°C,電源為±5V；（3） 畫出電路圖，寫出完整的報告；（4） 用面包板搭出電路，并調試之。二、參考方案： 三、設計報告內容要求1.寫出你考慮該問題的基本設計思路，畫出一個實現電路功能的大致框圖。2.畫出框圖中的各部分電路，盡量選用各種集成運放和其它模擬集成電路。對各部分電路的工作原理應作出說明。3.畫出整個設計電路的原理電路圖，并簡要地說明電路的工作原理。4.評分依據：設計思路；單元電路正確與否；整體電路是否完整；電路原理說明是否基本正確；報告是否清晰；

25、答辯過程中回答問題是否基本正確。四、課程設計說明書的格式1封面2目錄3正文（1）課程設計任務書；（2）總體設計方案（畫出一個實現電路功能的大致框圖）；（3）單元電路（各組成部分電路）設計及其原理說明；（4）元器件的選擇及其相關技術數據、參數的計算；（5）總體電路原理圖及整個電路的工作原理。4課程設計中的收獲和體會5參考文獻緒論在日常生活中我們用水銀溫度計來測量溫度,不僅測量時間長、讀數不方便、精確度不高等缺點。本設計所介紹的數字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用，測溫傳感器使用AD590，用三位半

26、數碼管進行顯示這也能準確達到以上要求。本設計主要分為兩部分：模擬部分和數字部分。而模擬部分又大體可分為電源電路、測溫電路、放大電路；而數字部分又可分為AD采樣電路譯碼電路、驅動電路和顯示電路。系統(tǒng)整體電路包括，溫度采集電路、穩(wěn)壓電路、信號處理與放大電路、AD轉換電路、譯碼電路、驅動電路和顯示電路。其中溫度采集電路的主體是圍繞溫度傳感器AD590設計的；信號處理與放大電路主要由運放LM324與穩(wěn)壓管LM431組成；而AD轉換電路、譯碼電路、驅動電路都是ICL7107與外圍電路共同實現的；顯示電路則由三位半LED構成；這種設計不僅測量準確，而且測量范圍大，可測量零下五十攝氏度到一百五十五攝氏度范圍

27、內的精確測量，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，故數字式溫度計的制作相對而言較為復雜。 關鍵詞：ICL7107 溫度傳感器AD590 穩(wěn)壓管LM431 第1章 電路仿真1.1可編程定時器此電路此電路可實現由撥碼開關事先設置的一個數值，然后按下開始開關后，數碼管將會從零開始計數，當計數到設置好的數值時將自動變成零。第二章方案論證與選擇方案一：從三極管的性能可以知道隨著溫度的升高，三極管的某些參數會相應的增高或減小，例如發(fā)射結的電壓或電流放大倍數等來檢測其溫度的變化，然后將其經過一些電路轉化，再用數碼管顯示出來。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

28、。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，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉換后，就可以用進行數據的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來。本設計使用AD590溫度傳感器，用ICL7107進行AD轉換，以及譯碼和驅動三位半LED顯示。由于方案一測量不夠準確，而且線性度不好，因而無法達到設計的要求，因此選擇方案二。第三章框圖設計因為本設計是一個數字溫度表，故需要一個溫度檢測電路去檢測溫度，并將溫度值轉化為模擬電量，又因為要在數碼管上顯示，故需要AD轉換電路去將模擬量轉化為數字量，并將此數字量進行譯碼，并通過驅動電路，最終將溫度值顯示在數碼管上

29、。 AD轉換電路譯碼電路顯示電路溫度采集放大路驅動電路第四章電路設計4.1 電路說明系統(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轉換電路、譯碼電路、驅動電路和顯示電路。其中溫度采集電路的主體是圍繞溫度傳感器AD590設計的；信號處理與放大電路主要由運放LM324與穩(wěn)壓管LM431組成；而AD轉換電路、譯碼電路、驅動電路則由ICL7107與搭配一些外圍電路共同實現的；顯示電路則由三位半共陽極七段LED數碼管構成。4.2主體電路圖圖41為整個設計的主體電路部分，它包括了模擬部分的溫度采集與處理部分，也包含了整個轉換與顯示部分，其他的電路以及主體電路的每個小模塊將在下面進行詳細

30、的介紹。圖41 主體電路4.3 模擬電路部分4.3.1 溫度采集與處理電路 如圖42所示，為模擬部分的主要電路。因為AD590為電流型溫度傳感器，而其零攝氏度時的的電流為273uA，又由運放的虛短和虛斷的有原因，故可以通過調節(jié)滑動變阻器的值使圖4-1中5支路的電流為273uA，又因為電壓由穩(wěn)壓電路輸出得到，這是可以近似的認為電壓是恒定的，即5支路的電流恒定不變。因此當溫度變化時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將電流值轉換成電壓值，然后再送入ICL7107的輸入端，然后經過數字部分的處理,最終在數碼管上顯示溫度值。AD590圖42 溫度采集與處

31、理電路4.3.2 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，a)圖所示其中1腳接正極，2腳接負極，3腳接地。AD590的主要參數：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/Ka)實物仰視圖 b)電路符號2）下圖為AD590的封裝及基本的應用電路，此電路經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理得到，本設計就是在AD590的一端加的負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。4.3.3穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓主要由LM431實現，它可將

32、5V電壓轉換為2.5V的電壓，并為電路穩(wěn)定的提供2.5V的電壓，從而為電路的可靠性提供了保障，圖4-3就為LM431的接線圖。LM431圖4-3 LM431接線圖 4.4數字部分4.4.1 AD轉換、譯碼和驅動部分數字部分主要是ICL7107這個模塊，ICL7107轉化器原理圖如圖3-4所示。其中計數器對反向積分過程的時鐘脈沖進行計數?？刂七壿嫲ǚ诸l器、譯碼器、相位驅動器、控制器和鎖存器。驅動器是將譯碼器輸出對應于共陽極數碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅動相應筆畫的方波。圖4-4 ICL7107轉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，使各模擬開關接通或斷開，

33、A/D轉換器能循環(huán)進行。第二，識別輸入電壓極性，控制LED數碼管的負號顯示。第三，當輸入電壓超量限時發(fā)出溢出信號，使千位顯示“1" ，其余碼全部熄滅。釣鎖存器用來存放A/D轉換的結果，鎖存器的輸出經譯碼器后驅動LED 。它的每個測量周期自動調零（AZ）、信號積分（INT）和反向積分（DE）三個階段。雙積分型A/D轉換器的電壓波形圖如圖4-5所示圖4-5雙積分型A/D轉換器的電壓波形圖ICL7107AD轉換器的管腳排列及其各管腳功能如圖3-6所示。 1 V+ OSC1 402 D1 OSC2 393 C1 OSC3 384 B1 TEST 375 A1 REF HI 366 F1 RE

34、F 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 C3 2418 E3 A3 2319 BC4 G3 2220 POL GND 21 圖4-6 ICL7107管腳排列ICL7107是集A/D轉換和譯碼器為一體的芯片，而且這芯片能夠驅動三個數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

35、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，不能出現錯誤。此外，ICL7107需+5V和-5V兩組電源供電。由于采用LED方式顯示，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，本次設計調試時使用直流穩(wěn)壓源供電。4.4.2數碼管顯示部分數碼管可以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地，而每一LED的陰極分別為a,b,c,d,e,f,g及dp（小數點），它的內部結構圖如圖4-7所示。 a GbcdefgdP 圖4-7 共陽極數碼管內部結構 在本次設計當中，由于ICL7107的特點，它只能驅動共陽極數

36、碼管，故我們要選用共陽極七段數碼管。在連接數碼管時，我們要注意數碼管各個管腳所對應的字母，不能接錯或接漏，而且在管腳之前要接上電阻，以免燒壞芯片和數碼管。第5章 調試與問題處理 1）電路搭建完成后先檢查是否有漏接，短接或錯接的情況，檢查無誤后通電。2） 通電后先觀察數碼管是否正常點亮，如果不正常請檢查數碼管與ICL7107模塊間的連線，例如數碼管的陽極電壓是否為5V，也可以將輸入端短路后進行上面的測試，為了安全起見最好在通電測試前在數碼管的公共端陽極串入一個限流電阻防止出現錯誤燒壞數碼管，這個限流電阻可以幾十歐姆就可以，在通電后顯示正常的話可以將此限流電阻拿掉（因為ICL7107的輸出驅動電流

37、為8毫安，可以直接驅動二極管）。3） 數碼管正常點亮后，就要開始真正的調試了，首先將輸入信號短接，看一下數碼管是否顯示為零，如果不是請調節(jié)4-1圖中的滑動變阻器R2使之為零，也可以測量ICL7107模塊的基準電壓（36腳）是否為1V，也有同樣的效果，因為此電路的量程為2V，由VIN=2VREF，故可推出此時的VREF=1V。此部分也可稱為數字部分的調節(jié)。4） 模擬部分的調節(jié)主要是調節(jié)圖4-1中滑動變阻器R1，用萬用表觀察穩(wěn)壓源輸出端與運放正極之間的電壓是否為2.5V，此目的就是為了讓穩(wěn)壓源輸出端的電流等于273uA(零攝氏度時溫度傳感器的輸出電流)，由此來檢測溫度傳感器輸出端電流的變化（溫度的變化），同時也應該測量一下運放的兩個輸入端是否為接近為零，若是則為正常，反之不正，這時就應該檢測運放部分是否有漏接或短接的情況，或者檢