电子课程设计论文_数字温度计

电子技术课程设计报告

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数字温度计

目录

数字温度测量显示²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 绪论²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²4

第一章 电路仿真（可编程定时器）²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²5

第二章 方案论证与选择²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²5

第三章 框图设计²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²6

第四章 电路设计²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²6

4.1 电路说明²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²7

4.2 主体电路图²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²8

4.3. 模拟电路部分²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²9

4.3.1 温度采集与处理电路²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²10

4.3.2 AD590功能及特性²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²11

4.3.3 稳压电路²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²11

4.4 数字电路部分²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²12

4.4.1 AD转换、译码和驱动部分²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²12

4.4.2 数码管显示部分²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²13

第四章 调试与问题处理²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²14

第五章 总结与体会²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²15 附录I 元器件清单²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²16 附录II 实物线路图²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²17 参考文献²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²17

电子技术课程设计任务书

课题名称 数字式温度表电路

一、要求：

（1） 要求温度测量范围为－55°C～150°C；显示采用三位半LED显示，自动显

示正、负号；取样速频率约为6Hz；准确度±1％，±1字；

（2） 工作温度范围0~40°C,电源为±5V；

（3） 画出电路图，写出完整的报告；

（4） 用面包板搭出电路，并调试之。

二、参考方案：

三、设计报告内容要求

1.写出你考虑该问题的基本设计思路，画出一个实现电路功能的大致框图。

2.画出框图中的各部分电路，尽量选用各种集成运放和其它模拟集成电路。对各部分电路的工作原理应作出说明。

3.画出整个设计电路的原理电路图，并简要地说明电路的工作原理。

4.评分依据：①设计思路；②单元电路正确与否；③整体电路是否完整；④电路原理说明是否基本正确；⑤报告是否清晰；⑥答辩过程中回答问题是否基本正确。

四、课程设计说明书的格式

1．封面

2．目录

3．正文

（1）课程设计任务书；

（2）总体设计方案（画出一个实现电路功能的大致框图）；

（3）单元电路（各组成部分电路）设计及其原理说明；

（4）元器件的选择及其相关技术数据、参数的计算；

（5）总体电路原理图及整个电路的工作原理。

4．课程设计中的收获和体会

5．参考文献

绪论 在日常生活中我们用水银温度计来测量温度,不仅测量时间长、读数不方便、精确度不高等缺点。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，测温传感器使用AD590，用三位半数码管进行显示这也能准确达到以上要求。

本设计主要分为两部分：模拟部分和数字部分。而模拟部分又大体可分为电源电路、测温电路、放大电路；而数字部分又可分为AD采样电路译码电路、驱 动电路和显示电路。

系统整体电路包括，温度采集电路、稳压电路、信号处理与放大电路、AD转换电路、译码电路、驱动电路和显示电路。其中温度采集电路的主体是围绕温度传感器AD590设计的；信号处理与放大电路主要由运放LM324与稳压管LM431组成；而AD转换电路、译码电路、驱动电路都是ICL7107与外围电路共同实现的；显示电路则由三位半LED构成；这种设计不仅测量准确，而且测量范围大，可测量零下五十摄氏度到一百五十五摄氏度范围内的精确测量，但是要得到精确的温度，必须通过零度冰水混合物或其他物体的校准，故数字式温度计的制作相对而言较为复杂。

关键词：ICL7107 温度传感器AD590 稳压管LM431

第一章 电路仿真

1.1可编程定时器

此电路此电路可实现由拨码开关事先设置的一个数值，然后按下开始开关后，数码管将会从零开始计数，当计数到设置好的数值时将自动变成零。

第二章 方案论证与选择

方案一：

从三极管的性能可以知道随着温度的升高，三极管的某些参数会相应的增高或减小，例如发射结的电压或电流放大倍数等来检测其温度的变化，然后将其经过一些电路转化，再用数码管显示出来。但由于其线性一般，而且测量温度范围有限，故不可以做精密测温。

方案二：

由于是测温电路，因此可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。本设计使用AD590温度传感器，用ICL7107进行AD转换，以及译码和驱动三位半LED显示。

由于方案一测量不够准确，而且线性度不好，因而无法达到设计的要求，因此选择方案二。

第三章 框图设计

因为本设计是一个数字温度表，故需要一个温度检测电路去检测温度，并将温度值转化为模拟电量，又因为要在数码管上显示，故需要AD转换电路去将模拟量转化为数字量，并将此数字量进行译码，并通过驱动电路，最终将温度值显示在数码管上。

第四章 电路设计

4.1 电路说明

系统整体电路包括，温度采集电路、稳压电路、信号处理与放大电路、

AD转换电路、译码电路、驱动电路和显示电路。

其中温度采集电路的主体是围绕温度传感器

AD590设计的；信号处理与放大电路主要由运放LM324

与稳压管LM431组成；而AD转换电路、译码电路、驱动电路则由ICL7107与搭配一些外围电路共同实现的；显示电路则由三位半共阳极七段LED数码管构成。

4.2主体电路图

图4—1为整个设计的主体电路部分，它包括了模拟部分的温度采集与处理部分，也包含了整个转换与显示部分，其他的电路以及主体电路的每个小模块将在下面进行详细的介绍。

图4—1 主体电路

4.3 模拟电路部分

4.3.1 温度采集与处理电路

如图4—2所示，为模拟部分的主要电路。因为AD590为电流型温度传感器，而其零摄氏度时的的电流为273uA，又由运放的虚短和虚断的有原因，故可以通过调节滑动变阻器的值使图4-1中5支路的电流为273uA，又因为电压由稳压电路输出得到，这是可以近似的认为电压是恒定的，即5支路的电流恒定不变。因此当温度变化时5支路的电流不会发生变化，而AD590支路的变化则会全部流向2支路，从而通过电阻R2将电流值转换成电压值，然后再送入ICL7107的输入端，然后经过数字部分的处理,最终在数码管上显示温度值。

图4—2 温度采集与处理电路

4.3.2 AD590功能及特性

1）AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度 值，a)图所示其中1脚接正极，2脚接负极，3脚接地。

AD590的主要参数：

工作电压：4~30V

工作温度：-55~+150摄氏度

保存温度：-65~+175摄氏度

正向电压：+44V

反向电压：-20V

灵敏度：1uA/K

a)实物仰视图 b)电路符号

2）下图为AD590的封装及基本的应用电路，此电路经过微小的变动就会有

不同的效果，但其根本都可以由这个电路来处理得到，本设计就是在AD590的一端加的负压来控制其电流方向的，整个模拟部分的工作原理也由此展开的。

4.3.3稳压电路

稳压主要由LM431实现，它可将5V电压转换为2.5V的电压，并为电路稳定的提供2.5V的电压，从而为电路的可靠性提供了保障，图4-3就为LM431的接线图。

LM431

图4-3 LM431接线图

4.4数字部分

4.4.1 AD转换、译码和驱动部分

数字部分主要是ICL7107这个模块，ICL7107转化器原理图如图3-4所示。其中计数器对反向积分过程的时钟脉冲进行计数。控制逻辑包括分频器、译码器、相位驱动器、控制器和锁存器。

驱动器是将译码器输出对应于共阳极数码管七段笔画的逻辑电平变成驱动相应笔画的方波。

图4-4 ICL7107转化器原理图

控制器的作用有三个：

第一，识别积分器的工作状态，适时发出控制信号，使各模拟开关接通或断开，A/D转换器能循环进行。

第二，识别输入电压极性，控制LED数码管的负号显示。

第三，当输入电压超量限时发出溢出信号，使千位显示“1" ，其余码全部熄灭。

钓锁存器用来存放A/D转换的结果，锁存器的输出经译码器后驱动LED 。它的每个测量周期自动调零（AZ）、信号积分（INT）和反向积分（DE）三个阶段。

双积分型A/D转换器的电压波形图如图4-5所示

图4-5双积分型A/D转换器的电压波形图

ICL7107AD转换器的管脚排列及其各管脚功能如图3-6所示。

图4-6 ICL7107管脚排列

ICL7107是集A/D转换和译码器为一体的芯片，而且这芯片能够驱动三个数码管工作而不需要更多的译码器，这给我们连接电路或者分析电路提供了一定的方便。ICL7107芯片的管脚比较多，每一个管脚所代表的功能也各不相同，能够组成各种电路，比如说有积分电路。这要求我们在接电路时要小心，不能出现错

误。此外，ICL7107需+5V和-5V两组电源供电。由于采用LED方式显示，耗电较大，因此直流电源主要是通过变压器降压、整流滤波、稳压后获得，本次设计调试时使用直流稳压源供电。

4.4.2数码管显示部分

数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阴极是把所有LED的阳极连接到共同接点地，而每一LED的阴极分别为a,b,c,d,e,f,g及dp（小数点），它的内部结构图如图4-7所示。

图4-7 共阳极数码管内部结构

在本次设计当中，由于ICL7107的特点，它只能驱动共阳极数码管，故我们要选用共阳极七段数码管。在连接数码管时，我们要注意数码管各个管脚所对应的字母，不能接错或接漏，而且在管脚之前要接上电阻，以免烧坏芯片和数码管。

第五章 调试与问题处理

1）电路搭建完成后先检查是否有漏接，短接或错接的情况，检查无误后通电。

2）通电后先观察数码管是否正常点亮，如果不正常请检查数码管与ICL7107模块间的连线，例如数码管的阳极电压是否为5V，也可以将输入端短路后进行上面的测试，为了安全起见最好在通电测试前在数码管的公共端阳极串入一个限流电阻防止出现错误烧坏数码管，这个限流电阻可以几十欧姆就可以，在通电后

显示正常的话可以将此限流电阻拿掉（因为ICL7107的输出驱动电流为8毫安，可以直接驱动二极管）。

3）数码管正常点亮后，就要开始真正的调试了，首先将输入信号短接，看一下数码管是否显示为零，如果不是请调节4-1图中的滑动变阻器R2使之为零，也可以测量ICL7107模块的基准电压（36脚）是否为1V，也有同样的效果，因为此电路的量程为2V，由VIN=2VREF，故可推出此时的VREF=1V。此部分也可称为数字部分的调节。

4）模拟部分的调节主要是调节图4-1中滑动变阻器R1，用万用表观察稳压源输出端与运放正极之间的电压是否为2.5V，此目的就是为了让稳压源输出端的电流等于273uA(零摄氏度时温度传感器的输出电流)，由此来检测温度传感器输出端电流的变化（温度的变化），同时也应该测量一下运放的两个输入端是否为接近为零，若是则为正常，反之不正，这时就应该检测运放部分是否有漏接或短接的情况，或者检测运放的好坏。

5）模拟部分调整好之后数码管上就应该显示与真实温度相差不大的温度值，如果要调整的比较准确就需要用零摄氏度的冰水混合物进行调试。

第六章 总结与体会

作为一名电气与自动化学院、自动化专业一位大三的学生，我觉得能做类似的课程设计是十分有意义，而且是十分必要的。

在已度过的大二的整个时间里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去锻炼我们的实践面？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的课程设计就为我们提供了良好的实践平台。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当数查阅大量的资料和设计手册了。为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅电气设计手册是十分必要的，同时也是必不可少的。我们是未来的工程师，我们是在做设计时一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。

作为一名专业学生掌握一门或几门制图软件同样是必不可少的，本次课程设计要求用protel或multisim绘制电路图，虽然过去从很少在具体设计中应用过

它，但在设计的过程中带着问题去学我发现效率很高，当初在学习理论知识单单是为了学而学，这样效率当然不会高。边学边用这样才会提高效率，这是我做本次课程设计的第二大收获。但是由于水平及经验有限，也出现一些有错误，经过老师的细致的讲解是我发现发现并改正自己的错误，再此也要感谢老师的辛勤教育。

总体来说在本次设计的过程中，我收获了很多，同时也发现不少的问题，虽然以前做过这样的电路设计但这次设计真的让我长进了很多，也让我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。

附录Ⅰ 元器件清单

附录II 实物线路图

参考文献

[1] 康华国.模拟电子技术（第五版）.高等教育出版社²2002 [2] 康华国.数字电子技术（第五版）.高等教育出版社²2002

[3] 黄智伟²全国大学生电子设计竞赛技能训练²北京航空航天大学出版

社²2007

[4] 张宪 张大鹏 万用表检测电子原器件 化学工业出版社²2009 [5] 刘刚.Protel DXP2004SP2 原理图与PCB设计.高等教育出版社²2002