简易数字温度计设计Word文档下载推荐.docx
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三、途径和方法
利用模拟电子技术和数字电子技术的相关知识设计一个数控温度计，可以先查阅相关资料〔网上查找或参考相关书籍手册〕，明确课题的方向和目的，然后学习完成课题所需的理论知识，了解温度信号采集电路、555振荡电路、频率计电路、LED显示电路设计的工作原理；
在理解的根底上确定设计电路方案，完成电路设计，画出原理图及PCB印制幅员，通过仿真分析验证设计的正确性，最后提交课程设计说明书一份。
四、时间安排
课题讲解：
2小时
阅读资料：
10小时
撰写设计说明书：
12小时
修订设计说明书：
6小时
五、主要参考资料
[1]X丽霞.数字电子技术[M].:
高等教育,2006:
174-196.
[2]杨素行.模拟电子技术根底简明教程[M].：
高等教育,2007:
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[3]高桔祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程-根本技能训练与单元电路设计[M].:
电子工业,2007:
24-57.
[4]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M].:
电子工业,2005.1:
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[5]彭介华.电子技术课程设计指导[M].:
高等教育,2002.12:
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[6]陈永甫.新编555集成电路应用800例[M].:
电子工业出版,2000:
80-130.
[7]萧宝瑾.protel99SE操作指导与电路设计实例〔第一版〕[M].：
XX理工大学，2004：
198-230.
[8]张义申，陆坤.电子设计技术[M].:
电子科技大学出版,1996:
48-62.
指导教师〔签字〕：
教研室主任〔签字〕：
批准日期：
年月日
摘要
温度在现实生活中起着相当重要的作用，在电子科技越来越兴旺的当今时代，工业生产中对温度的测量又有了更准确的要求。
在本次简易数字温度计的课程设计中，将采用基于热敏电阻的温度信号采集，用NE555多谐振荡电路将温度转化成频率输入频率计中，用CD40110驱动数码管直接实现数字信号的显示，实现数字温度的设计。
省去了另加编码器和译码器的设计，所以线路更加简单，直观。
为了实现课程要求，温度范围要控制在-20℃~+45℃，温度误差要控制在+0.1℃；
因此，电路的设计合理度就尤为重要，这次设计中电路的设计模块有四个核心电路构成。
四个核心电路为：
温度转换为频率电路、频率显示电路、555振荡电路、译码显示电路。
关键词：
热敏电阻，NE555多谐振荡器，CD40110,频率计，译码显示
1绪论
1.1课题描述
本课题的目的为设计一个简易数字温度计，本课题要求设计出一个能够实现±
0.1℃精度的数字温度计，并要求输出温度范围为-20～+45℃。
利用相关的电子技术知识实现本次课程设计的整个过程，包括查阅资料，参考书籍文献；
首先形成对本次课题的设计思路，包括需要选用的电路和元器件，所选用的电路要严格按照课程设计任务书的要求；
下一步要对各个电路模块进展原理图设计以及电路仿真，此过程中会用到Protel制图软件和Multisim仿真软件来实现局部结果。
1.2根本工作原理及总体框图
本次设计采用温度频率转变电路，根据温度与频率的线性关系先将温度转变为频率，将转换的频率输入频率计中，频率计电路中通过放大整形路、主门电路、计数器、锁存器、七段译码输出，在七段显示器中将频率显示出来，显示的频率即为对应的温度值。
它用热敏电阻采集温度信号，用NE555将温度转化为频率输入频率计中，用CD40110驱动数码管直接实现数字信号的显示，实现数字温度计的设计；
省去了另加编码器和译码器的设计，所以线路更简单、直观。
总体框图如图1所示。
图1整体工作框图
2硬件芯片及元器件说明
2.1555芯片
2.1.1555的工作原理
它有五个局部组成：
电阻分压器：
由三个5KΩ的电阻串联构成，为电压比较器C1和C2提供基准电压；
电压比较器：
由C1和C2组成，提供的基准电压分别为2/3Vcc和1/3Vcc.TH为C1的反相输入端，也称为555的高触发端，TR非为C1的反相输入端，也为555的低触发端；
根本RS触发器：
具有置零，置一，保持和无效四个工作状态，正常工作时，电压比较器C1和C2的输出端分别为RS触发器的置零和置一输入端。
放电管VT：
总是与输出端u0的状态相反，当Q=u0=1时，放电管截至；
当Q=u0=0时，放电管导通，电容开场放电；
缓冲器：
主要是提供电路的带负载能力。
555定时器的原理图如图2所示。
图2555定时器原理图
2.1.2555的各个引脚功能
1脚：
外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
8脚：
外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围3~18V。
一般用5V。
3脚：
输出端Vo，2脚：
低触发6脚：
TH高触发端4脚：
是直接清零端。
当此端接低电平，那么时基电路不工作，此时不管TR和TH处于何电平，时基电路输出为“0〞，该端不用时应接高电平，5脚：
VC为控制电压端。
假设此端外接电压，那么可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
7脚：
放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
2.1.3555的功能介绍
不难看出555的输入和输出具有反相特性，并且输出端Q与放电管D有着相反的状态；
规律为输入端都高：
u0=0，VT导通；
都低：
u0=1，VT截至；
中间状态：
u0保持，VT保持。
555的真值表如表1所示。
表1555的真值表
2.2CD4017芯片
CD40175位Johnson计算器，具有10个译码输出端，CP，CR，INH输入端。
时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。
INH为低电平时，计算器在时钟上升沿计数；
反之，计数功能无效。
CR为高电平时，计数器清零。
Johnson计数器，提供了快速操作，2输入译码选通和无毛刺译码输出。
防锁选通，保证了正确的计数顺序。
译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。
在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。
CD4017的引脚图如图3所示。
图3CD4017的引脚图
2.3CD40110芯片
CD40110能完成十进制的加法、减法、进位、借位等计数功能，并能直接驱动小型七段LED数码管，其逻辑功能见表1，其引脚排列如图1〔a〕所示。
R〔5脚〕为清零端，R＝1时，计数器异步清零。
CP为时钟端，CPu〔9脚〕为加法计数时钟，CPD〔7脚〕为减法计数时钟。
Qco〔10脚〕加计数进位输出，QBO〔11脚〕减计数借位输出。
TB〔4脚〕为触发器使能端，TE＝0时，计数器工作，TE＝1时，计数器处于制止状态，即不计数。
LE〔6脚〕为锁存控制端，LE＝1，显示数据保持不变，但它的内部计数器仍正常工作。
a，b，c，d，e，f，g〔1，15，14，13，12，3，2脚〕为信号输出端，与七段显示器连接，CD40110的引脚图如图4所示。
CD40110的功能表如表2所示。
图4CD40110的引脚图
表2CD40110的功能表
2.4元器件介绍
所用元器件的序号，编号，类型和名称以及数量经过核对，如表3所示。
表3元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
Ds,Ds2
显示器
DCD-HEX-REDGREN
2
Q1,Q2
译码驱动器
CD40110
3
U1,U2,U3
与非门
74LS00
4
U4,U6
多谐振荡器
NE555
5
U5
计数器
CD4017
6
R1~R7
电阻
7
RQ
热敏电阻
8
C1~C7
电容
9
D1,D2
二极管
1N4148
10
D3
发光二极管
11
RP
可变电阻
10K
3电路硬件模块设计
3.1温度转换成频率电路设计
通过热敏电阻对温度进展采集，通过温度与频率近乎线性关系，以此来确定输出频率与其对应的温度，不同的温度对应不同的频率值，故我们可以通过频率值的改变来判断温度值，再由数码管表示出来。
该硬件电路模块的核心构成部件为NE555多谐振荡器，多谐振荡器主要应用于简易温控报警器，双音门铃和模拟声响发生器等实际电路中。
多谐振荡器是一种无稳态电路，它在接通电源后，不需要外加触发信号。
3.1.1NE555工作原理介绍
在由NE555组成的多谐振荡器中，电容C的充电时间T1和放电时间T2各为
〔1〕
〔2〕
故电路的振荡周期为
振荡频率为
〔3〕
〔4〕
通过改变R和C的参数来改变振荡频率，温度的改变可以改变热敏电阻R2的阻值，而R2的改变又可以直接导致振动频率f的变化，即可通过频率的变化反响温度的变动。
在室温下〔设室温为30度〕可测得负温度系数的热敏电阻的阻值为10K，取电容C为1uF,那么有以上公式可得2R1=（1/fCln2）-R2,得那么取R1为20K。
温度转换成频率温度设计电路如图5所示。
图5NE555振荡电路工作原理图
3.1.2NE555引脚及符号说明
对各个引脚的使用进展说明：
1引脚接地GND，2引脚触发，3引脚输出〔OUT）,4引脚复位，5引脚控制电压，6引脚为门限（阈值〕，7引脚为放电端，8引脚为电源电压Vcc。
R1,R2,C是外接定时元件，定时器的
（2）端与（6）端连接起来接uc，晶体管集电极〔7〕接到R1,R2的连接处P。
NE555的引脚图如图6所示。
图6NE555的引脚图
3.2频率显示电路设计
3.2.1放大整形电路设计
此电路由三极管和几个74LS00与非门组成，其作用是为了把被测信号放大,然后整形为与其同频率的方波。
电路如图7所示。
图7放大整形电路
3.2.2555振荡电路
此电路一个555芯片、两个电阻和两个电容组成。
电路如图2.22所示。
由于低电平T1=
R1
Cln2高电平T2=〔R1+R2〕Cln2，高电平T2=〔R1+R2〕Cln2可通过改变R1和R2的值来改变T1，T2的值，为了使电路发出一个适宜的震荡信号，可以令C=100uf，R1=1KΩ，R2可以用一个5.1
KΩ的电阻和一个10K的可变电阻来代替。
电路如图8所示。
图8555振荡电路原理图
3.2.3译码显示电路
译码显示电路由计数器电路、锁存器电路、译码显示组成。
计数器电路由一片CD4017芯片组成，计数器工作时每个高电平维持一个时钟周期，每输入10个时钟脉冲，输出一个进位脉冲来计数。
锁存器电路由CD40110组成，CD40110为十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器，具有加减计数，计数
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