南郵電子課程設(shè)計報告-溫度測量儀

溫度測量儀摘要本課題采用lm35傳感器作為感知元件，輸出電壓經(jīng)放大后由A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成相應(yīng)地址，送至AT28C64存儲芯片輸出相應(yīng)地址的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過74157選擇，由CD4511負(fù)責(zé)數(shù)碼管的譯碼，最終在兩位共陰數(shù)碼管上進展顯示。本課題采用CD4029進展計數(shù)預(yù)警，采用分位計數(shù)的方案，由7485進展比擬后判斷是否進展溫度預(yù)警。關(guān)鍵詞：lm35溫度測量預(yù)警AD0809目錄系統(tǒng)指標(biāo)——————————系統(tǒng)預(yù)期指標(biāo)—————————2系統(tǒng)構(gòu)造要求—————————系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求———————設(shè)計條件———————————方案設(shè)計——————————2.1方案流程———————————2.2方案的整體設(shè)計————————第三章模塊詳細(xì)設(shè)計————————3.1傳感器及其放大電路模塊————3.2A/D及存儲器模塊————————3.3數(shù)碼管顯示模塊————————————3.4計數(shù)模塊———————————3.5比擬判斷以及報警模塊—————3.6顯示切換模塊—————————第四章測試與調(diào)試—————————4.1數(shù)字顯示電路的調(diào)試——————4.2ADC、AT28C64與顯示電路的連接調(diào)試————————————————4.3NE555頻率發(fā)生調(diào)試——————4.4傳感器與顯示電路的調(diào)試————4.5報警溫度的設(shè)定與判斷調(diào)試———第五章設(shè)計總結(jié)——————————5.1設(shè)計完成情況—————————5.2問題與改良——————————5.3心得體會———————————第一章系統(tǒng)指標(biāo)1.1系統(tǒng)預(yù)期指標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計要求該溫度測量儀能夠顯示當(dāng)前環(huán)境溫度，并兼有環(huán)境溫度超溫警報功能。預(yù)警溫度能夠手動進展設(shè)置。1.2系統(tǒng)構(gòu)造要求本課題給出的構(gòu)造框圖如下，要求有系統(tǒng)復(fù)位開關(guān)S1鍵，報警溫度切換設(shè)定開關(guān)S2鍵。圖1.2.11.3系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求〔1〕溫度測量圍：0℃~99℃〔2〕顯示精度：1℃〔3〕測溫靈敏度：20mv/℃〔4〕顯示采用四位共陰數(shù)碼管〔5〕溫度報警采用LED發(fā)光二極管或蜂鳴器〔6〕報警溫度可以任意設(shè)定1.4設(shè)計條件〔1〕電源：0~15V穩(wěn)壓電源可調(diào)〔2〕可供選擇的器件下表所示各電容、電阻、發(fā)光二級管等元件自定。第二章方案設(shè)計2.1方案流程溫度測量儀的本質(zhì)是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并進展相應(yīng)的信息反應(yīng)，以到達(dá)幫助人們感知環(huán)境的目的。所以溫度信息必須經(jīng)過傳感器以及A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息再經(jīng)由數(shù)字顯示電路顯示。另外，由于溫度傳感器的輸出有限，需在傳感器后添加一放大器。超溫報警預(yù)設(shè)電路也需要和數(shù)字顯示電路進展連結(jié)，以顯示設(shè)定的報警溫度。因此，還需要在數(shù)字顯示，環(huán)境溫度輸出，以及超溫溫度設(shè)定之間增一切換電路，以切換環(huán)境溫度和超溫設(shè)定的顯示。具體流程框圖如下：存儲器溫存儲器溫度傳感器放大器A/D轉(zhuǎn)換報警超溫判斷預(yù)警計數(shù)顯示報警超溫判斷預(yù)警計數(shù)顯示電路顯示切換其中溫度傳感器是該課題設(shè)計的核心所在，溫度傳感器直接影響到測溫的精度以及靈敏度。另外溫度傳感器還分為電流型輸出和電壓型輸出。溫度傳感器的選擇不僅影響整體設(shè)計方案的性能，而且對后續(xù)電路的設(shè)計也有一定程度的影響。2.2方案的整體設(shè)計方案采用lm35作為本課題的溫度傳感器，運放使用TL084，A/D轉(zhuǎn)換芯片采用ADC0809，使用AT28C64作為存儲芯片。切換顯示電路使用兩片74157實現(xiàn)該功能。由CD4511驅(qū)動數(shù)碼管進展顯示。溫度預(yù)警計數(shù)由兩片CD4029執(zhí)行。報警判斷由兩片4位比擬器件7485聯(lián)級成8位比擬器進展比擬。采用兩個LED二極管作為報警信息輸出。第三章模塊詳細(xì)設(shè)計3.1傳感器及其放大電路模塊〔1〕傳感器lm35lm35系列是精細(xì)集成電路溫度傳感器，其輸出的電壓線性地與攝氏溫度成正比。是電壓型輸出的溫度傳感器，因此后續(xù)電路不再需要電流—電壓轉(zhuǎn)換器，一定程度上簡化了電路的設(shè)計。該系列傳感器生產(chǎn)制作時已經(jīng)過校準(zhǔn)，輸出電壓與攝氏溫度一一對應(yīng)，使用極為方便。靈敏度為10.0mV/℃，精度在0.4℃至0.8℃(-55℃至+150℃溫度圍),重復(fù)性好，低輸出阻抗，線性輸出和部精細(xì)校準(zhǔn)使其使用起來更加簡單與方便。其工作電壓為4V~30V，寬工作電壓，滿足課題設(shè)計要求。測溫圍為-50℃~+150℃，也符合課題設(shè)計要求。Lm35有多種封裝形式，本課題設(shè)計采用如下封裝〔2〕放大電路的設(shè)計本課題設(shè)計要求測溫靈敏度為20mv/℃，lm35器件自身的靈敏度為10mv/℃，因此放大器的放大倍數(shù)應(yīng)到達(dá)2倍。易知，應(yīng)采用同向放大器。同向放大器設(shè)計如下：Vi與V-虛短，因為虛斷，反向輸入端沒有電流通過，R1、R2串聯(lián)。所以又Vi等于R2上的分壓綜得，由上，可取R1、R2分別為1KΩ?！?〕電壓跟隨器電壓跟隨器，顧名思義，就是輸出電壓與輸入電壓是一樣的，也就是說，電壓跟隨器的電壓放大倍數(shù)恒小于且接近1。它的顯著特點就是，輸入阻抗高，而輸出阻抗低。將它放在lm35后面可以隔離開傳感器和前方的電路，保證傳感器輸出電壓的穩(wěn)定性與實用性。本設(shè)計使用TL084的一個放大器作為電壓跟隨器。如圖：模塊整體電路如下：圖3.1.43.2A/D及存儲器模塊〔1〕ADC0809ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。器件封裝如下：器件引腳構(gòu)造：ADC0809各腳功能如下：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。GND：地。REF〔+〕：參考電壓正端。REF〔-〕：參考電壓負(fù)端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。ALE：地址鎖存允許信號輸入端。〔以上兩種信號用于啟動A/D轉(zhuǎn)換〕EOC：轉(zhuǎn)換完畢信號輸出引腳，開場轉(zhuǎn)換時為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換完畢時為高電平。OE：輸出允許控制端，用以翻開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時鐘信號輸入端〔一般為500KHz〕。器件時序圖：因為本次設(shè)計的要20mv/℃，ADC0809的模擬電壓圍為0V~5V，20*255=5100mv，所以模擬電壓取5V?！?〕NE555NE555是一種計時IC，只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用，其延時圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。下面是NE555的管腳圖：本次設(shè)計中NE555提供應(yīng)ADC080995KHZ的時鐘頻率。其具體電路如下列圖所示：取Ra、Rb分別為1KΩ、5.6KΩ，電容102，Rl不接。〔3〕AT28C64AT28C64是一款存儲器芯片，當(dāng)CE和OE為低電平,WE為高電平,由地址引腳上電平?jīng)Q定的存儲單元中的存儲的數(shù)據(jù)就被讀出。AT28C64的引腳如下列圖所示：其中A0~A11為輸入地址線，I/O0~I/O7為輸出線。AT28C64燒錄數(shù)據(jù)表溫度〔℃〕ADC地址輸出AT28C64輸出〔8421BCD〕000000000000000001000000010000000120000001000000010..................990110001110011001模塊連線圖：3.3數(shù)碼管顯示模塊本課題設(shè)計采用CD4511作為數(shù)碼管的譯碼芯片。CD4511是一個用于驅(qū)動共陰LED〔數(shù)碼管〕顯示器的BCD碼—七段碼譯碼器，特點如下：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動LED顯示器。CD4511的輸入為8421BCD碼。CD4511真值表：輸

入輸

出LEBILIDCBAabcdefg顯示**0****11111118*01****0000000消隱01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱0111111000000消隱111****鎖

存鎖存顯示模塊電路：在本課題中上圖的CD4518由74157代替，另外由于是共陰管，所以7個300Ω的電阻可以由共地端的一個電阻取代。3.4計數(shù)模塊在本課題中計數(shù)模塊采用四位二進制/十進制可預(yù)置計數(shù)器CD4029實現(xiàn)。由于測溫圍為0~99℃，所以預(yù)警設(shè)計溫度為兩位數(shù)。所以需要兩片CD4029。這里可以采用一位開關(guān)控制進展0~99的計數(shù)，也可以采用兩位開關(guān)分別控制一位十進制數(shù)進展0~9的計數(shù)。兩相比擬，第二種方案設(shè)定起溫度來更為方便、可靠，故采用第二種方案。CD4029引腳作用介紹：CD4029引腳圖：計數(shù)模塊電路圖如下：3.5比擬判斷以及報警模塊本課題設(shè)計中采用的比擬判斷芯片為7485。7495是四位比擬芯片，通過級聯(lián)可以構(gòu)成8位比擬芯片。在本次設(shè)計中就通過兩片7485的級聯(lián)，形成8位比擬芯片，進展環(huán)境溫度和設(shè)定溫度的比擬，從而判斷是否報警。比擬判斷以及報警電路如下：3.6顯示切換模塊74157為4組2選1數(shù)據(jù)選擇器，單片74157可以實現(xiàn)4位二進制的選擇與輸出。在本課題中則要求能夠進展8位二進制的選擇與輸出，所以需要兩片74157同時進展工作。74157局部的電路如下列圖所示：第四章測試與調(diào)試4.1數(shù)字顯示電路的調(diào)試手動給予CD4511的四個輸入管腳相應(yīng)的上下電平，查驗數(shù)碼管顯示是否正確。列表如下：符合8421BCD碼的輸入要求，顯示模塊可以正常使用，符合設(shè)計要求。4.2ADC、AT28C64與顯示電路的連接調(diào)試檢測AT28C64的3、4、5、6、7、8、9、10腳，記錄它們的上下電平狀態(tài)，同時記錄數(shù)碼管的顯示數(shù)字。制成下表：發(fā)現(xiàn)AT28C64的輸入與數(shù)碼管顯示輸出相符，所以該局部模塊與設(shè)計要求相符。4.3NE555頻率發(fā)生調(diào)試將NE555的輸出腳3號腳連接示波器的CH1通道，顯示占空比50%的方波信號。經(jīng)測量，方波頻率為95KHZ,符合設(shè)計要求。4.4傳感器與顯示電路的調(diào)試檢測lm35的輸出腳的電壓，檢測經(jīng)放大器放大后的信號電壓，并觀測數(shù)碼管顯示的溫度示數(shù)，制表如下：理論實測誤差Vout〔mv〕IN(mv)顯示〔℃〕Vout〔mv〕IN(mv)顯示〔℃〕℃28056028280560313符合電路設(shè)計要求，但誤差較大。4.5報警溫度的設(shè)定與判斷調(diào)試由CD4029進展計數(shù)，分別設(shè)定不同的溫度，高于當(dāng)前環(huán)境溫或者低于，觀測并記錄發(fā)光二極管的亮滅情況。制成下表：設(shè)定℃測量℃報警2531是3131是38