數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)

PAGE武漢理工大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)說明書目錄摘要 IAbstract II1電路設(shè)計(jì) 11.1溫度測量電路設(shè)計(jì) 11.2A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 21.3顯示電路設(shè)計(jì) 41.4總體電路 52仿真結(jié)果 63實(shí)物展示 84心得體會 9參考文獻(xiàn) 10武漢理工大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)說明書PAGEII摘要數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，首先需要采集溫度信號，而測量對象溫度是連續(xù)變化的物理量，是模擬量，這種模擬量可由變換器或傳感器進(jìn)行測量，并通常以模擬電壓或電流的形式輸出，當(dāng)數(shù)字計(jì)算機(jī)參與控制時(shí)，要求輸入信號為數(shù)字量，所以，必須先把模擬量變換成數(shù)字量，才能被數(shù)字計(jì)算機(jī)接受。采集到的溫度信號以電壓或電流形式輸出，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號并顯示出來。關(guān)鍵詞：溫度采集，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，數(shù)字顯示AbstractThedesignofthedigitalthermometer,wefirstneedtocollectiontemperaturesignal,butmeasuringtemperatureobjectiscontinuousvariationofthephysicalquantities,isananalog,thesimulationquantitycanbemeasuredbytheconverterorsensors,andofteninthesimulationoftheoutputvoltageorcurrentform,whilethedigitalcomputerincontrol,therequirementsforthedigitalquantityinputsignal,so,mustfirstquantitativechangeintothedigitalquantitysimulation,canbeadigitalcomputeraccept.Thecollectedtemperaturesignaltovoltageorcurrentformoutput,viaanalogtodigitalconvertercircuit,analogsignalintoadigitalsignalanddisplayed.Keywords:temperaturegathering,transformcircuitmodule,digitaldisplayPAGE101電路設(shè)計(jì)AD590溫度傳感器可以實(shí)現(xiàn)對溫度信號的采集，并且以電流的形式輸出，電流信號經(jīng)由運(yùn)放和偏置電阻，將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路變?yōu)閿?shù)字信號，再經(jīng)過譯碼器以及數(shù)碼管顯示電路在數(shù)碼管上顯示溫度。1.1溫度測量電路設(shè)計(jì)溫度測量用到AD590溫度傳感器，它的特點(diǎn)是流過器件的電流即是器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度，并且溫度與電流成線性關(guān)系，所以它可以將溫度信號轉(zhuǎn)換為電流信號，把它與電阻串聯(lián)，即實(shí)現(xiàn)電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，為加強(qiáng)電路的帶負(fù)載能力，在后面加一個(gè)電壓跟隨器，減小后級電路對前級的影響。根據(jù)AD590規(guī)格介紹，在0℃時(shí)，電流為I=273μA，為了使在0℃時(shí)，電壓輸出為0，,加入一個(gè)偏移量，來抵消此時(shí)AD590的輸出。圖SEQ圖表\*ARABIC1溫度采集電路其中電位器用來調(diào)整零點(diǎn)，調(diào)整零點(diǎn)的方法，可以通過實(shí)驗(yàn)法來調(diào)整，在零攝氏度條件下，調(diào)節(jié)電位器，使輸出電壓為零。R42是運(yùn)放增益，根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換芯片可測電壓的量程，這里選擇R42=10kΩ，根據(jù)AD590特性，溫度每增高1攝氏度，電流增加1μA，而電壓增加10mV，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)放輸出電壓與溫度成正比關(guān)系。根據(jù)任務(wù)要求，測量溫度范圍為0℃～100℃，可以得出運(yùn)放輸出電壓為01.2A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換電路使用的芯片是ICL7135，它是4位雙積分A/D轉(zhuǎn)換芯片，擁有選通控制的BCD碼輸出，其中，正向積分為被測模擬電壓積分，反向積分為基準(zhǔn)電壓積分，其具有精度高、抗干擾性能好、價(jià)格低的特點(diǎn)。每次A/D轉(zhuǎn)換前，內(nèi)部電路會自動進(jìn)行清零操作，輸出為動態(tài)掃描BCD碼。圖2ICL7135引腳圖芯片部分引腳功能：CLKIN:時(shí)鐘信號輸入REFC+:外接參考電容正,典型值1μFREFC-:外接參考電容負(fù)BUFFO:緩沖放大器輸出端,典型外接積分電阻INTO:積分器輸出端,典型外接積分電容AZIN:自校零端LOW:欠量程信號輸出端HIGH:過量程信號輸出端STOR:數(shù)據(jù)輸出選通信號，該端用于將轉(zhuǎn)換結(jié)果打到并行I/O接口R/H:自動轉(zhuǎn)換/停頓控制輸入POL:極性信號輸出BUSY:忙信號輸出,高電平有效B8～B1:BCD碼輸出D5:萬位選通D4～D1:千,百,十,個(gè)位選通根據(jù)芯片的中文資料，設(shè)計(jì)時(shí)采用它的一種典型的應(yīng)用電路，該電路可將溫度測量電路測得的電壓信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的BCD碼。圖3ICL7315典型應(yīng)用電路根據(jù)該典型電路設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換電路如下：圖4AICL7135的量程為-2V～2V，設(shè)計(jì)的溫度采集電路輸出電壓范圍為0～1V，符合要求，ICL7135可以正常工作。1.3顯示電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)譯碼器使用74LS47集成芯片，輸出低電平有效，即當(dāng)輸出為零時(shí)，相對應(yīng)的字段點(diǎn)亮，相反，輸出為高電平時(shí)，相應(yīng)字段不亮，輸入A3、A2、A1和A0接收A/D轉(zhuǎn)換電路所得的4位二進(jìn)制BCD碼，輸出Qa、Qb、Qc、Qd、Qe、Qf和Qg分別接驅(qū)動七段顯示器的a、b、c、d、e、f、g。本次課設(shè)七段數(shù)碼管采用的是共陽顯示電路，即將二極管的正極連在一起并接到5V電源上，顯示電路中需要加限流電阻，限流電阻的選?。?V電源電壓減去發(fā)光二極管的工作電壓除上10mA到15mA，得數(shù)即為限流電阻的值。發(fā)光二極管工作電流一般選取在10到20mA，電流選小了，數(shù)碼管發(fā)光不太亮，電流選大了，容易把數(shù)碼管燒壞。溫度顯示為個(gè)位、十位、一位小數(shù)以及表示零下溫度的負(fù)號，所以顯示電路使用了4片74LS47對A/D轉(zhuǎn)換電路得來的BCD碼進(jìn)行譯碼，并通過數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)對溫度的數(shù)字顯示，其中，第一個(gè)數(shù)碼管，當(dāng)溫度為零下時(shí)顯示負(fù)號，溫度為零上時(shí)不顯示，第二個(gè)數(shù)碼管顯示溫度的十位數(shù)字，第三個(gè)數(shù)碼管顯示溫度的個(gè)位數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)，第四個(gè)數(shù)碼管顯示溫度的第一位小數(shù)位數(shù)字。電路圖如下：圖5顯示電路1.4總體電路總體電路如下圖：圖6總體電路AD590溫度傳感器將溫度信號轉(zhuǎn)換為電流信號，電流經(jīng)過R42偏執(zhí)電阻和運(yùn)放U22P轉(zhuǎn)換為電壓信號并從運(yùn)放輸出端輸出，將輸出信號加到ICL7315的INHI和INLO端，即模擬輸入端口，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路后，轉(zhuǎn)換所得BCD碼從B1～B4輸出并傳輸?shù)阶g碼電路，驅(qū)動數(shù)碼管的顯示，至此，完成了溫度模擬信號的采集，數(shù)字轉(zhuǎn)換，以及顯示。2仿真結(jié)果控制溫度采集電路使得溫度為零攝氏度，得到仿真結(jié)果如下，由圖可知，溫度采集電路的偏移電阻設(shè)計(jì)正確，總體電路正常工作。圖7零攝氏度時(shí)仿真結(jié)果隨機(jī)選取一個(gè)正溫度36.8攝氏度，對電路進(jìn)行仿真，得出正確仿真結(jié)果，電路正常工作。圖836.8攝氏度時(shí)仿真結(jié)果因?yàn)镮CL7135的量程范圍為-2V～2V，所以設(shè)計(jì)的電路可以測出零下溫度，隨機(jī)選取一個(gè)負(fù)溫度零下23.0攝氏度，得出仿真結(jié)果如下，電路可以正常工作。圖9零下23攝氏度時(shí)的仿真結(jié)果3實(shí)物展示圖10實(shí)物圖4心得體會通過本次課程設(shè)計(jì)，我明白了模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，溫度的采集，以及顯示電路的設(shè)計(jì)與原理。在本次課程設(shè)計(jì)過程中，遇到的問題首先是芯片的使用，例如，AD590的特點(diǎn)是流過器件的電流即為器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度等，ICL7135芯片的典型應(yīng)用電路，很方便的將模擬量轉(zhuǎn)化為BCD碼，顯示電路中74LS47的使用特點(diǎn)以及譯碼器與數(shù)碼管之間的接法，這些問題在課程設(shè)計(jì)之前，都不清楚，通過查資料，相關(guān)書籍，以及問同學(xué)，將這些問題一一解決，為電路的設(shè)計(jì)做好了鋪墊。在設(shè)計(jì)電路過程中，器件參數(shù)的選擇很重要，例如，在溫度采集電路中，為使當(dāng)溫度為零時(shí)，輸出電壓為零所加的偏移電阻，在顯示電路中，為防止數(shù)碼管燒壞所加的限流電阻，A/D轉(zhuǎn)換電路中，典型應(yīng)用所給出的器件參數(shù)，這些參數(shù)的選擇都是有一定理論依據(jù)的。在實(shí)物制作過程中，電子器件的布局是否合理，是否美觀都是需要考慮的因素，元器件較多，而且線路多而繁雜，焊接時(shí)，容易將本不該相連的兩點(diǎn)連接在一起，尤其是顯示電路部分，焊接時(shí)，需要十分小心。在檢驗(yàn)實(shí)物的過程中，可能由于二級管電流過大，將數(shù)碼管燒壞，這些問題在今后的設(shè)計(jì)中需要注意。這次課程設(shè)計(jì)，我收獲很大，提高了我遇到問題解決問題的能力，加強(qiáng)了與同學(xué)就學(xué)習(xí)問題的交流討論，加強(qiáng)了自己的動手能力，明白了團(tuán)隊(duì)合作的作用，同時(shí)也認(rèn)識到了自己不足，在電路設(shè)計(jì)，元件參數(shù)的選取，焊接實(shí)物的問題上仍然存在不足，最重要的是認(rèn)識到了光有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，理論需要結(jié)合實(shí)踐才能