電子課程設(shè)計小結(jié)---數(shù)字溫度計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　數(shù)字溫度表任務(wù)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(shè)計············

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

9、3;···········6</p><p>　　第四章 電路設(shè)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(shù)字電路部分···························

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

23、AD轉(zhuǎn)換、譯碼和驅(qū)動部分··································

24、3;····12</p><p>　　4.4.2 數(shù)碼管顯示部分··························

25、;························13</p><p>　　調(diào)試與問題處理·······&

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

27、;··········14</p><p>　　總結(jié)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(shù)課程設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　課題名稱 數(shù)字式溫度表電路</p><p><b>　　一、設(shè)計目的</b></p><p>　　根據(jù)常用的電子技術(shù)知識，以及可獲得的技術(shù)書籍與電子文檔，初步形成電子設(shè)計過程中收集、閱讀及

35、應(yīng)用技術(shù)資料的能力；熟悉電子系統(tǒng)設(shè)計的一般流程；掌握分析電路原理，工程結(jié)算及對主要技術(shù)性能進行測試的常見方法；最終完成從設(shè)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(shù)器的設(shè)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(dǎo)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(shè)計數(shù)字式溫度表電路和調(diào)試的方法。</p><p><b>　　二、設(shè)計內(nèi)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(shè)置；</p><p>　　定時器設(shè)有啟動按鈕、停止按鈕和復(fù)位按鈕。按下啟動按鈕，開始計時；按下停止按鈕，中止計時；復(fù)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(jié)束后，自動復(fù)位整個電路狀態(tài)；</p><p>　　數(shù)碼管顯示流逝的時間；</p><p>　　用Multisim軟件對所設(shè)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(shè)計部分</b></p><p>　　課題：數(shù)字式溫度表電路設(shè)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(diào)試之。</p><p><b>　　參考方案：</b></p><p>　　四、設(shè)計報告內(nèi)容要求<

41、;/p><p>　　1.寫出你考慮該問題的基本設(shè)計思路，畫出一個實現(xiàn)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(yīng)作出說明。</p><p>　　3.畫出整個設(shè)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(jù)：①設(shè)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(shè)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>　?。?）課程設(shè)計任務(wù)書；</p><p>　?。?）總體設(shè)計方案（畫出一個實現(xiàn)電路功能的大致框圖）；</p><p>　?。?）單元電路（各組成部分電路）設(shè)計及其原理說明；</p><p>　?。?）元器件的選擇及其相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)、參數(shù)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(shè)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(shù)不方便、精確度不高等缺點。本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計與

45、傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)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(shù)碼管進行顯示這也能準確達到以上要求。</p><p>　　本設(shè)計主要分為兩部分：模擬部分和數(shù)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(shù)字部分又可分為AD采樣電路譯碼電路、驅(qū)</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(zhuǎn)換電路、譯碼電路、驅(qū)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(shè)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(zhuǎn)換電路、譯碼電路、驅(qū)動電路都是ICL7107與外圍電路共同實現(xiàn)的；顯示電路則由三位半LED構(gòu)成；這種設(shè)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(nèi)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(shù)字式溫度計的制作相對而言較為復(fù)雜。</p><p>　　關(guān)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(xiàn)由撥碼開關(guān)事先設(shè)置的一個數(shù)值，然后按下開始開關(guān)后，數(shù)碼管將會從零開始計數(shù)，當計數(shù)到設(shè)置好的數(shù)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(shù)會相應(yīng)的增高或減小，例如發(fā)射結(jié)的電壓或電流放大倍數(shù)等來檢測其溫度的變化，然后將其經(jīng)過一些電路轉(zhuǎn)化，再用數(shù)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(yīng)，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(zhuǎn)換后，就可以用進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來。本設(shè)計使用AD590溫度傳感器，用ICL7107進行AD轉(zhuǎn)換，以及譯碼和驅(qū)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(shè)計的要求，因此選擇方案二。</p><p><b>　　第三章框圖設(shè)計</b></p>

51、<p>　　因為本設(shè)計是一個數(shù)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(zhuǎn)化為模擬電量，又因為要在數(shù)碼管上顯示，故需要AD轉(zhuǎn)換電路去將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并將此數(shù)字量進行譯碼，并通過驅(qū)動電路，最終將溫度值顯示在數(shù)碼管上。</p><p><b>　　第四章電路設(shè)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(zhuǎn)換電路、譯碼電路、驅(qū)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(shè)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(zhuǎn)換電路、譯碼電路、驅(qū)動電路則由ICL7107與搭配一些外圍電路共同實現(xiàn)的；顯示電路則由三位半共陽極七段LED數(shù)碼管構(gòu)成。</p><p&

53、gt;<b>　　4.2主體電路圖</b></p><p>　　圖4—1為整個設(shè)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(zhuǎn)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(diào)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(zhuǎn)換成電壓值，然后再送入ICL7107的輸入端，然后經(jīng)過數(shù)字部分的處理,最終在數(shù)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(shù)：</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(yīng)用電路

58、，此電路經(jīng)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(shè)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(xiàn)，它可將5V電壓轉(zhuǎn)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(shù)字部分</b></p><p>　　4.4.1 AD轉(zhuǎn)換、譯碼和驅(qū)動部分</p><p>　　數(shù)字部分主要

60、是ICL7107這個模塊，ICL7107轉(zhuǎn)化器原理圖如圖3-4所示。其中計數(shù)器對反向積分過程的時鐘脈沖進行計數(shù)?？刂七壿嫲ǚ诸l器、譯碼器、相位驅(qū)動器、控制器和鎖存器。</p><p>　　驅(qū)動器是將譯碼器輸出對應(yīng)于共陽極數(shù)碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅(qū)動相應(yīng)筆畫的方波。</p><p>　　圖4-4 ICL7107轉(zhuǎn)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(guān)接通或斷開，A/D轉(zhuǎn)換器能循環(huán)進行。</p><p>　　第二，識別輸入電壓極性，控制LED數(shù)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(zhuǎn)換的結(jié)果，鎖存器的輸出經(jīng)譯碼器后驅(qū)動LE

62、D 。它的每個測量周期自動調(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的電壓波形圖</p><p>　　ICL7107AD轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換和譯碼器為一體的芯片，而且這芯片能夠驅(qū)動三個數(shù)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(xiàn)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(shè)計調(diào)試時使用直流穩(wěn)壓源供電。</p><p>　　4.4.2數(shù)碼管顯示部分</p><p>　　數(shù)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(shù)點），它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4-7所示。</p><p>　　圖4-7 共陽極

65、數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　在本次設(shè)計當中，由于ICL7107的特點，它只能驅(qū)動共陽極數(shù)碼管，故我們要選用共陽極七段數(shù)碼管。在連接數(shù)碼管時，我們要注意數(shù)碼管各個管腳所對應(yīng)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(shù)碼管。</p><p><b>　　調(diào)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(shù)碼管是否正常點亮，如果不正常請檢查數(shù)碼管與ICL7107模塊間的連線，例如數(shù)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(shù)碼管的公共端陽極串入一個限流電阻防止出現(xiàn)錯誤燒壞數(shù)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(qū)動電流

67、為8毫安，可以直接驅(qū)動二極管）。</p><p>　　數(shù)碼管正常點亮后，就要開始真正的調(diào)試了，首先將輸入信號短接，看一下數(shù)碼管是否顯示為零，如果不是請調(diào)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(shù)字部分的調(diào)節(jié)。</p><p>　

68、　模擬部分的調(diào)節(jié)主要是調(diào)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(yīng)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(yīng)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(diào)整好之后數(shù)碼管上就應(yīng)該顯示與真實溫度相差不大的溫度值，如果要調(diào)整的比較準確就需要用零攝氏度的冰水混合物進行調(diào)試。</p><p>　　第六章 總結(jié)與體會</p><p>　　作為一名電氣與自動化學(xué)院、自動化專業(yè)一位大三的學(xué)生，我覺得能做類似的課程設(shè)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(shù)接觸的是專業(yè)基礎(chǔ)課。我

70、們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面，如何去鍛煉我們的實踐面？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識用到實踐中去呢？我想做類似的課程設(shè)計就為我們提供了良好的實踐平臺。在做本次課程設(shè)計的過程中，我感觸最深的當數(shù)查閱大量的資料和設(shè)計手冊了。為了讓自己的設(shè)計更加完善，更加符合工程標準，一次次翻閱電氣設(shè)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(shè)計時一切都要有據(jù)可依，有理可尋，不切實際的構(gòu)想永遠只能是構(gòu)想，永遠無法升

71、級為設(shè)計。</p><p>　　作為一名專業(yè)學(xué)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(shè)計要求用protel或multisim繪制電路圖，雖然過去從很少在具體設(shè)計中應(yīng)用過它，但在設(shè)計的過程中帶著問題去學(xué)我發(fā)現(xiàn)效率很高，當初在學(xué)習(xí)理論知識單單是為了學(xué)而學(xué)，這樣效率當然不會高。邊學(xué)邊用這樣才會提高效率，這是我做本次課程設(shè)計的第二大收獲。但是由于水平及經(jīng)驗有限，也出現(xiàn)一些有錯誤，經(jīng)過老師的細致的講解是我發(fā)現(xiàn)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(shè)計的過程中，我收獲了很多，同時也發(fā)現(xiàn)不少的問題，雖然以前做過這樣的電路設(shè)計但這次設(shè)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(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學(xué)的理論知識用到實際當中，學(xué)習(xí)單機片機更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)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(shù)（第五版）.高等教育出版社·2002</p><p>　　[2]　康華國.數(shù)字電子技術(shù)（第五版）.高等教育出版社·2002</p&g

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