电子记分板.docx

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电子记分板

电子技术课程设计

电气与信息工程学院建筑电气智能化专业

题目：

电子记分板

姓名：

连波

学号：

094412130

指导教师：

祁林

1．概述

1、1设计时间和地点

时间：

2012年6月18-----2012年6月21日

地点：

二号楼B座507教室

1、2设计目的

设计一个数字显示温度测量器电路。

1、3设计要求

1、温度测量范围：

20~100℃。

2、以数字形式显示温度。

3、具有调零电路。

为减少或消除外界干扰，电路应具有低通功能。

1、4设计分析

本设计要求设计一个数显温度器，测量温度的范围为20~100℃，能够对温度值进行数字显示，当超过某一设定温度上限时（如130℃），不能进行工作。

实验中涉及到温度采集电路、电阻电压转换电路、电压放大电路、A/D转换电路、数码显示电路等。

在设计实验方案时大体上按照上面的内容进行设计。

2、设计方案及方案比较

2、1方案一：

2、1、1电路基本原理：

本电路由温度检测电路，温度范围选择，数字显示部分等组成温度检测电路将温度转换成相应的电压信号，信号放大后送入比较器与预先固定电位电压比较器比较，由比较器高低电平控制A\D转换器是否工作,并同时送入A\D转换器转换，变为数字信号进行显示。

数显电路由ICL7106构成。

电源电路由电源变压器，整流桥堆U，滤波电容C1，C2三端稳压集成电路IC1组成。

交流220V电压经下降压UR整流，C1滤波IC1稳压后，产生+15V稳压后，产生+5V电压供给检测电路，时钟电路及显示电路。

温度检测电路由运算放大器A1~A5，电阻器R1~R11，电位器RP1,RP2,

电容C5,C6,温敏电阻RT,构成，温度控制电路由运算放大器 A4,电阻器R13、R14组成。

显示部分由NEC555构成的谐振荡器，AD7107及LCD构成

2、1、2电路的原理框图：

2、2方案二：

2、2、1电路基本原理

温度传感和放大器电路和方案一类似，数显电路由555定时器构成的多谐振荡器，连接一个双JK触发器构成的四分频电路，构成V/F转换器前面的运行电路，最后一个为555定时器构成的单稳态触发器。

单稳态触发器的输出信号提供给计数器，连接其清零信号。

利用其两个状态进行计数和清零。

而双JK触发器出来的信号即为“秒时基信号”。

其信号除了电路图中的连接外，还提供给了寄存器。

锁存和清零信号的产生电路是由单稳态触发器完成的，其引出端口送入计数器的清零端，而单稳态触发器的信号由原来的秒信号送入，对其进行触发，完成不同信号对应的不同功能。

2、2、2电路的原理框图：

2、3方案比较

通过方案一、二的比较我认为方案一比较适合本次实验。

原因有以下几点：

1、本次实验为综合性设计实验，实验的目的是考察学生的综合能力以及锻炼学生的思维动手能力，在这一点方案一比方案二要好。

2、方案一设计合理，电路构成明确且易于操作，方案二构成要比方案一复杂繁琐，在仿真调试过程中容易出错，对学生要求较高。

综上所述，我认为采用方案一是合理的选择。

3、各部分电路设计

3、1温度检测和放大器电路

图一：

温度传感器电路和放大器电路

RT和A1构成温度检测电路，A2和A3构成温度-电压转换电路。

温度检测信号经A1加到差分放大器A2的同相输入端，+5V电压经R9、RP1和R8分压加到A2的反相输入端。

调节RP1使温度为0oC时A2输出为0V。

A2输出加到反相放大器A3的反相输入端，A3增益为

—（R11+Rp1）/R10倍，调整RP2的值温度为100oC时A3输出+10V。

这样，调整RP1和RP2的值，在温度为0~100oC时输出电压为0~+10V，即输出电压与温度成比例。

元器件选择：

R1~R6,均选择用金属电阻。

RP1~RP2选小型合成膜电位器

VB选N4007整流二极管

VR由4只N4007桥接

IC1,IC2选用78L09型三端稳压集成电路

3、2电压比较器电路

由A4,R13,R14构成单限幅电压比较器，固定R13电位为+5V通过与放大后的电压信号比较并通过稳压二极管进行限幅，由此产生的高电平作为A\D转换器的工作电平,低于Ut=20V时A\D转换器不工作。

3、3A\D转换电路和译码显示电路

3、3、1.ICL7106的性能特点

（1）＋7V～＋15V单电源供电，可选9V叠层电池，有助于实现仪表的小型化。

低功耗（约16mW），一节9V叠层电池能连续工作200小时或间断使用半年左右。

（2）输入阻抗高（1010Ω）。

内设时钟电路、＋2.8V基准电压源、异或门输出电路，能直接驱动3½位LCD显示器。

（3）属于双积分式A/D转换器，A/D转换准确度达±0.05％，转换速率通常选2次／秒～5次／秒。

具有自动调零、自动判定极性等功能。

通过对芯片的功能检查，可迅速判定其质量好坏。

（4）外围电路简单，仅需配5只电阻、5只电容和LED显示器，即可构成一块DVM。

其抗干扰能力强，可靠性高。

3、3、2ICL7106的工作原理

ICL7106内部包括模拟电路和数字电路两大部分，二者是互相联系的。

一方面由控制逻辑产生控制信号，按规定时序将多路模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行；另一方面模拟电路中的比较器输出信号又控制着数字电路的工作状态和显示结果。

下面介绍各部分的工作原理。

（1）模拟电路

模拟电路由双积分式A/D转换器构成。

主要包括2.8V基准电压源（E0）、缓冲器（A1）、积分器（A2）、比较器（A3）和模拟开关等组成。

缓冲器A4专门用来提高COM端带负载的能力，可谓设计数字多用表的电阻挡、二极管挡和hFE挡提供便利条件。

这种转换器具有转换准确度高、抗串模干扰能力强、电路简单、成本低等优点，适合做低速模／数转换。

每个转换周期分三个阶段进行：

自动调零（AZ）、正向积分（INT）、反向积分（DE），并按照AZ→INT→DE→AZ…的顺序进行循环。

令计数脉冲的周期为TCP，每个测量周期共需4000TCP。

其中，正向积分时间固定不变，T1＝1000TCP。

仪表显示值将T1＝1000TCP，UREF＝100.0mV代入上式得

N＝10UIN或UIN＝0.1N,只要把小数点定在十位上，即可直读结果。

满量程时N＝2000，此时UM＝2UREF＝200mV，仪表显示超量程符号“1”。

（2）数字电路

数字电路主要包括8个单元：

时钟振荡器、分频器、计数器、锁存器、译码器、异或门相位驱动器、控制逻辑、LCD显示器。

ICL7106内部含有时钟电路，时钟振荡频率由R4、C5决定，为了避免电源交流声的影响，振荡频率取40KHZ。

ICL7106是一种3.5位A/D转换器。

采用40脚DIP封装形式，其管脚排列如图2。

管脚各个的功能如下：

1脚，Vcc为电源正极。

2~8脚，d1,c1,b1,a1,f1,g1,e1为“个”位的7段码输出。

9~14，25脚，d2,c2,b2,a2,f2,e2,g2为“十”位的7段码输出。

15~18，22~24脚，d3，b3，f3，e3，g3，a3，c3为“百”位的7段码输出。

19脚，a4，b4为“千”位的a段码和b段码，因为“千’位只显示”1“，所以将显示器的a段和b段连接在一起，有19脚驱动。

20脚，POL为负极性显示驱动端。

21脚，BP为液晶显示器的背面公共电极的驱动端，简称“背极板”。

26脚，Vss为电源负极。

27脚，INT为积分器外接积分电容的输入端。

28脚，BUFE为缓冲器的输出端，外接积分电阻。

29脚，CAZ为外界自动调零电容。

30脚，IN-为模拟信号（被测信号）的负极输入端。

31脚，IN+为模拟信号的正极输入端。

32脚，COM为模拟地。

33.34脚，CREF-,CREF+为外接基准电容端。

35，36脚，VREF-,VREF+为基准电压的负极，正极输入端。

37脚，TEST为逻辑电路的共用地段，由于ICL7106的数字地（GND）未引出，可以将TEST端视为数字地。

38~40脚，OSC1,OSC2,OSC3为外接震荡电阻和电熔端，外接阻容原件可构成两级反相式阻容振荡器，。

所采采用的典型时钟频率为48Khz.

该数字电压表的基本量程为Vm=200Mv.R2和R3构成基准电压分压器，调节R2使VREF=Vm/2=100MV,满量程既定为200Mv.，二者成1：

2的关系。

R1,C1为时钟振荡器的的RC网络；R4,C3为输入端阻容滤波电路，，可以提高仪器的抗外界的干扰能力。

C2,C4分别为基准电容和自动调零容：

；R5,C5分别是积分电阻和积分电容。

ICL7106的各个管脚的示意图

A\D转换电路和译码显示电路图：

4、整体电路图

5、设计总结

5、1设计体会

这次课程设计是我第一次接触到的将理论知识运用于实际的实践活动。

通过对模拟电子技术、数字电子技术等课程的学习，对自己亲自设计一个综合性的系统充满了期待与渴望。

我在这次课设中选择了数显温度测量器这一题目，感到这个题目综合性强，应用广，对设计者的要求也较高，因此，碰到的难度也较大，但本着求知与实践应用的精神，我最终将这个题目的大概框架整理出来，其中有许多不尽人意之处及不理想的地方还很多，这也是我今后学习的方向和动力。

再者，在设计过程中不仅增强了我们的友谊，而且培养了我们的团队合作精神，使我们的沟通能力得到了锻炼。

当然，最重要的是在此过程中让我们的学习能力得到了提高，让我们的学习不再约束在课本与课堂，使学习由被动变为主动，增强了我们积极动手和动脑的能力。

5、2遇到的问题和解决方法

设计过程中我们从无头绪到找到清晰解决方案，经过了查找、筛选、对比等过程，但还未能完全解决问题。

其中在仿真过程中由于未找到所需的ICL7106芯片，并且未能找到代替芯片，最后仿真未做，深表遗憾。

5、3建议

课程设计极大地促进了学生的学习，希望以后能多提倡这样的课程。

参考文献

1、罗先觉《电路》第五版高等教育出版社

2、秦增煌《电工学》第七版下册高等教育出版社