電子課程設計小結---數字溫度計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　數字溫度表任務書··························&

2、#183;························1</p><p>　　緒論·······

3、83;····································&

4、#183;···················4</p><p>　　第一章 電路仿真（可編程定時器）··········&

5、#183;·································5</p><

6、p>　　第二章 方案論證與選擇·································

7、3;···················5</p><p>　　第三章 框圖設計············

8、····································

9、3;···········6</p><p>　　第四章 電路設計····················

10、····································

11、3;···6</p><p>　　4.1 電路說明···························

12、3;··································7</p>&

13、lt;p>　　4.2 主體電路圖·································&

14、#183;··························8</p><p>　　4.3. 模擬電路部分····

15、;····································

16、83;·················9</p><p>　　4.3.1 溫度采集與處理電路············

17、83;································10</p><p>　　

18、4.3.2 AD590功能及特性··································

19、;·············11</p><p>　　4.3.3 穩(wěn)壓電路·················

20、83;····································&

21、#183;··11</p><p>　　4.4 數字電路部分···························

22、3;·······························12</p><p>　　4.4.1

23、AD轉換、譯碼和驅動部分··································

24、3;····12</p><p>　　4.4.2 數碼管顯示部分··························

25、;························13</p><p>　　調試與問題處理·······&

26、#183;····································

27、;··········14</p><p>　　總結與體會·····················

28、83;····································1

29、5</p><p>　　附錄I 元器件清單·······························

30、··························16</p><p>　　附錄II 實物線路圖····

31、3;····································&#

32、183;··············17</p><p>　　參考文獻·················&

33、#183;····································

34、;·····17</p><p>　　電子技術課程設計任務書</p><p>　　課題名稱 數字式溫度表電路</p><p><b>　　一、設計目的</b></p><p>　　根據常用的電子技術知識，以及可獲得的技術書籍與電子文檔，初步形成電子設計過程中收集、閱讀及

35、應用技術資料的能力；熟悉電子系統(tǒng)設計的一般流程；掌握分析電路原理，工程結算及對主要技術性能進行測試的常見方法；最終完成從設計圖紙到實物搭建的整個過程；</p><p><b>　　本課題具體目的：</b></p><p>　　掌握Multisim 軟件對電路進行仿真；</p><p>　　掌握利用中規(guī)模集成電路進行可編程計數器的設計；</

36、p><p>　　了解大規(guī)模專用集成電路的組成；</p><p>　　了解半導體溫度傳感器的工作原理；</p><p>　　掌握利用大規(guī)模集成電路設計數字式溫度表電路和調試的方法。</p><p><b>　　二、設計內容與要求</b></p><p><b>　　1.軟件仿真部分</b

37、></p><p><b>　　課題：可編程計時器</b></p><p><b>　　要求：</b></p><p>　　定時范圍為1~99秒，定時時間可自由設置；</p><p>　　定時器設有啟動按鈕、停止按鈕和復位按鈕。按下啟動按鈕，開始計時；按下停止按鈕，中止計時；復位后定時器清零；

38、</p><p>　　定時啟動后有指示電路，表明定時開始工作；</p><p>　　定時結束后，自動復位整個電路狀態(tài)；</p><p>　　數碼管顯示流逝的時間；</p><p>　　用Multisim軟件對所設計電路進行仿真驗證。</p><p><b>　　參考方案：</b></p>

39、;<p><b>　　2.硬件設計部分</b></p><p>　　課題：數字式溫度表電路設計</p><p><b>　　要求：</b></p><p>　　要求溫度測量范圍為－55°C～150°C；顯示采用三位半LED顯示，自動顯示正、負號；取樣速頻率約為6Hz；準確度±1％

40、，±1字；</p><p>　　工作溫度范圍0~40°C,電源為±5V；</p><p>　　畫出電路圖，寫出完整的報告；</p><p>　　用面包板搭出電路，并調試之。</p><p><b>　　參考方案：</b></p><p>　　四、設計報告內容要求<

41、;/p><p>　　1.寫出你考慮該問題的基本設計思路，畫出一個實現電路功能的大致框圖。</p><p>　　2.畫出框圖中的各部分電路，盡量選用各種集成運放和其它模擬集成電路。對各部分電路的工作原理應作出說明。</p><p>　　3.畫出整個設計電路的原理電路圖，并簡要地說明電路的工作原理。</p><p>　　4.評分依據：①設計思路；②單

42、元電路正確與否；③整體電路是否完整；④電路原理說明是否基本正確；⑤報告是否清晰；⑥答辯過程中回答問題是否基本正確。</p><p>　　五、課程設計說明書的格式</p><p><b>　　1．封面</b></p><p><b>　　2．目錄</b></p><p><b>　　3．正文

43、</b></p><p>　　（1）課程設計任務書；</p><p>　　（2）總體設計方案（畫出一個實現電路功能的大致框圖）；</p><p>　　（3）單元電路（各組成部分電路）設計及其原理說明；</p><p>　?。?）元器件的選擇及其相關技術數據、參數的計算；</p><p>　?。?）總體電路原

44、理圖及整個電路的工作原理。</p><p>　　4．課程設計中的收獲和體會</p><p><b>　　5．參考文獻</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　在日常生活中我們用水銀溫度計來測量溫度,不僅測量時間長、讀數不方便、精確度不高等缺點。本設計所介紹的數字溫度計與

45、傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用，測溫傳感器使用AD590，用三位半數碼管進行顯示這也能準確達到以上要求。</p><p>　　本設計主要分為兩部分：模擬部分和數字部分。而模擬部分又大體可分為電源電路、測溫電路、放大電路；而數字部分又可分為AD采樣電路譯碼電路、驅</p><p><b>

46、　　動電路和顯示電路。</b></p><p>　　系統(tǒng)整體電路包括，溫度采集電路、穩(wěn)壓電路、信號處理與放大電路、AD轉換電路、譯碼電路、驅動電路和顯示電路。其中溫度采集電路的主體是圍繞溫度傳感器AD590設計的；信號處理與放大電路主要由運放LM324與穩(wěn)壓管LM431組成；而AD轉換電路、譯碼電路、驅動電路都是ICL7107與外圍電路共同實現的；顯示電路則由三位半LED構成；這種設計不僅測量準確，而

47、且測量范圍大，可測量零下五十攝氏度到一百五十五攝氏度范圍內的精確測量，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，故數字式溫度計的制作相對而言較為復雜。</p><p>　　關鍵詞：ICL7107 溫度傳感器AD590 穩(wěn)壓管LM431 </p><p><b>　　電路仿真</b></p><p><b&g

48、t;　　1.1可編程定時器</b></p><p>　　此電路此電路可實現由撥碼開關事先設置的一個數值，然后按下開始開關后，數碼管將會從零開始計數，當計數到設置好的數值時將自動變成零。</p><p>　　第二章方案論證與選擇</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　從三極管的性能

49、可以知道隨著溫度的升高，三極管的某些參數會相應的增高或減小，例如發(fā)射結的電壓或電流放大倍數等來檢測其溫度的變化，然后將其經過一些電路轉化，再用數碼管顯示出來。但由于其線性一般，而且測量溫度范圍有限，故不可以做精密測溫。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　由于是測溫電路，因此可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電

50、壓或電流采集過來，進行A/D轉換后，就可以用進行數據的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來。本設計使用AD590溫度傳感器，用ICL7107進行AD轉換，以及譯碼和驅動三位半LED顯示。</p><p>　　由于方案一測量不夠準確，而且線性度不好，因而無法達到設計的要求，因此選擇方案二。</p><p><b>　　第三章框圖設計</b></p>

51、<p>　　因為本設計是一個數字溫度表，故需要一個溫度檢測電路去檢測溫度，并將溫度值轉化為模擬電量，又因為要在數碼管上顯示，故需要AD轉換電路去將模擬量轉化為數字量，并將此數字量進行譯碼，并通過驅動電路，最終將溫度值顯示在數碼管上。</p><p><b>　　第四章電路設計</b></p><p><b>　　4.1 電路說明</b&

52、gt;</p><p>　　系統(tǒng)整體電路包括，溫度采集電路、穩(wěn)壓電路、信號處理與放大電路、AD轉換電路、譯碼電路、驅動電路和顯示電路。其中溫度采集電路的主體是圍繞溫度傳感器AD590設計的；信號處理與放大電路主要由運放LM324與穩(wěn)壓管LM431組成；而AD轉換電路、譯碼電路、驅動電路則由ICL7107與搭配一些外圍電路共同實現的；顯示電路則由三位半共陽極七段LED數碼管構成。</p><p&

53、gt;<b>　　4.2主體電路圖</b></p><p>　　圖4—1為整個設計的主體電路部分，它包括了模擬部分的溫度采集與處理部分，也包含了整個轉換與顯示部分，其他的電路以及主體電路的每個小模塊將在下面進行詳細的介紹。</p><p><b>　　圖4—1 主體電路</b></p><p>　　4.3 模擬電路部分&l

54、t;/p><p>　　4.3.1 溫度采集與處理電路</p><p>　　如圖4—2所示，為模擬部分的主要電路。因為AD590為電流型溫度傳感器，而其零攝氏度時的的電流為273uA，又由運放的虛短和虛斷的有原因，故可以通過調節(jié)滑動變阻器的值使圖4-1中5支路的電流為273uA，又因為電壓由穩(wěn)壓電路輸出得到，這是可以近似的認為電壓是恒定的，即5支路的電流恒定不變。因此當溫度變化時5支路的電流不會

55、發(fā)生變化，而AD590支路的變化則會全部流向2支路，從而通過電阻R2將電流值轉換成電壓值，然后再送入ICL7107的輸入端，然后經過數字部分的處理,最終在數碼管上顯示溫度值。</p><p>　　圖4—2 溫度采集與處理電路</p><p>　　4.3.2 AD590功能及特性</p><p>　　1）AD590是電流型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度

56、</p><p>　　值，a)圖所示其中1腳接正極，2腳接負極，3腳接地。</p><p>　　AD590的主要參數：</p><p>　　工作電壓：4~30V</p><p>　　工作溫度：-55~+150攝氏度</p><p>　　保存溫度：-65~+175攝氏度</p><p><b

57、>　　正向電壓：+44V</b></p><p><b>　　反向電壓：-20V</b></p><p><b>　　靈敏度：1uA/K</b></p><p>　　a)實物仰視圖 b)電路符號</p><p>　　2）下圖為AD590的封裝及基本的應用電路

58、，此電路經過微小的變動就會有不同的效果，但其根本都可以由這個電路來處理得到，本設計就是在AD590的一端加的負壓來控制其電流方向的，整個模擬部分的工作原理也由此展開的。</p><p><b>　　4.3.3穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　穩(wěn)壓主要由LM431實現，它可將5V電壓轉換為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

59、，圖4-3就為LM431的接線圖。</p><p><b>　　LM431</b></p><p>　　圖4-3 LM431接線圖</p><p><b>　　4.4數字部分</b></p><p>　　4.4.1 AD轉換、譯碼和驅動部分</p><p>　　數字部分主要

60、是ICL7107這個模塊，ICL7107轉化器原理圖如圖3-4所示。其中計數器對反向積分過程的時鐘脈沖進行計數?？刂七壿嫲ǚ诸l器、譯碼器、相位驅動器、控制器和鎖存器。</p><p>　　驅動器是將譯碼器輸出對應于共陽極數碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅動相應筆畫的方波。</p><p>　　圖4-4 ICL7107轉化器原理圖</p><p>　　控制器的作用有三

61、個：</p><p>　　第一，識別積分器的工作狀態(tài)，適時發(fā)出控制信號，使各模擬開關接通或斷開，A/D轉換器能循環(huán)進行。</p><p>　　第二，識別輸入電壓極性，控制LED數碼管的負號顯示。</p><p>　　第三，當輸入電壓超量限時發(fā)出溢出信號，使千位顯示“1" ，其余碼全部熄滅。釣鎖存器用來存放A/D轉換的結果，鎖存器的輸出經譯碼器后驅動LE

62、D 。它的每個測量周期自動調零（AZ）、信號積分（INT）和反向積分（DE）三個階段。</p><p>　　雙積分型A/D轉換器的電壓波形圖如圖4-5所示</p><p>　　圖4-5雙積分型A/D轉換器的電壓波形圖</p><p>　　ICL7107AD轉換器的管腳排列及其各管腳功能如圖3-6所示。</p><p>　　圖4-6 ICL71

63、07管腳排列</p><p>　　ICL7107是集A/D轉換和譯碼器為一體的芯片，而且這芯片能夠驅動三個數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，每一個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。這要求我們在接電路時要小心，不能出現錯誤。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

64、直流電源主要是通過變壓器降壓、整流濾波、穩(wěn)壓后獲得，本次設計調試時使用直流穩(wěn)壓源供電。</p><p>　　4.4.2數碼管顯示部分</p><p>　　數碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陰極是把所有LED的陽極連接到共同接點地，而每一LED的陰極分別為a,b,c,d,e,f,g及dp（小數點），它的內部結構圖如圖4-7所示。</p><p>　　圖4-7 共陽極

65、數碼管內部結構</p><p>　　在本次設計當中，由于ICL7107的特點，它只能驅動共陽極數碼管，故我們要選用共陽極七段數碼管。在連接數碼管時，我們要注意數碼管各個管腳所對應的字母，不能接錯或接漏，而且在管腳之前要接上電阻，以免燒壞芯片和數碼管。</p><p><b>　　調試與問題處理</b></p><p>　　1）電路搭建完成后先檢

66、查是否有漏接，短接或錯接的情況，檢查無誤后通電。</p><p>　　通電后先觀察數碼管是否正常點亮，如果不正常請檢查數碼管與ICL7107模塊間的連線，例如數碼管的陽極電壓是否為5V，也可以將輸入端短路后進行上面的測試，為了安全起見最好在通電測試前在數碼管的公共端陽極串入一個限流電阻防止出現錯誤燒壞數碼管，這個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（因為ICL7107的輸出驅動電流

67、為8毫安，可以直接驅動二極管）。</p><p>　　數碼管正常點亮后，就要開始真正的調試了，首先將輸入信號短接，看一下數碼管是否顯示為零，如果不是請調節(jié)4-1圖中的滑動變阻器R2使之為零，也可以測量ICL7107模塊的基準電壓（36腳）是否為1V，也有同樣的效果，因為此電路的量程為2V，由VIN=2VREF，故可推出此時的VREF=1V。此部分也可稱為數字部分的調節(jié)。</p><p>　

68、　模擬部分的調節(jié)主要是調節(jié)圖4-1中滑動變阻器R1，用萬用表觀察穩(wěn)壓源輸出端與運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(零攝氏度時溫度傳感器的輸出電流)，由此來檢測溫度傳感器輸出端電流的變化（溫度的變化），同時也應該測量一下運放的兩個輸入端是否為接近為零，若是則為正常，反之不正，這時就應該檢測運放部分是否有漏接或短接的情況，或者檢測運放的好壞。</p><p>　　模擬部

69、分調整好之后數碼管上就應該顯示與真實溫度相差不大的溫度值，如果要調整的比較準確就需要用零攝氏度的冰水混合物進行調試。</p><p>　　第六章 總結與體會</p><p>　　作為一名電氣與自動化學院、自動化專業(yè)一位大三的學生，我覺得能做類似的課程設計是十分有意義，而且是十分必要的。</p><p>　　在已度過的大二的整個時間里我們大多數接觸的是專業(yè)基礎課。我

70、們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎課的理論面，如何去鍛煉我們的實踐面？如何把我們所學到的專業(yè)基礎理論知識用到實踐中去呢？我想做類似的課程設計就為我們提供了良好的實踐平臺。在做本次課程設計的過程中，我感觸最深的當數查閱大量的資料和設計手冊了。為了讓自己的設計更加完善，更加符合工程標準，一次次翻閱電氣設計手冊是十分必要的，同時也是必不可少的。我們是未來的工程師，我們是在做設計時一切都要有據可依，有理可尋，不切實際的構想永遠只能是構想，永遠無法升

71、級為設計。</p><p>　　作為一名專業(yè)學生掌握一門或幾門制圖軟件同樣是必不可少的，本次課程設計要求用protel或multisim繪制電路圖，雖然過去從很少在具體設計中應用過它，但在設計的過程中帶著問題去學我發(fā)現效率很高，當初在學習理論知識單單是為了學而學，這樣效率當然不會高。邊學邊用這樣才會提高效率，這是我做本次課程設計的第二大收獲。但是由于水平及經驗有限，也出現一些有錯誤，經過老師的細致的講解是我發(fā)現并

72、改正自己的錯誤，再此也要感謝老師的辛勤教育。</p><p>　　總體來說在本次設計的過程中，我收獲了很多，同時也發(fā)現不少的問題，雖然以前做過這樣的電路設計但這次設計真的讓我長進了很多，也讓我真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學的理論知識用到實際當中，學習單機片機更是如此，程序只有在經常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設計中的最大收獲。</p><p>

73、　　附錄Ⅰ 元器件清單</p><p>　　附錄II 實物線路圖</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]　康華國.模擬電子技術（第五版）.高等教育出版社·2002</p><p>　　[2]　康華國.數字電子技術（第五版）.高等教育出版社·2002</p&g

74、t;<p>　　[3]　黃智偉·全國大學生電子設計競賽技能訓練·北京航空航天大學出版社·2007</p><p>　　[4]　張憲 張大鵬 萬用表檢測電子原器件 化學工業(yè)出版社·2009</p><p>　　[5]　劉剛.Protel DXP2004SP2 原理圖與PCB設計.高等教育出版社·2002</p>