模電課程設(shè)計(jì)報(bào)告(簡(jiǎn)易數(shù)字溫度計(jì))

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　課程名稱： 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) </p><p>　　題 目： 數(shù)字溫度計(jì) </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　專 業(yè)： </

2、p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　日 期： 年 月 日</p><p><b>　　數(shù)字溫度計(jì)</b></p&g

3、t;<p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p>　　1.測(cè)量范圍0～120度。</p><p>　　2.測(cè)量精度±0.5度。</p><p>　　3.位LED數(shù)碼管顯示。</p><p>　　4.溫度超過40度報(bào)警。</p><p><b>　

4、　二、方案設(shè)計(jì)與論證</b></p><p><b>　　圖1.系統(tǒng)大致框圖</b></p><p>　　根據(jù)總體設(shè)計(jì)模塊圖，總共可以分為五個(gè)模塊。對(duì)相應(yīng)的模塊進(jìn)行相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)，找出相應(yīng)的元器件，最后組成一個(gè)完整的數(shù)字溫度計(jì)。</p><p>　　(1)溫度產(chǎn)生模塊 </p><p>　　溫度傳感器就是能將

5、溫度信號(hào)反映到電信號(hào)上去，可以用熱敏電阻及一些熱傳感器來實(shí)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度傳感器將溫度信號(hào)線性地反映到電壓上來實(shí)現(xiàn)溫度取樣，測(cè)量溫度信號(hào)為模擬量。</p><p>　　(2)數(shù)模轉(zhuǎn)換及分析</p><p>　　此模塊可以由三極管放大或是用集成運(yùn)算放大器將取樣的溫度信號(hào)放大，然后用利用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換主要的任務(wù)是對(duì)模擬電信號(hào)進(jìn)行分

6、析，將其信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。</p><p><b>　　顯示模塊</b></p><p>　　顯示電路可以用各種類型的七段LED顯示。這里根據(jù)要求，選了4位LED數(shù)碼管顯示。</p><p><b>　　電壓比較模塊</b></p><p>　　此模塊，可以選用一些電壓比較器進(jìn)行搭建電路。<

7、/p><p><b>　　報(bào)警模塊</b></p><p>　　此模塊可以選用一些LED燈、蜂鳴器燈等實(shí)現(xiàn)溫度超標(biāo)時(shí)的報(bào)警電路。</p><p>　　溫度傳感模塊，可以由LM35溫度傳感器產(chǎn)生溫度信號(hào)。報(bào)警模塊，當(dāng)溫度超過設(shè)定值報(bào)警，可以利用電壓比較電路實(shí)現(xiàn)，采用LM324。報(bào)警電路的實(shí)現(xiàn),則采用發(fā)光二極管與蜂鳴器組成報(bào)警電路。至于數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，要

8、求4位數(shù)碼管進(jìn)行顯示，根據(jù)常用的AD轉(zhuǎn)換器幾種類型的基本原理及特點(diǎn)：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、Σ-Δ調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型，以及設(shè)計(jì)要求，有以下3種方案：</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　用一個(gè)熱敏電阻,通過熱敏電阻把溫度轉(zhuǎn)化為電壓,再得到每一度熱敏電阻的電壓變化值,用LM324運(yùn)放做成乘法器,使電壓乘

9、以一個(gè)比例系數(shù),使一度的變化得到一個(gè)整數(shù)變化的電壓值,然后送入MC14433A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換和數(shù)字顯示。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　采用溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行采集，采集的電壓經(jīng)過放大電路將信號(hào)放大，然后經(jīng)過3.5位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在進(jìn)行模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換的同時(shí), 還可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器,將溫度顯示出來。<

10、;/p><p><b>　　方案三：</b></p><p>　　采用TC7107進(jìn)行?！獢?shù)轉(zhuǎn)換。通過溫度傳感器LM35采集到溫度信號(hào)，通過使用TC7107集A/D轉(zhuǎn)換和譯碼器于一體的功能，直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，省去譯碼器的接線。再通過LM324等組成的報(bào)警電路來達(dá)到超溫報(bào)警的效果。</p><p>　　根據(jù)電路的簡(jiǎn)易性與可實(shí)行性(比如電路線路多而繁雜，

11、MC14433等芯片在元件庫中缺少等)，選用方案三。</p><p>　　三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　?。保疁囟葌鞲须娐?lt;/b></p><p><b>　　圖．２</b></p><p>　　LM35是一種廣泛使用的溫度傳感器，它采用內(nèi)部補(bǔ)償，輸出可以從0℃開始。常溫下，

12、不需要額外的校準(zhǔn)處理即可達(dá)到 ±1/4℃的準(zhǔn)確率，工作范圍-55℃ to +150℃。電源供應(yīng)模式有單電源與正負(fù)雙電源兩種。</p><p>　?。玻粒霓D(zhuǎn)換與數(shù)碼管顯示</p><p><b>　　圖．３</b></p><p>　?。裕茫罚保埃肥?位半的ADC轉(zhuǎn)換芯片,使用每段8ma的電流直接驅(qū)動(dòng)共陽極發(fā)光二極管顯示屏，可以大大

13、降低線性誤差，使其小于1個(gè)計(jì)數(shù)。翻轉(zhuǎn)誤差——等幅值與極性相反的漏電流輸入信號(hào)讀數(shù)之間的差值小于正負(fù)1個(gè)計(jì)數(shù)。高阻抗差分輸入可提供1pA的漏電流。差分參考輸入允許進(jìn)行電阻比例測(cè)量或橋式傳感器測(cè)量。自動(dòng)調(diào)零周期確保了輸入電壓為零時(shí)顯示屏讀數(shù)也為零。傳統(tǒng)的雙積分型轉(zhuǎn)換器測(cè)量周期分為兩個(gè)階段：①輸入信號(hào)積分②參考電壓積分（反積分）。在固定時(shí)間周期（TSI）內(nèi)對(duì)正在轉(zhuǎn)換的輸入信號(hào)進(jìn)行積分。通過計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖信號(hào)來測(cè)量時(shí)間。然后對(duì)負(fù)極參考電壓常數(shù)進(jìn)行

14、積分，直到積分器輸出電壓回零。參考積分時(shí)間與輸入信號(hào)（TRI）成正比。</p><p>　　基本雙積分型轉(zhuǎn)換器：在簡(jiǎn)單的雙積分型轉(zhuǎn)換器中，一個(gè)完整的轉(zhuǎn)換需要積分器完成一個(gè)從“上升”到“下降”的輸出過程。這個(gè)簡(jiǎn)單的算術(shù)公式是輸入信號(hào)、參考電壓和積分時(shí)間的函數(shù)。</p><p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　VR

15、 = 參考電壓</b></p><p>　　TSI = 信號(hào)積分時(shí)間（固定）</p><p>　　TRI = 參考電壓積分時(shí)間（可變）。</p><p>　　如果VIN 為常數(shù)： </p><p><b>　　３．報(bào)警電路</b></p><p>　　該模塊電路利

16、用了發(fā)光二極管LED以及蜂鳴器SOUNDER進(jìn)行報(bào)警，三極管PNP用做“開關(guān)”電路。蜂鳴器的一端接到VCC(+5V)電源上面，另一端分別經(jīng)過電阻R11后接地以及直接連接三極管的發(fā)射極E。三極管的基級(jí)B經(jīng)過反向器和限流電阻R3后接到電壓比較器的輸出端。當(dāng)電壓比較電路輸出負(fù)電壓時(shí)，三極管Q1截止。流過線圈電流很小，即蜂鳴器兩端壓降(為1.6V)達(dá)不到驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲的值(3.5V)，蜂鳴器不發(fā)聲，二極管LED燈也不亮。當(dāng)電壓比較電路輸出正電壓

17、時(shí)，三極管導(dǎo)通。這樣蜂鳴器的兩端壓降(為3.93V)超過驅(qū)動(dòng)值，發(fā)出聲音。同時(shí)，二極管正向?qū)?，發(fā)亮。因此，當(dāng)傳感器溫度達(dá)到40℃及以上時(shí)，蜂鳴器將發(fā)出聲音，LED發(fā)亮進(jìn)行報(bào)警。</p><p><b>　　圖．４</b></p><p>　　四、總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　1．總原理圖</b><

18、;/p><p><b>　　圖．５</b></p><p><b>　　2．元件清單</b></p><p>　　五、安裝與調(diào)試（沒有進(jìn)行安裝調(diào)試的這部分寫電路中參數(shù)的選擇與計(jì)算）</p><p>　　把各設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行連接仿真，使LM35的取樣溫度為0℃時(shí)，調(diào)節(jié)電阻R6，經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換器后，使得數(shù)碼管讀

19、數(shù)顯示也為零。利用二分法調(diào)節(jié)R6，當(dāng)其為32.2KΩ時(shí)，顯示為0.1℃。已經(jīng)在誤差允許范圍內(nèi)，其精度為0.1℃。</p><p><b>　　根據(jù)公式</b></p><p>　　Vout=2.00V+400mV=2.40V </p><p><b>　　可知，</b></p><p>　　調(diào)節(jié)參

20、考電壓，使時(shí)，輸出讀數(shù)為40（即40℃），這樣，就使數(shù)字溫度計(jì)實(shí)現(xiàn)超過40℃報(bào)警的設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　六、性能測(cè)試與分析（寫仿真調(diào)試與分析）</p><p>　　由于滑動(dòng)變阻器調(diào)試出現(xiàn)問題，調(diào)試過程改用定值電阻進(jìn)行調(diào)試。首先選取與滑動(dòng)變阻器最大阻值相近的（也就是40KΩ）的兩個(gè)電阻串聯(lián)。當(dāng)取樣溫度能在數(shù)碼管上按比例顯示時(shí)，采取2分法進(jìn)行調(diào)試。逐步逼近，最終將取樣電壓和顯示電壓調(diào)

21、成同步。由于數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換存在的誤差，即如傳感器取樣溫度為62℃時(shí)，4位數(shù)碼管顯示溫度為62.1℃（事實(shí)上這種情況只在超出某個(gè)范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)）。取樣溫度低于8℃時(shí)，取樣溫度低于顯示溫度0.1℃。在8~61℃這個(gè)范圍內(nèi)，取樣溫度和顯示溫度相同。當(dāng)傳感器取樣溫度為62℃時(shí)，顯示溫度為61.9℃。即取樣溫度在62~113℃這個(gè)范圍內(nèi)，取樣溫度高于顯示溫度0.1℃。當(dāng)取樣溫度為114℃時(shí)，溫度為113.8℃。即在取樣溫度高于113℃這時(shí)

22、，取樣溫度高于顯示溫度0.2℃。</p><p>　　調(diào)試電壓比較器這部份電路時(shí)，為了直觀，外接一個(gè)電壓表進(jìn)行調(diào)試。經(jīng)過計(jì)算，將基準(zhǔn)電壓改為1.20V時(shí)，在要求的取樣溫度（T≥40℃），即傳感器輸出的電壓Vout,也就是電壓器的出入電壓值uI≥1.2V時(shí)，輸出正電壓。</p><p>　　對(duì)連接溫度傳感器LM35與模數(shù)轉(zhuǎn)換器TC7107之間的電阻R9以及R10，進(jìn)行了更換測(cè)試。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，

23、只要不小于給定任何電阻值都能顯示，當(dāng)取樣溫度變化時(shí)，同步顯示的時(shí)間將會(huì)隨著R9的電阻值的變化而變化。當(dāng)R9電阻值達(dá)到100MΩ以上時(shí)，在改變?nèi)訙囟葧r(shí)，4位數(shù)碼管同步顯示溫度值及其緩慢，且顯示的數(shù)值會(huì)不斷的減小。</p><p><b>　　結(jié)論與心得</b></p><p>　　對(duì)于本次模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，基本上完成了全部任務(wù)及要求。比如說，采用TC7107實(shí)現(xiàn)了

24、對(duì)溫度傳感器的取樣溫度的正常顯示以及要求的溫度顯示范圍，并且在超出給定要求溫度值后進(jìn)行報(bào)警，測(cè)量的精度不超過0.5度等?？傮w電路經(jīng)過同組同學(xué)的反復(fù)調(diào)試，雖然可能在某些參數(shù)的計(jì)算與電路設(shè)計(jì)的上存在一些問題，基本上是完成了本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)要求。</p><p>　　通過本次設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，我加深了對(duì)模電，更多的是數(shù)電方面的知識(shí)的理解，很多無法在課堂上理解的抽象理論知識(shí)有了重新的認(rèn)識(shí)，比如LM324的電壓比較運(yùn)算放大功能

25、。此外還接觸到LM35、TC7107以及未能使用得上的ICL7107、MC14433等芯片強(qiáng)大完善的功能，雙積分轉(zhuǎn)換、自動(dòng)調(diào)零周期、信號(hào)積分周期等理論。</p><p>　　除此以外，團(tuán)隊(duì)合作也是一個(gè)很大的收獲。在一周緊湊的時(shí)間內(nèi)，沒有集思廣益、相互之間的討論幫助，莫說精益求精、從實(shí)踐中獲取更多的知識(shí)，完成基本的任務(wù)恐怕也是很困難的。在本次實(shí)驗(yàn)中，我們通過分工查閱，相互討論，測(cè)試調(diào)試，將困難逐個(gè)擊破。只有團(tuán)隊(duì)合作

26、才能體現(xiàn)工作效率，更好地完成任務(wù)。</p><p>　　在此次設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，老師的協(xié)助也是相當(dāng)巨大與鼓舞性的。而這個(gè)最突出體現(xiàn)在A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇上，老師查閱了資料，親自幫我們擬了兩個(gè)參考的方案，讓我們茅塞頓開，頓時(shí)干勁全開。</p><p>　　總的來說，這次課程設(shè)計(jì)是受益匪淺，無論是在知識(shí)、動(dòng)手能力上，還是在團(tuán)隊(duì)合作上。</p><p><b>　　

27、八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M] .北京:高等教育出版社，1997.</p><p>　　[2]謝自美.電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試（第三版）[M] .武漢:華中科技大學(xué)出版社，2006．</p><p>　　[3]何希才．《通用電子電路應(yīng)用400例》［Ｍ］．電子工業(yè)出版社，1999年．&