电子技术课程设计报告Word格式文档下载.docx
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3.4元件参数的选取和计算
第四章电路的组装与调试…………………………………………………………
第五章设计总结……………………………………………………………………
附录…………………………………………………………………………………
参考文献…………………………………………………………………………
第一章设计任务与要求
要求利用温度传感器制作一个电子测温计
第二章设计方案
多数的数字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），将随温度变化而变化的物理参数，如膨胀、电阻、电容、热电动势、磁性、频率、光学特性等通过温度传感器转变成电信号的变化，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，曲线关系等，将电信号经过放大电路放大后使之产生适合模数转换器转换的电信号，再经过模数转换电路即用A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，数字信号送给驱动电路输出，然后通过显示单元，如数码管或者LCD等显示出来，这样就完成了数字温度计的基本测温功能。
测温电路主要是由温度传感器和与传感器有关的电阻等组成，将温度的变化转换成电流或电压的变化，输出给下一级放大电路；
放大电路主要由集成运放及其外接电容、电阻等组成，用以放大由测温电路产生的微弱电信号，使之满足模数转换电路工作需要的电压或电流；
模数转换电路由A/D转换器构成，将放大电路输出的模拟电信号转换成能够使驱动电路工作的数字信号；
驱动电路由译码器及其外围电路组成，用来驱动数码管或LCD液晶屏等显示器；
显示电路由七段数码管或LCD液晶屏构成，用来显示当前所测环境的摄氏温度值。
所以整个设计过程可以分为一下几个方面：
2.1.温度传感器的选择：
温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器，是温度测量仪表的核心部分。
按测量方式可以分为接触式温度传感器和非接触式温度传感器。
本次课程设计所采用的是接触式温度传感器中的集成温度传感器。
集成温度传感器可以分为模拟式温度传感器和数字式温度传感器。
数字式温度传感器是将敏感元件，AD转换但愿和存储器等集成在一个芯片上，直接输出反映被测温度的数字信号，例如DS18B20，可直接达到本次课程设计的要求，操作过于单一，故采用模拟式温度传感器。
模拟式温度传感器将驱动电路，信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，具有实际尺寸小，使用方便，灵敏度高，线性度好，响应速度快等优点。
常见的模拟式温度传感器可以分为电压输出型和电流输出型。
LM3911,LM335,LM35,AD22103,AD590等都是比较常见的模拟温度传感器。
在设计过程中采用了两种方案。
方案一LM335
LM335是一种精密温度传感器，其反向击穿电压随温度按+10mV/k的规律变化。
其主要功能特性如下：
1.直接在绝对温标校准
2.1℃的精确度
3.工作电流400uA—5mA
4.动态阻抗1Ω
5.便于校准
6.宽工作温度范围2001℃
7.低成本
如图2-1是LM135的内部原理图，V15和V16是感温元件，这两个三极管的物理结构有着特定的要求，V15的发射结面积是V16发射结面积的10倍。
它们的集电极负载电阻完全一致，如果流过这两个电阻的电流不同，V15和V16的集电极电压也不同，通过V1—V8组成的差分放大器放大，V1的内阻也变化，那么流过Rs的电流也会变化，V+和V-之间的电压亦会改变，这个电压的变化量也就是随温度而变化的。
如图2-2为LM335的接入电路，经过实际模拟仿真电路可得以下数据：
温度（℃）
输出电压（V）
0.00367412
40
0.00407368
1
0.0036841
50
0.00417351
2
0.00369409
100
0.00467303
3
0.00370408
150
0.00517248
4
0.00371407
200
0.00567194
5
0.00372406
-10
0.00357422
6
0.00373405
-20
0.00347433
7
0.00374404
-30
0.00337444
8
0.00375403
-40
0.00327455
9
0.00376402
-50
0.00317466
10
0.00377401
-100
0.0026752
20
0.0038739
-150
0.00217575
30
0.00397379
-200
0.0016751
由EXCLE可得输出电压与温度的正比例关系，但是由仿真结果（图2-3）来看，输出电压太小，必须经过放大电路，即如下图2-4所示
由仿真电路可知，当温度为0℃时，LM335输出端电压为0.00367412V，经过一个三运放电路，得到运放电路输出端的电压为-3.69252V，经过计算可得，放大倍数大约为1000倍，该放大电路的误差为0.005%。
此方案虽然测量精度比较高，但是从LM335的仿真结果来看，温度每变化1℃时，电压变化大约为0.00001V，以0℃，1℃，2℃为例进行计算，
从0℃到1℃过程中电压实际上变化了0.00000998V，理论上应该改变0.00001V，误差为0.2%。
从1℃到2℃过程中电压实际上变化了0.00000999V，理论上应该改变0.00001V，误差为0.1%。
由于每次温度变化时，输出电压的显示值的误差都有所改变，再加上放大电路所带来的误差，会导致最终输出结果误差不确定，故放弃此方案。
方案二LM35
LM35系列是精密集成电路温度传感器，其输出的电压线性地与摄氏温度成正比。
因此LM35比按绝对温标校准的线性温度传感器要优越得多。
LM35系列传感器生产制作时已经过校准，输出电压与摄氏温度一一对应，使用极为方便，灵敏度为10mv/℃，精度在0.4℃至0.8℃，在-55℃至150℃温度范围内，重复性好，地下呼出阻抗，线性输出和内部精密校准使其与独处活控制电路接口简单和方便，可单电源和正负电源工作。
其工作特性如下：
1.在摄氏温度下直接校准
2.+10mv/℃D线性刻度系数
3.额定温度范围为-55℃至150℃
4.确保0.5℃的精度（在25℃）
5.适合于远程应用
6.工作电压范围宽，4V至30V
7.低功耗，小于60uA
8.在静止空气中，自热效应低，小于0.08℃的自热
9.输出阻抗，通过1mA电流时仅为0.1欧。
如图2-5为LM35作为基本摄氏温度传感器时的电路，将其联入仿真电路时如下。
2.2AD转换器TC7107
AD转换就是模数转换，将模拟信号转换为数字信号。
由于温度转换模块选用的是LM35，将温度信号转换为电压信号，则在模数转换模块中要将电压信号通过模数转换器转换成数字信号，之后通过数码管的形式表现出来。
TC7107是三位半直接显示驱动模数转换器，三位半的意思是该表有三位可以显示0~9的数码管，还有一位最高位是只能显示0和1，这个最高位如果是1，后三位是999，那么就是1999，约等于2000。
最高位的权重是1000/2000即1/2。
三位半数显表是指最大显示数为1999的仪表，“三”是指后面三位能显示完全十进制（0～9）的数目，“半”是指1999进位后能达到的整数位“2”和首位数“1”即1/2，多用于集成电路ICL7106或7107等专用IC设计。
本文介绍的三位半数显表由四个八段数码管组成，用来显示实测温度，从低至高位依次为小数位、个位、十位、符号位。
由于TCL7107内部具有译码驱动功能，所以不需另接译码器就能很好的控制LED，以便实时显示温度值。
采用LED显示方式，由于其具有亮度高、显示醒目、使用寿命长、方便、价格低廉等优点在工业用仪器仪表中得到广泛应用。
1.直接驱动LCD或LED显示屏
2.输入为零时读数为零
3.噪声低，显示稳定
4.自动调零周期免除了调零需要
5.方便的9V电池操作
6.高阻抗CMOS查分输入
7.查分参考输入简化比例测量
8.低功耗运行：
10mV
如图2-7为TC7107的标准电路。
（参数调配会在后面具体描述。
）
2.3数码管的连线
数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，这两种都是我们最常用的，八段数码管比七段数码管多了一个小数点，除此之外，其它方面基本相同。
所谓的八段就是指数码管里有八个小LED发光二极管，通过控制不同的LED的亮灭来显示出不同的字型。
数码管按发光二极管单元连接方式又分为共阴极和共阳极两种类型，共阴极就是将八个LED的阴极连在一起，让其接地，这样给任何一个LED的另一端高电平，它便能点亮。
而共阳极就是将八个LED的阳极连在一起，形成公共阳极（COM）的数码管。
共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管。
共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。
在模数转换部分选择了TC7107作为模数转换器，TC7107包含了三位半液晶显示器，可以驱动共阳极LED数码管。
在本次设计中选择了八位共阳极数码管作为显示部分。
其连线如下图2-8所示。
第三章设计原理与电路
整个设计电路分为三个模块，第一个模块为温度传感模块，第二个模块为模数转换器模块，第三个模块为数码管，元器件的选取在第二章已经叙述过，在第三章主要介绍元器件的管脚和功能
图3-1
如第二章所介绍的设计方案所述，温度传感模块选用LM35作为温度传感器，将温度信号转换为可以测量的电压信号，模数转换器模块将电压信号转换为数字信号，通过七位共阳极数码管显示出来。
1.温度传感器LM35
如图所示为温度传感器LM35的封装图，
如图所示为LM35在仿真电路中的接线。
LM35的极限参数如下
电源电压
输出电压
输出电流
+35V~0.2V
+6V~1.0
100mA
作为温度传感器，LM35作为精密集成电路温度传感器，其输出的电压线性地与摄氏温度成正比，在设计电路时与其他元器件如LM335相比很大程度的增强了测量的准确度，减小了误差，同时增强了灵敏度。
2.AD转换器TC7107特点与引脚功能
A/D转换电路的设计采用TCL7107，它是三位半双积分型A/D转换器，属于CMOS大规模集成电路，它的最大显示值为士1999，最小分辨率为100μV。
能直接驱动共阳极LED数码管，不需要另加驱动器件，使整机线
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