電子課程設(shè)計(jì)論文_數(shù)字溫度計(jì)

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)院專業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師完成時(shí)間成績(jī)數(shù)字溫度計(jì)目錄數(shù)字溫度測(cè)量顯示··········································

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

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

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

5、#183;························5第三章 框圖設(shè)計(jì)·······················

6、3;····································6第四章 電路設(shè)計(jì)············&

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(shù)字電路部分········&#

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

16、183;124.4.1 AD轉(zhuǎn)換、譯碼和驅(qū)動(dòng)部分·······································124.4.2 數(shù)碼管顯示部分····

17、83;·············································13第4章 調(diào)試與問題處理··&#

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

19、183;·14第5章 總結(jié)與體會(huì)··············································

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

21、3;····················16附錄II 實(shí)物線路圖···························

22、3;····························17參考文獻(xiàn)····················

23、3;······································17電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課題名稱 數(shù)字式溫度表電路一、要求：（1） 要求溫度測(cè)量范圍為55°C150°C；顯示采用三位

24、半LED顯示，自動(dòng)顯示正、負(fù)號(hào)；取樣速頻率約為6Hz；準(zhǔn)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(bào)告；（4） 用面包板搭出電路，并調(diào)試之。二、參考方案： 三、設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容要求1.寫出你考慮該問題的基本設(shè)計(jì)思路，畫出一個(gè)實(shí)現(xiàn)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(yùn)放和其它模擬集成電路。對(duì)各部分電路的工作原理應(yīng)作出說明。3.畫出整個(gè)設(shè)計(jì)電路的原理電路圖，并簡(jiǎn)要地說明電路的工作原理。4.評(píng)分依據(jù)：設(shè)計(jì)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(bào)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(shè)計(jì)說明書的格式1封面2目錄3正文（1）課程設(shè)計(jì)任務(wù)書；（2）總體設(shè)計(jì)方案（畫出一個(gè)實(shí)現(xiàn)電路功能的大致框圖）；（3）單元電路（各組成部分電路）設(shè)計(jì)及其原理說明；（4）元器件的選擇及其相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)、參數(shù)的計(jì)算；（5）總體電路原理圖及整個(gè)電路的工作原理。4課程設(shè)計(jì)中的收獲和體會(huì)5參考文獻(xiàn)緒論在日常生活中我們用水銀溫度計(jì)來測(cè)量溫度,不僅測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)、讀數(shù)不方便、精確度不高等缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，測(cè)溫傳感器使用AD590，用三位半

26、數(shù)碼管進(jìn)行顯示這也能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求。本設(shè)計(jì)主要分為兩部分：模擬部分和數(shù)字部分。而模擬部分又大體可分為電源電路、測(cè)溫電路、放大電路；而數(shù)字部分又可分為AD采樣電路譯碼電路、驅(qū)動(dòng)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(hào)處理與放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路、譯碼電路、驅(qū)動(dòng)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(shè)計(jì)的；信號(hào)處理與放大電路主要由運(yùn)放LM324與穩(wěn)壓管LM431組成；而AD轉(zhuǎn)換電路、譯碼電路、驅(qū)動(dòng)電路都是ICL7107與外圍電路共同實(shí)現(xiàn)的；顯示電路則由三位半LED構(gòu)成；這種設(shè)計(jì)不僅測(cè)量準(zhǔn)確，而且測(cè)量范圍大，可測(cè)量零下五十?dāng)z氏度到一百五十五攝氏度范圍

27、內(nèi)的精確測(cè)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(zhǔn)，故數(shù)字式溫度計(jì)的制作相對(duì)而言較為復(fù)雜。 關(guān)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(shí)器此電路此電路可實(shí)現(xiàn)由撥碼開關(guān)事先設(shè)置的一個(gè)數(shù)值，然后按下開始開關(guān)后，數(shù)碼管將會(huì)從零開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到設(shè)置好的數(shù)值時(shí)將自動(dòng)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(shù)會(huì)相應(yīng)的增高或減小，例如發(fā)射結(jié)的電壓或電流放大倍數(shù)等來檢測(cè)其溫度的變化，然后將其經(jīng)過一些電路轉(zhuǎn)化，再用數(shù)碼管顯示出來。但由于其線性一般，而且測(cè)量溫度范圍有限，故不可以做精密測(cè)溫

28、。方案二：由于是測(cè)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(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來。本設(shè)計(jì)使用AD590溫度傳感器，用ICL7107進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，以及譯碼和驅(qū)動(dòng)三位半LED顯示。由于方案一測(cè)量不夠準(zhǔn)確，而且線性度不好，因而無法達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，因此選擇方案二。第三章框圖設(shè)計(jì)因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)是一個(gè)數(shù)字溫度表，故需要一個(gè)溫度檢測(cè)電路去檢測(cè)溫度，并將溫度值轉(zhuǎn)化為模擬電量，又因?yàn)橐跀?shù)碼管上顯示，故需要AD轉(zhuǎn)換電路去將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并將此數(shù)字量進(jìn)行譯碼，并通過驅(qū)動(dòng)電路，最終將溫度值顯示在數(shù)碼管上

29、。 AD轉(zhuǎn)換電路譯碼電路顯示電路溫度采集放大路驅(qū)動(dòng)電路第四章電路設(shè)計(jì)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(hào)處理與放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路、譯碼電路、驅(qū)動(dòng)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(shè)計(jì)的；信號(hào)處理與放大電路主要由運(yùn)放LM324與穩(wěn)壓管LM431組成；而AD轉(zhuǎn)換電路、譯碼電路、驅(qū)動(dòng)電路則由ICL7107與搭配一些外圍電路共同實(shí)現(xiàn)的；顯示電路則由三位半共陽(yáng)極七段LED數(shù)碼管構(gòu)成。4.2主體電路圖圖41為整個(gè)設(shè)計(jì)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(gè)轉(zhuǎn)換與顯示部分，其他的電路以及主體電路的每個(gè)小模塊將在下面進(jìn)行詳細(xì)

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?yàn)锳D590為電流型溫度傳感器，而其零攝氏度時(shí)的的電流為273uA，又由運(yùn)放的虛短和虛斷的有原因，故可以通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的值使圖4-1中5支路的電流為273uA，又因?yàn)殡妷河煞€(wěn)壓電路輸出得到，這是可以近似的認(rèn)為電壓是恒定的，即5支路的電流恒定不變。因此當(dāng)溫度變化時(shí)5支路的電流不會(huì)發(fā)生變化，而AD590支路的變化則會(huì)全部流向2支路，從而通過電阻R2將電流值轉(zhuǎn)換成電壓值，然后再送入ICL7107的輸入端，然后經(jīng)過數(shù)字部分的處理,最終在數(shù)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(duì)電流的測(cè)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(fù)極，3腳接地。AD590的主要參數(shù)：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(shí)物仰視圖 b)電路符號(hào)2）下圖為AD590的封裝及基本的應(yīng)用電路，此電路經(jīng)過微小的變動(dòng)就會(huì)有不同的效果，但其根本都可以由這個(gè)電路來處理得到，本設(shè)計(jì)就是在AD590的一端加的負(fù)壓來控制其電流方向的，整個(gè)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(shí)現(xiàn)，它可將

32、5V電壓轉(zhuǎn)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L(zhǎng)M431的接線圖。LM431圖4-3 LM431接線圖 4.4數(shù)字部分4.4.1 AD轉(zhuǎn)換、譯碼和驅(qū)動(dòng)部分?jǐn)?shù)字部分主要是ICL7107這個(gè)模塊，ICL7107轉(zhuǎn)化器原理圖如圖3-4所示。其中計(jì)數(shù)器對(duì)反向積分過程的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)?？刂七壿嫲ǚ诸l器、譯碼器、相位驅(qū)動(dòng)器、控制器和鎖存器。驅(qū)動(dòng)器是將譯碼器輸出對(duì)應(yīng)于共陽(yáng)極數(shù)碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅(qū)動(dòng)相應(yīng)筆畫的方波。圖4-4 ICL7107轉(zhuǎn)化器原理圖控制器的作用有三個(gè)：第一，識(shí)別積分器的工作狀態(tài)，適時(shí)發(fā)出控制信號(hào)，使各模擬開關(guān)接通或斷開，

33、A/D轉(zhuǎn)換器能循環(huán)進(jìn)行。第二，識(shí)別輸入電壓極性，控制LED數(shù)碼管的負(fù)號(hào)顯示。第三，當(dāng)輸入電壓超量限時(shí)發(fā)出溢出信號(hào)，使千位顯示“1" ，其余碼全部熄滅。釣鎖存器用來存放A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，鎖存器的輸出經(jīng)譯碼器后驅(qū)動(dòng)LED 。它的每個(gè)測(cè)量周期自動(dòng)調(diào)零（AZ）、信號(hào)積分（INT）和反向積分（DE）三個(gè)階段。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電壓波形圖如圖4-5所示圖4-5雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電壓波形圖ICL7107AD轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換和譯碼器為一體的芯片，而且這芯片能夠驅(qū)動(dòng)三個(gè)數(shù)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(gè)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?cè)诮与娐窌r(shí)要小心，不能出現(xiàn)錯(cuò)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(shè)計(jì)調(diào)試時(shí)使用直流穩(wěn)壓源供電。4.4.2數(shù)碼管顯示部分?jǐn)?shù)碼管可以分為共陽(yáng)極與共陰極兩種，共陰極是把所有LED的陽(yáng)極連接到共同接點(diǎn)地，而每一LED的陰極分別為a,b,c,d,e,f,g及dp（小數(shù)點(diǎn)），它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4-7所示。 a GbcdefgdP 圖4-7 共陽(yáng)極數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu) 在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，由于ICL7107的特點(diǎn)，它只能驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極數(shù)

36、碼管，故我們要選用共陽(yáng)極七段數(shù)碼管。在連接數(shù)碼管時(shí)，我們要注意數(shù)碼管各個(gè)管腳所對(duì)應(yīng)的字母，不能接錯(cuò)或接漏，而且在管腳之前要接上電阻，以免燒壞芯片和數(shù)碼管。第5章 調(diào)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(cuò)接的情況，檢查無誤后通電。2） 通電后先觀察數(shù)碼管是否正常點(diǎn)亮，如果不正常請(qǐng)檢查數(shù)碼管與ICL7107模塊間的連線，例如數(shù)碼管的陽(yáng)極電壓是否為5V，也可以將輸入端短路后進(jìn)行上面的測(cè)試，為了安全起見最好在通電測(cè)試前在數(shù)碼管的公共端陽(yáng)極串入一個(gè)限流電阻防止出現(xiàn)錯(cuò)誤燒壞數(shù)碼管，這個(gè)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?yàn)镮CL7107的輸出驅(qū)動(dòng)電流

37、為8毫安，可以直接驅(qū)動(dòng)二極管）。3） 數(shù)碼管正常點(diǎn)亮后，就要開始真正的調(diào)試了，首先將輸入信號(hào)短接，看一下數(shù)碼管是否顯示為零，如果不是請(qǐng)調(diào)節(jié)4-1圖中的滑動(dòng)變阻器R2使之為零，也可以測(cè)量ICL7107模塊的基準(zhǔn)電壓（36腳）是否為1V，也有同樣的效果，因?yàn)榇穗娐返牧砍虨?V，由VIN=2VREF，故可推出此時(shí)的VREF=1V。此部分也可稱為數(shù)字部分的調(diào)節(jié)。4） 模擬部分的調(diào)節(jié)主要是調(diào)節(jié)圖4-1中滑動(dòng)變阻器R1，用萬用表觀察穩(wěn)壓源輸出端與運(yùn)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(shí)溫度傳感器的輸出電流)，由此來檢測(cè)溫度傳感器輸出端電流的變化（溫度的變化），同時(shí)也應(yīng)該測(cè)量一下運(yùn)放的兩個(gè)輸入端是否為接近為零，若是則為正常，反之不正，這時(shí)就應(yīng)該檢測(cè)運(yùn)放部分是否有漏接或短接的情況，或者檢測(cè)運(yùn)放的好壞。5） 模