模電課程設計報告(簡易數(shù)字溫度計)

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　課程名稱： 模擬電子技術課程設計 </p><p>　　題 目： 數(shù)字溫度計 </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　專 業(yè)： </

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

3、t;<p><b>　　一、設計任務與要求</b></p><p>　　1.測量范圍0～120度。</p><p>　　2.測量精度±0.5度。</p><p>　　3.位LED數(shù)碼管顯示。</p><p>　　4.溫度超過40度報警。</p><p><b>　

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

5、溫度信號反映到電信號上去，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>　　(2)數(shù)模轉換及分析</p><p>　　此模塊可以由三極管放大或是用集成運算放大器將取樣的溫度信號放大，然后用利用A/D轉換器進行轉換。A/D轉換主要的任務是對模擬電信號進行分

6、析，將其信號轉換成數(shù)字信號。</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行搭建電路。<

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

8、求4位數(shù)碼管進行顯示，根據(jù)常用的AD轉換器幾種類型的基本原理及特點：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，以及設計要求，有以下3種方案：</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　用一個熱敏電阻,通過熱敏電阻把溫度轉化為電壓,再得到每一度熱敏電阻的電壓變化值,用LM324運放做成乘法器,使電壓乘

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

10、;/p><p><b>　　方案三：</b></p><p>　　采用TC7107進行?！獢?shù)轉換。通過溫度傳感器LM35采集到溫度信號，通過使用TC7107集A/D轉換和譯碼器于一體的功能，直接驅動數(shù)碼管，省去譯碼器的接線。再通過LM324等組成的報警電路來達到超溫報警的效果。</p><p>　　根據(jù)電路的簡易性與可實行性(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、單元電路設計與參數(shù)計算</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)部補償，輸出可以從0℃開始。常溫下，

12、不需要額外的校準處理即可達到 ±1/4℃的準確率，工作范圍-55℃ to +150℃。電源供應模式有單電源與正負雙電源兩種。</p><p>　　２．Ａ／Ｄ轉換與數(shù)碼管顯示</p><p><b>　　圖．３</b></p><p>　?。裕茫罚保埃肥?位半的ADC轉換芯片,使用每段8ma的電流直接驅動共陽極發(fā)光二極管顯示屏，可以大大

13、降低線性誤差，使其小于1個計數(shù)。翻轉誤差——等幅值與極性相反的漏電流輸入信號讀數(shù)之間的差值小于正負1個計數(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行電阻比例測量或橋式傳感器測量。自動調(diào)零周期確保了輸入電壓為零時顯示屏讀數(shù)也為零。傳統(tǒng)的雙積分型轉換器測量周期分為兩個階段：①輸入信號積分②參考電壓積分（反積分）。在固定時間周期（TSI）內(nèi)對正在轉換的輸入信號進行積分。通過計數(shù)時鐘脈沖信號來測量時間。然后對負極參考電壓常數(shù)進行

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

15、 = 參考電壓</b></p><p>　　TSI = 信號積分時間（固定）</p><p>　　TRI = 參考電壓積分時間（可變）。</p><p>　　如果VIN 為常數(shù)： </p><p><b>　?。常畧缶娐?lt;/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進行報警，三極管PNP用做“開關”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。當電壓比較電路輸出負電壓時，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)達不到驅動蜂鳴器發(fā)聲的值(3.5V)，蜂鳴器不發(fā)聲，二極管LED燈也不亮。當電壓比較電路輸出正電壓

17、時，三極管導通。這樣蜂鳴器的兩端壓降(為3.93V)超過驅動值，發(fā)出聲音。同時，二極管正向導通，發(fā)亮。因此，當傳感器溫度達到40℃及以上時，蜂鳴器將發(fā)出聲音，LED發(fā)亮進行報警。</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（沒有進行安裝調(diào)試的這部分寫電路中參數(shù)的選擇與計算）</p><p>　　把各設計模塊進行連接仿真，使LM35的取樣溫度為0℃時，調(diào)節(jié)電阻R6，經(jīng)過模-數(shù)轉換器后，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，當其為32.2KΩ時，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，輸出讀數(shù)為40（即40℃），這樣，就使數(shù)字溫度計實現(xiàn)超過40℃報警的設計要求。</p><p>　　六、性能測試與分析（寫仿真調(diào)試與分析）</p><p>　　由于滑動變阻器調(diào)試出現(xiàn)問題，調(diào)試過程改用定值電阻進行調(diào)試。首先選取與滑動變阻器最大阻值相近的（也就是40KΩ）的兩個電阻串聯(lián)。當取樣溫度能在數(shù)碼管上按比例顯示時，采取2分法進行調(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)模轉換器進行模-數(shù)轉換存在的誤差，即如傳感器取樣溫度為62℃時，4位數(shù)碼管顯示溫度為62.1℃（事實上這種情況只在超出某個范圍內(nèi)會出現(xiàn)）。取樣溫度低于8℃時，取樣溫度低于顯示溫度0.1℃。在8~61℃這個范圍內(nèi)，取樣溫度和顯示溫度相同。當傳感器取樣溫度為62℃時，顯示溫度為61.9℃。即取樣溫度在62~113℃這個范圍內(nèi)，取樣溫度高于顯示溫度0.1℃。當取樣溫度為114℃時，溫度為113.8℃。即在取樣溫度高于113℃這時

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，為了直觀，外接一個電壓表進行調(diào)試。經(jīng)過計算，將基準電壓改為1.20V時，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，輸出正電壓。</p><p>　　對連接溫度傳感器LM35與模數(shù)轉換器TC7107之間的電阻R9以及R10，進行了更換測試。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，

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

24、對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行報警，測量的精度不超過0.5度等?？傮w電路經(jīng)過同組同學的反復調(diào)試，雖然可能在某些參數(shù)的計算與電路設計的上存在一些問題，基本上是完成了本次課程設計的任務要求。</p><p>　　通過本次設計性實驗，我加深了對模電，更多的是數(shù)電方面的知識的理解，很多無法在課堂上理解的抽象理論知識有了重新的認識，比如LM324的電壓比較運算放大功能

25、。此外還接觸到LM35、TC7107以及未能使用得上的ICL7107、MC14433等芯片強大完善的功能，雙積分轉換、自動調(diào)零周期、信號積分周期等理論。</p><p>　　除此以外，團隊合作也是一個很大的收獲。在一周緊湊的時間內(nèi)，沒有集思廣益、相互之間的討論幫助，莫說精益求精、從實踐中獲取更多的知識，完成基本的任務恐怕也是很困難的。在本次實驗中，我們通過分工查閱，相互討論，測試調(diào)試，將困難逐個擊破。只有團隊合作

26、才能體現(xiàn)工作效率，更好地完成任務。</p><p>　　在此次設計性實驗中，老師的協(xié)助也是相當巨大與鼓舞性的。而這個最突出體現(xiàn)在A/D轉換芯片的選擇上，老師查閱了資料，親自幫我們擬了兩個參考的方案，讓我們茅塞頓開，頓時干勁全開。</p><p>　　總的來說，這次課程設計是受益匪淺，無論是在知識、動手能力上，還是在團隊合作上。</p><p><b>　　

27、八、參考文獻</b></p><p>　　[1]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>　　[2]謝自美.電子線路設計·實驗·測試（第三版）[M] .武漢:華中科技大學出版社，2006．</p><p>　　[3]何希才．《通用電子電路應用400例》［Ｍ］．電子工業(yè)出版社，1999年．&