低頻與數(shù)字電路課程設計--數(shù)字溫度計

1、<p>　　課 程 設 計</p><p>　　2012年 6月 13日</p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　課程 電子線路課程設計</p><p>　　題目 數(shù)字溫度計設計 &

2、lt;/p><p><b>　　主要內容：</b></p><p>　　設計一個數(shù)字溫度計，測量范圍：0～100 OC。溫度的實時LED數(shù)字顯示。測量溫度信號為模擬量。</p><p><b>　　基本要求：</b></p><p>　　1.畫出數(shù)字溫度計的結構框圖。</p><p&

3、gt;　　2.畫出系統(tǒng)原理電路圖。</p><p>　　3.用MULTISIM進行仿真實驗。</p><p>　　4.按要求完成課程設計報告，交激光打印報告和電子文檔。</p><p><b>　　主要參考資料：</b></p><p>　　[1] 閻石.數(shù)字電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2001.</

4、p><p>　　[2] 彭介華.電子技術課程設計指導[M].北京：高等教育出版社，1997.</p><p>　　[3] 孫梅生.電子技術基礎課程設計[M].北京：高等教育出版社，1998.</p><p>　　[4] 高吉祥. 電子技術基礎實驗與課程設計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　完成期限　

5、 </p><p>　　指導教師　 </p><p>　　專業(yè)負責人 　</p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　一、任務技術指標</b></p><p><b&g

6、t;　　主要內容：</b></p><p>　　設計一個數(shù)字溫度計，測量范圍：0～100 OC。溫度的實時LED數(shù)字顯示。測量溫度信號為模擬量。</p><p><b>　　基本要求：</b></p><p>　　1.畫出數(shù)字溫度計的結構框圖。</p><p>　　2.畫出系統(tǒng)原理電路圖。</p>

7、<p>　　3.用MULTISIM進行仿真實驗。</p><p>　　4.按要求完成課程設計報告，交激光打印報告和電子文檔。</p><p><b>　　二、總體設計思想</b></p><p><b>　　1.基本原理</b></p><p>　　由于溫度計的應用很廣，所以溫度計的設

8、計也不完全一樣。以前一般采用熱電偶、玻璃液體溫度計、雙金屬溫度計、壓力式溫度計、熱電阻和非接觸式溫度計等進行溫度測量。其中熱電偶的溫度測量范圍較寬，它無需使用驅動電源即可直接產生電壓（溫差電勢）信號，該信號既可用直流測量儀器（如電位差計、數(shù)字電壓表、毫伏計等）讀取，以通過熱電偶溫度特性分度表查出對應的溫度；也可以用線性校正電路將小信號電壓放大后，通過顯示儀表的刻度讀數(shù)。在某些輸油、輸氣管道應用中，往往要求對溫度進行長時間監(jiān)測，且要求能夠

9、快速準確地讀數(shù)。此時，上述各類溫度計則難以勝任。而如果將熱電偶產生的熱電動勢轉換成數(shù)字信號后由單片機進行數(shù)據(jù)處理，并通過液晶來顯示其溫度結果，這種方法反應迅速，測量精度高，功耗小，顯示直觀。因此，由熱電偶、A/D轉換電路、單片機和液晶模塊組成的數(shù)字式低功耗高精度溫度計可以代替各種機械式溫度計來完成特殊情況下的溫度測控工作，且便于實現(xiàn)小型化設計。但在本設計中，數(shù)字溫度計應用的對象是一般家庭里，主要包括以下幾部分：</p>&

10、lt;p><b>　　(1).取樣電路</b></p><p>　　溫度傳感器就是能將溫度信號反映到電信號上去，這個我們可以用熱敏電阻及一些熱傳感器來實現(xiàn)，由于熱敏電阻的阻值與溫度不成線性關系，所以這里主要是用溫度傳感器將溫度信號線性地反映到電壓上來實現(xiàn)溫度取樣，測量溫度信號為模擬量。</p><p><b>　　(2).放大電路</b>&

11、lt;/p><p>　　放大電路可以有三極管放大或是用集成運算放大器放大，由于在這里放大器的功能是為了調節(jié)傳感器與A/D轉換器的關系，故可以用集成運算放大器通過負反饋組成任意比例電路，根據(jù)芯片的參數(shù)需要而選擇適當?shù)姆糯蟊稊?shù)。</p><p><b>　　(3).驅動電路</b></p><p>　　驅動電路是為了讓顯示器將A/D所轉換的數(shù)據(jù)無誤地表

12、現(xiàn)出來。這里主要是驅動LED顯示及保護LED的電路，要想讓LED正常工作，必需提供適當?shù)碾妷?，保證電流不能超過LED的最大電流，以免燒壞LED管。在這里主要包括一些三極管及電阻，配合驅動電路來制LED控顯示。</p><p>　　(4).A/D轉換及分析</p><p>　　A/D轉換主要的任務是對模擬電信號進行分析，將其信號轉換成數(shù)碼顯示出來，可能的話還可以對信號進行分析預處理。這里也主

13、要是采用MC14433芯片，采用這個芯片可以大大減少A/D轉換及譯碼電路，因為它本身輸出就是BCD碼，而且是按十進制位串行輸出的，同時它還包含了時序電路即用來串行輸出用掃描顯示用的電路及超過適用范圍時發(fā)出提示信號，極大簡化了電路，從而提高了電路的穩(wěn)定性及減少功耗。</p><p><b>　　(5).顯示電路</b></p><p>　　顯示電路可以用各種類型的七段L

14、ED顯示，出于對器件考慮，在這里僅用最常見的7段碼顯示即可。</p><p><b>　　2.系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　圖1 數(shù)字溫度計設計框圖</p><p><b>　　三、具體設計</b></p><p>　　本設計主要構成部分應該是由模擬傳感器、線性放大電路、A/D轉換分析、

15、驅動電路及顯示五部分組成。下面主要詳細介紹各個電路的具體功能。</p><p><b>　　1.取樣電路設計</b></p><p>　　National Semiconductor 公司的LM35A溫度傳感器集成芯片，它能將溫度與電流形成線性關系，以電壓的形式輸入A/D轉換器進行轉換與分析。</p><p>　　轉換公式如式(1)，0時輸出為

16、0V，每升高1°，輸出電壓增加10mV。LM35有多種不同封裝型式。在常溫下，LM35不需要額外的校準處理即可達到C°、CC41°±的準確率。其電源供應模式有單電源與正、負雙電源兩種，正、負雙電源的供電模式可提供負溫度的量測；兩種接法的靜默電流-溫度關系，單電源模式在25°下靜默電流約50μA，非常省電。 </p><p>　　Vout_lm35（T）=10mV/

17、°C×T°C (1)</p><p>　　圖2 溫度取樣電路</p><p><b>　　2.信號放大電路</b></p><p>　　這里的放大電路采用的中LM307N集成運算放大器，根據(jù)A/D轉換的需要而設計，R4與R6相同，從而構成兩倍放大電路。</p><p>　　圖3 信號

18、放大器電路</p><p><b>　　3.譯碼驅動電路</b></p><p>　　為了讓LED正常工作，設計了這個譯碼驅動電路，這里采用的是74LS48芯片。</p><p>　　圖4 譯碼驅動電路</p><p><b>　　4.A/D轉換電路</b></p><p>

19、;　　在這部分電路里面，主要就是用MC14433集成A/D轉換器，這與其強大的功能是離不開的。如圖4中R1、R1/C1、C01、C02、CLKI、CLKO分別為構成積分器、自動調零補償電路及改變電路時鐘頻率電路。這里用的是常用的參數(shù)，時鐘頻率是66KHz，UI,UAG則為輸入信號的兩極，UR為參照電壓，即Ａ／Ｄ轉換最大電壓，能過對UAG與UR的調節(jié)，可以將傳感器輸出的電壓信號正確地從零開始線性增加，這也是本電路設計的核心部分，通過這個設

20、置，還可以擴大數(shù)字溫度計的適用范圍，對顯示部分電路稍作修改就可以對開爾文溫度直接顯示，只是精度有改變了。D1 穩(wěn)壓管是為確保輸入的電壓不超過A/D轉換器的轉換范圍。另外，芯片工作采用的是雙電壓工作的。</p><p><b>　　5.顯示電路</b></p><p>　　顯示電路主要是由三個LED七段顯示器，從左到右分別為十位、個位及小數(shù)位。</p>&

21、lt;p><b>　　圖5 顯示電路</b></p><p><b>　　四、結論</b></p><p>　　當我看到這個題目我感覺無從下手，在認真閱讀了任務書后，我開始整理思路，找入手點，上網(wǎng)查詢了大量資料，經(jīng)過分析與理解，才使我對數(shù)字溫度計的課程設計有了初步的了解，從中我自學到了許多的知識，也體會到學習知識不僅僅局限與課堂，還可以通

22、過課外書籍，網(wǎng)絡了解更多自己感興趣的課題。在課外的探索中，只有把課堂上的理論融入實踐當中，才能真正的掌握該知識。對于這個課題，分析了任務書中一些對電路性能的要求，針對這些我首先查找需要電路圖的工作原理和元器件的特性，以此為入手點，為以后的設計做準備。</p><p>　　電路的設計的前提是要有一個總體的設計思想，根據(jù)設計的課題和要求，綜合運用自己所學的知識和所查到的資料進行電路的設計，然后再通過MULTISIM進

23、行仿真，MULTISIM以前沒接觸過，要自學，將電路圖中的參數(shù)設出來，大體的設計就基本結束了。這只是一個框架，我在設計時還有許多細節(jié)問題，不過在同學之間的研討下，我們最終解決了問題，本次課程設計任務基本完成。</p><p>　　通過這次課程設計使我感到，基礎知識一定要扎實，沒有完全的融會貫通的基礎知識就無法將設計進行下去，所以我在以后的生活和學習中一定要注重基礎知識的積累和運用。于此同時我還要增強自己的實踐能力

24、，實現(xiàn)學有所用，將自己的課堂擴展到整個生活當中?？傊?，在這次課程設計的過程中，我學習到了許多的知識，同時也發(fā)現(xiàn)了許多問題，經(jīng)過不斷的學習和改正，增強了我分析問題和解決問題的能力，提高了我獨立思考問題，以及充分利用現(xiàn)有條件和同學之間相互溝通的能力，這次課程設計令我受益匪淺，為我以后的學習和工作奠定了基礎。</p><p><b>　　五、附錄</b></p><p>&

25、lt;b>　　1.原理圖</b></p><p><b>　　圖6 總體電路</b></p><p><b>　　2.仿真圖</b></p><p>　　圖7 放大電路仿真</p><p>　　圖8 驅動顯示仿真電路</p><p><b>

26、　　3.元件清單</b></p><p><b>　　表1 元件清單</b></p><p>　　注：1.CD4511是BCD-鎖存/七段譯碼/驅動器： </p><p>　　有燈測試功能；以反相器作輸出級，用以驅動LED或數(shù)碼管；具有消隱輸入；顯示數(shù)6時，a=0,顯示9時，d=0 . </p><p>

27、　　1--B,2--C,3--LT（為燈測試輸入端）,4--BI（數(shù)據(jù)輸入端）,5--LE（鎖存使能，鎖存輸入使能）,6--D,7--A,8--VSS（電源負極）（A，B，C，D為門電路的輸入端） </p><p>　　9--e,10--d,11--c,12--b,13--a,14--g,15--f, </p><p>　　16--vdd(電源正極）（a,b,c,d,e,f,g為譯碼輸出；

28、顯示字符端輸出，連接數(shù)碼管的相應腳）。</p><p>　　2.MC14433是美國Motorola公司推出的單片3又 1/2位A/D轉換器，其中集成了雙積分式A/D轉換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉換功能，只要外接少量的阻容件即可構成一個完整的A/D轉換器，其主要功能特性如下：</p><p&

29、gt;　　精度：讀數(shù)的±0.05%±1字 </p><p>　　模擬電壓輸入量程：1.999V和199.9mV兩檔 </p><p>　　轉換速率：2-25次/s </p><p>　　輸入阻抗：大于1000MΩ </p><p>　　電源電壓：±4.8V—±8V </p><p&g

30、t;　　功耗：8mW（±5V電源電壓時，典型值） </p><p>　　采用字位動態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千、百、十、個位BCD碼分時在Q0—Q3輪流輸出，同時在DS1—DS4端輸出同步字位選通脈沖，很方便實現(xiàn)LED的動態(tài)顯示。 </p><p>　　MC14433最主要的用途是數(shù)字電壓表，數(shù)字溫度計等各類數(shù)字化儀表及計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的A/D轉換接口。</p>

31、<p>　　3.LM35是由National Semiconductor所生產的溫度感測器，其輸出電壓與攝氏溫標呈線性關系, 0時輸出為0V，每升高1°，輸出電壓增加10mV。LM35有多種不同封裝型式。在常溫下，LM35不需要額外的校準處理即可達到C°、CC41°±的準確率。其電源供應模式有單電源與正、負雙電源兩種，正、負雙電源的供電模式可提供負溫度的量測；兩種接法的靜默電流-溫度關系