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第三章数字显示温度计的基本原理8

3.1数显温度计的特点8

第四章电路板的焊接与调试11

4.1电路板的焊接11

4.2电路板的调试11

第五章全文总结与展望12

5.1结论12

5.2展望12

致谢13

引言

英文名称：

digitalthermometer

　　简介：

数显温度计可以准确的判断和测量温度,以数字显示，而非指针或水银显示。

故称数字温度计或数字温度表。

温度数我们日常生产和生活中实时在接触到的物理量，但是它是看不到的，仅凭感觉只能感觉到大概的温度值，传统的指针式的温度计虽然能指示温度，但是精度低，使用不够方便，显示不够直观，数字温度计的出现可以让人们直观的了解自己想知道的温度到底是多少度。

　　数显温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器（如铂电阻，热电偶，半导体，热敏电阻等），将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化，温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系，一定的曲线关系等，这个电信号可以使用模数转换的电路即AD转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给处理单元，如单片机或者PC机等，处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来，成为可以显示出来的温度数值，如25.0摄氏度，然后通过显示单元，如LED,LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。

这样就完成了数字温度计的基本测温功能。

第一章数字显示温度计的发展史、内容及其意义

1.1温度计的发展史

温度计是测温仪器的总称。

根据所用测温物质的不同和测温范围的不同，有煤油温度计、酒精温度计、水银温度计、气体温度计、电阻温度计、温差电偶温度计、辐射温度计和光测温度计等。

最早的温度计是在1593年由意大利科学家伽利略（1564～1642）发明的。

他的第一只温度计是一根一端敞口的玻璃管，另一端带有核桃大的玻璃泡。

使用时先给玻璃泡加热，然后把玻璃管插入水中。

随着温度的变化，玻璃管中的水面就会上下移动，根据移动的多少就可以判定温度的变化和温度的高低。

这种温度计，受外界大气压强等环境因素的影响较大，所以测量误差大。

伽利略发明的第一个温度计

后来伽利略的学生和其他科学家，在这个基础上反复改进，如把玻璃管倒过来，把液体放在管内，把玻璃管封闭等。

比较突出的是法国人布利奥在1659年制造的温度计，他把玻璃泡的体积缩小，并把测温物质改为水银，这样的温度计已具备了现在温度计的雏形。

以后荷兰人华伦海特在1709年利用酒精，在1714年又利用水银作为测量物质，制造了更精确的温度计。

他观察了水的沸腾温度、水和冰混合时的温度、盐水和冰混合时的温度；

经过反复实验与核准，最后把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0℉，把纯水凝固时的温度定为32℉，把标准大气压下水沸腾的温度定为212℉，用℉代表华氏温度，这就是华氏温度计。

在华氏温度

温差电偶温度计是一种工业上广泛应用的测温仪器。

利用温差电现象制成。

两种不同的金属丝焊接在一起形成工作端，另两端与测量仪表连接，形成电路。

把工作端放在被测温度处，工作端与自由端温度不同时，就会出现电动势，因而有电流通过回路。

通过电学量的测量，利用已知处的温度，就可以测定另一处的温度。

这种温度计多用铜——康铜、铁——康铜、镍铭——康铜、金钴——铜、铂——铑等组成。

它适用于温差较大的两种物质之间，多用于高温和低浊测量。

有的温差电偶能测量高达3000℃的高温，有的能测接近绝对零度的低温。

高温温度计是指专门用来测量500℃以上的温度的温度计，有光测温度计、比色温度计和辐射温度计。

高温温度计的原理和构造都比较复杂，这里不再讨论。

其测量范围为500℃至3000℃以上，不适用于测量低温。

1.2本文的主要内容

本文主要介绍数字显示温度计的应用，发展情景，发展史。

第一、二章着重介绍了数显温度计的发展史、设备、结构，第四章论述了电路板的焊接和调试的过程，最后在第五章中做了全文的总结和展望。

1.3本课题的研究意义

短暂的大学三年转眼就过去了，我们从理论和实践上都有所提高，从理论上讲，更加巩固了模拟电路的知识,把以前很多方面不熟悉的得到了进一步的了解,通过这次毕业设计,让我学到同学之间的配合是相当重要的,同时也离不开我们各方面的努力,从实践上,加强了我的动手能力,比如说焊接,散热片的安装,钻孔,还有板子的焊接与调试等.

我们选做的毕业设计课题是数字显示温度计，它的研究意义在于让人们能更直观、更精确、更方便的了解自己想知道的温度到底是多少度。

第二章数字显示温度计的组成

2.1数字显示接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器。

1．MC14433的主要功能特性

精度：

读数的±

0.05%±

1字

模拟电压输入量程：

1.999V和199.9mV两档

转换速率：

2-25次/S

输入阻抗：

大于1000MΩ

电源电压：

±

4.8V—±

8V

功耗：

8mW（±

5V电源电压时，典型值）

采用字位动态扫描BCD码输出方式，即千、百、十、个位BCD码分时在Q0—Q3轮流输出，同时在DS1—DS4端输出同步字位选通脉冲，很方便实现LED的动态显示。

MC14433最主要的用途是数字电压表，数字温度计等各类数字化仪表及计算机数据采集系统的A/D转换接口。

2．MC14433的引脚说明：

MC14433为双列直插24引脚封装的芯片，其引脚图见图3-1所示。

第1脚（VAGND）—模拟地，为高阻输入端，被测电压和基准电压的接入地。

第2脚（VREF）—基准电压，此引脚为外接基准电压的输入端。

C14433只要一个正基准电压即可测量正、负极性的电压。

此外，VREF端只要加上一个大于5个时钟周期的负脉冲（VR），就能够复位至转换周期的起始点。

第3脚（Vx）—被测电压的输入端，MC14433属于双积分型A/D转换器，因而被测电压与基准电压有以下关系：

图3-1MC14433引脚图

因此，满量程的Vx=VREF。

当满量程选为1.999V，VREF可取2.000V，而当满量程为199.9mV时，VR取200.0mV，在实际的应用电路中，根据需要，VR值可在200mV—2.000V之间选取。

第4-6脚（R1/C1，C1）—外接积分元件端。

此三个引脚外接积分电阻和电容，积分电容一般选0.1uF聚脂薄膜电容，如果需每秒转换4次，时钟频率选为66kHz，在2.000V满量程时，电阻R1约为470kΩ，而满量程为200mV时，R1取27kΩ。

第7，8脚（C01、C02）—外接失调补偿电容端，电容一般也选0.1uF聚脂薄膜电容即可。

第9脚（DU）—更新显示控制端，此引脚用来控制转换结果的输出。

如果在积分器反向积分周期之前，DU端输入一个正跳变脉冲，该转换周期所得到的结果将被送入输出锁存器，经多路开关选择后输出。

否则继续输出上一个转换周期所测量的数据。

这个作用可用于保存测量数据，若不需要保存数据而是直接输出测量数据，将DU端与EOC引脚直接短接即可。

第10，11脚（CLK1、CLK0）—时钟外接元件端，MC14433内置了时钟振荡电路，对时钟频率要求不高的场合，可选择一个电阻即可设定时钟频率，时钟频率为66kHz时，外接电阻取300kΩ即可。

若需要较高的时钟频率稳定度，则需采用外接石英晶体或LC电路，请参考相关课外图书资料。

第12脚（VEE）—负电源端。

VEE是整个电路的电压最低点，此引脚的电流约为0.8mA，驱动电流并不流经此引脚，故对提供此负电压的电源供给电流要求不高。

第13脚（Vss）—数字电路的负电源引脚。

Vss工作电压范围为VDD-5V≥Vss≥VEE。

除CLK0外，所有输出端均以Vss为低电平基准。

第14脚（EOC）—转换周期结束标志位。

每个转换周期结束时，EOC将输出一个正脉冲信号。

第15脚（）—过量程标志位，当|Vx|>

VREF时，输出为低电平。

第16-19脚（DS4、DS3、DS2、DS1）—多路选通脉冲输出端。

DS1、DS2、DS3和DS4分别对应千位、百位、十位、个位选通信号。

当某一位DS信号有效（高电平）时，所对应的数据从Q0、Q1、Q2和Q3输出，两个选通脉冲之间的间隔为2个时钟周期，以保证数据有充分的稳定时间。

第20-23脚（Q0、Q1、Q2、Q3）—BCD码数据输出端。

该A/D转换器以BCD码的方式输出，通过多路开关分时选通输出个位、十位、百位和千位的BCD数据。

同时在DS1期间输出的千位BCD码还包含过量程、欠量程和极性标志信息，这些信息所代表的意义见下表。

第24脚（VDD）—正电源电压端。

第三章数字显示温度计的基本原理

3.1数显温度计的特点

管1N4148而言，具有约－2.1mV/℃的温度系数，当两个1N4148串接时，总的正向压降与温度的关系约为－4.2mV／℃。

理论和实降都已证明，在－50℃～＋150℃的范围内，二极管的测温精度可达±

0.1℃。

与其它温度传感器相比，二极管的温度传感器具有灵敏度高、线性好、简便的特点。

而且当二极管的正向电流和温度一定的情况下，其正向压降是非常稳定的。

图3-2数显温度计工作原理

2．测温显示原理

测量探头把待测温度转换为相应的电压后，因为要实现温度的数字显示，就必须有模拟／数字转换装置。

在本电路中，就是以A/D转换器MC14433为核心而设计的。

MC14433是单片CMOS（3-1/2位）双积分型A/D转换器，该A/D转换器的转换精度高达±

1字；

转换速率为2－25次/秒；

输入阻抗大于1000M欧；

外围元件少，电路结构简单；

量程为1.999V和199.9mV两档；

输出8421BCD代码，经译码后实际LED动态扫描显示。

MC14433的第2脚为外接基准电压Vref输入端；

第3脚为被测电压Vin输入端；

第1脚为模拟地，此端为高阻输入端，是被测电压和基准电压的地；

第15脚为过量程输出标志端OR，平时OR为高电平，当|Vin|>

Vref即超过量程时，OR为低电平。

被测电压Vin与其准电压Vin与基准电压Vref成下列比例关系（当小数点定位于4个LED数码管的十位数时）：

输出读数＝Vin／Vref×

199.9

因为MC14433以扫描方式输出数据，所以只需要用一个译码器就能驱动4只共阴极LED数码管，其中千位数的数码管只接“b、c”两段。

4个LED数码管的公共阴级分别由MC1413中的4个达林顿复合晶体管驱动。

负号由千位数的LED数码管“g段”来显示，显示负号的“g段”由MC14433的Q2控制，当输入负电压时（对应温度为0℃以下），Q2＝“0”，显示负号的“g段”通过R15欧电阻点亮；

当输入正电压时（对应温度为0℃以上），Q2＝“1”使MC1413的另一个达林顿复合晶体管把流过R15的电流旁路到地，使显示负号的“g段”熄灭。

小数点固定在十位数的LED数码管，通过R16给小数点“dp”提供电流，使小数点“dp”点亮。

对应该装置的电路板图如图3-3所示。

第四章电路板的焊接与调试

4.1电路板的焊接

我们去电子市场买元件，考虑到价格问题，选用的元器件为五色环电阻、小型电解电容、有极性电容等，工具为60W普通内热式电烙铁一把、钳子、螺丝刀等等。

经过一系列的准备就绪之后，焊接也是最麻烦的一关，焊接时首先焊