數(shù)字溫度計課程設(shè)計 (2)

1、<p><b>　　數(shù)字溫度計設(shè)計</b></p><p><b>　　主要內(nèi)容：</b></p><p>　　設(shè)計一個數(shù)字溫度計，測量范圍：0～100 OC。溫度的實時LED數(shù)字顯示。測量溫度信號為模擬量。</p><p><b>　　基本要求：</b></p><p&

2、gt;　　1.畫出數(shù)字溫度計的結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　2.畫出系統(tǒng)原理電路圖。</p><p>　　3.用MULTISIM進(jìn)行仿真實驗。</p><p>　　4.按要求完成課程設(shè)計報告，交激光打印報告和電子文檔。</p><p><b>　　一、設(shè)計任務(wù)與要求</b></p><p>　　

3、設(shè)計一個數(shù)字溫度計，測量范圍：0～100 OC。溫度的實時LED數(shù)字顯示。測量溫度信號為模擬量。</p><p>　　1、量程:0-100℃ </p><p>　　2、基本誤差:±1%F.S3、 分辨率：0.1℃ 4、 顯示方式：液晶顯示器（ＬEＤ）表示，最大數(shù)值100。</p><p><b>　　二、總體設(shè)計思想</b>&

4、lt;/p><p><b>　　1.基本原理</b></p><p>　　由于溫度計的應(yīng)用很廣，所以溫度計的設(shè)計也不完全一樣。以前一般采用熱電偶、玻璃液體溫度計、雙金屬溫度計、壓力式溫度計、熱電阻和非接觸式溫度計等進(jìn)行溫度測量。其中熱電偶的溫度測量范圍較寬，它無需使用驅(qū)動電源即可直接產(chǎn)生電壓（溫差電勢）信號，該信號既可用直流測量儀器（如電位差計、數(shù)字電壓表、毫伏計等）讀取

5、，以通過熱電偶溫度特性分度表查出對應(yīng)的溫度；也可以用線性校正電路將小信號電壓放大后，通過顯示儀表的刻度讀數(shù)。在某些輸油、輸氣管道應(yīng)用中，往往要求對溫度進(jìn)行長時間監(jiān)測，且要求能夠快速準(zhǔn)確地讀數(shù)。此時，上述各類溫度計則難以勝任。而如果將熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并通過液晶來顯示其溫度結(jié)果，這種方法反應(yīng)迅速，測量精度高，功耗小，顯示直觀。因此，由熱電偶、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)和液晶模塊組成的數(shù)字式低功耗高精度溫

6、度計可以代替各種機(jī)械式溫度計來完成特殊情況下的溫度測控工作，且便于實現(xiàn)小型化設(shè)計。但在本設(shè)計中，數(shù)字溫度計應(yīng)用的對象是一般家庭里，主要包括以下幾部分：</p><p><b>　　(1).取樣電路</b></p><p>　　溫度傳感器就是能將溫度信號反映到電信號上去，這個我們可以用熱敏電阻及一些熱傳感器來實現(xiàn)，由于熱敏電阻的阻值與溫度不成線性關(guān)系，所以這里主要是用溫

7、度傳感器將溫度信號線性地反映到電壓上來實現(xiàn)溫度取樣，測量溫度信號為模擬量。</p><p><b>　　(2).放大電路</b></p><p>　　放大電路可以有三極管放大或是用集成運(yùn)算放大器放大，由于在這里放大器的功能是為了調(diào)節(jié)傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器的關(guān)系，故可以用集成運(yùn)算放大器通過負(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)。</p>

8、<p><b>　　(3).驅(qū)動電路</b></p><p>　　驅(qū)動電路是為了讓顯示器將A/D所轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)無誤地表現(xiàn)出來。這里主要是驅(qū)動LED顯示及保護(hù)LED的電路，要想讓LED正常工作，必需提供適當(dāng)?shù)碾妷?，保證電流不能超過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)動電路來制LED控顯示。</p><p>　　(4).A

9、/D轉(zhuǎn)換及分析</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換主要的任務(wù)是對模擬電信號進(jìn)行分析，將其信號轉(zhuǎn)換成數(shù)碼顯示出來，可能的話還可以對信號進(jìn)行分析預(yù)處理。這里也主要是采用MC14433芯片，采用這個芯片可以大大減少A/D轉(zhuǎn)換及譯碼電路，因為它本身輸出就是BCD碼，而且是按十進(jìn)制位串行輸出的，同時它還包含了時序電路即用來串行輸出用掃描顯示用的電路及超過適用范圍時發(fā)出提示信號，極大簡化了電路，從而提高了電路的穩(wěn)定性及減少功耗。

10、</p><p><b>　　(5).顯示電路</b></p><p>　　顯示電路可以用各種類型的七段LED顯示，出于對器件考慮，在這里僅用最常見的7段碼顯示即可。</p><p><b>　　2.系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　圖1 數(shù)字溫度計設(shè)計框圖</p><p&

11、gt;<b>　　三、具體設(shè)計</b></p><p>　　本設(shè)計主要構(gòu)成部分應(yīng)該是由模擬傳感器、線性放大電路、A/D轉(zhuǎn)換分析、驅(qū)動電路及顯示五部分組成。下面主要詳細(xì)介紹各個電路的具體功能。</p><p><b>　　取樣電路設(shè)計</b></p><p>　　National Semiconductor 公司的LM35A

12、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。</p><p>　　轉(zhuǎn)換公式如式(1)，0時輸出為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)處理即可達(dá)到C°、CC41°±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，正、負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的量測；兩種

13、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。 </p><p>　　Vout_lm35（T）=10mV/°C×T°C (1)</p><p>　　圖2 溫度取樣電路</p><p><b>　　信號放大電路</b></p><p>　　這里的放

14、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，R4與R6相同，從而構(gòu)成兩倍放大電路。</p><p>　　圖3 信號放大器電路</p><p><b>　　譯碼驅(qū)動電路</b></p><p>　　為了讓LED正常工作，設(shè)計了這個譯碼驅(qū)動電路，這里采用的是74LS48芯片。</p><p>　　

15、圖4 譯碼驅(qū)動電路</p><p><b>　　A/D轉(zhuǎn)換電路</b></p><p>　　在這部分電路里面，主要就是用MC14433集成A/D轉(zhuǎn)換器，這與其強(qiáng)大的功能是離不開的。如圖4中R1、R1/C1、C01、C02、CLKI、CLKO分別為構(gòu)成積分器、自動調(diào)零補(bǔ)償電路及改變電路時鐘頻率電路。這里用的是常用的參數(shù)，時鐘頻率是66KHz，UI,UAG則為輸入信號的

16、兩極，UR為參照電壓，即Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換最大電壓，能過對UAG與UR的調(diào)節(jié)，可以將傳感器輸出的電壓信號正確地從零開始線性增加，這也是本電路設(shè)計的核心部分，通過這個設(shè)置，還可以擴(kuò)大數(shù)字溫度計的適用范圍，對顯示部分電路稍作修改就可以對開爾文溫度直接顯示，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。</p><p><b>　　顯示電路</

17、b></p><p>　　顯示電路主要是由三個LED七段顯示器，從左到右分別為十位、個位及小數(shù)位。</p><p><b>　　圖5 顯示電路</b></p><p><b>　　四、結(jié)論</b></p><p>　　剛接到這個題目感覺難死了，后來慢慢分析與借鑒資料，才使我對數(shù)字溫度計的課程

18、設(shè)計和研究，使我學(xué)習(xí)到了許多的知識，也體會到學(xué)習(xí)知識不僅要從書本上積累，還要通過實踐來不斷探索、體會，只有把理論融入實踐當(dāng)中，才能真正的掌握該知識。對于這個課題，一開始拿到的任務(wù)書中只有一些對電路性能的要求，沒有更多的信息。所以我首先去圖書館查找相關(guān)的資料，進(jìn)行資料的收集工作，查找我需要電路圖的工作原理和元器件的特性，為以后的設(shè)計做準(zhǔn)備。</p><p>　　電路的設(shè)計首先要有一個設(shè)計的思想，根據(jù)設(shè)計的課題和要求

19、，運(yùn)用自己所學(xué)的知識和所查到的資料進(jìn)行電路的設(shè)計，然后再通過MULTISIM進(jìn)行仿真，MULTISIM以前沒學(xué)過，還的慢慢學(xué)習(xí)，將電路圖中的參數(shù)設(shè)出來，大體的設(shè)計就基本結(jié)束了。說起來覺得挺容易，但是我們在設(shè)計時有時會漏掉一些細(xì)節(jié)問題，不過在同學(xué)之間的研討下，很快將問題解決了，終于完成了任務(wù)。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計我感到，首先我的基礎(chǔ)知識并不十分扎實，更沒有完全的融會貫通，所以我在以后的生活和學(xué)習(xí)中

20、一定要注重基礎(chǔ)知識的積累和運(yùn)用，增強(qiáng)自己的實踐能力，會在以后的學(xué)習(xí)過程中增加對電路的分析和設(shè)計任務(wù)?？傊?，在這次課程設(shè)計的過程中，我學(xué)習(xí)到了許多的知識，發(fā)現(xiàn)了許多問題，增強(qiáng)了我分析問題和解決問題的能力，提高了我獨(dú)立思考問題，發(fā)現(xiàn)問題以及借助同學(xué)和外界條件完成自我任務(wù)的能力，這次課程設(shè)計令我受益匪淺，為我以后的學(xué)習(xí)和工作奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　今后我會更加努力學(xué)習(xí)知識，老師交給的任務(wù)提前完成。</p

21、><p><b>　　五、附錄</b></p><p><b>　　1.原理圖</b></p><p><b>　　圖6 總體電路</b></p><p><b>　　2.仿真圖</b></p><p>　　圖7 放大電路仿真<

22、;/p><p>　　圖8 驅(qū)動顯示仿真電路</p><p><b>　　3.元件清單</b></p><p>　　注：1.CD4511是BCD-鎖存/七段譯碼/驅(qū)動器： </p><p>　　有燈測試功能；以反相器作輸出級，用以驅(qū)動LED或數(shù)碼管；具有消隱輸入；顯示數(shù)6時，a=0,顯示9時，d=0 . </p>

23、<p>　　1--B,2--C,3--LT（為燈測試輸入端）,4--BI（數(shù)據(jù)輸入端）,5--LE（鎖存使能，鎖存輸入使能）,6--D,7--A,8--VSS（電源負(fù)極）（A，B，C，D為門電路的輸入端） </p><p>　　9--e,10--d,11--c,12--b,13--a,14--g,15--f, </p><p>　　16--vdd(電源正極）（a,b,c,d,

24、e,f,g為譯碼輸出；顯示字符端輸出，連接數(shù)碼管的相應(yīng)腳）。</p><p>　　2.MC14433是美國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)，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下：</p&

25、gt;<p>　　精度：讀數(shù)的±0.05%±1字 </p><p>　　模擬電壓輸入量程：1.999V和199.9mV兩檔 </p><p>　　轉(zhuǎn)換速率：2-25次/s </p><p>　　輸入阻抗：大于1000MΩ </p><p>　　電源電壓：±4.8V—±8V </p&g

26、t;<p>　　功耗：8mW（±5V電源電壓時，典型值） </p><p>　　采用字位動態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千、百、十、個位BCD碼分時在Q0—Q3輪流輸出，同時在DS1—DS4端輸出同步字位選通脈沖，很方便實現(xiàn)LED的動態(tài)顯示。 </p><p>　　MC14433最主要的用途是數(shù)字電壓表，數(shù)字溫度計等各類數(shù)字化儀表及計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換接口。&

27、lt;/p><p>　　3.LM35是由National Semiconductor所生產(chǎn)的溫度感測器，其輸出電壓與攝氏溫標(biāo)呈線性關(guān)系, 0時輸出為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)處理即可達(dá)到C°、CC41°±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，正、負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的量測；兩種接

28、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。</p><p><b>　　主要參考資料：</b></p><p>　　[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.</p><p>　　[2] 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社，1997.</p>