温度采集系统报告材料.docx
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温度采集系统报告材料
课程设计说明书
题目：
温度采集电路设计
学生：
颖娜
学号：
201306090211
院（系）：
电气与信息工程学院
专业：
网络工程132
指导教师：
周晓慧
2015年12月25日
摘要
本次课程设计主要是做一个温度测量系统，对于0-100摄氏度的环境温度或者给定温度要求能较为精确的测量（误差小于1摄氏度）并显示在数码管上，让人直观的看到。
要想测量温度，就必须要一个温度测量仪器，而想要用电路实现功能就必须要把温度值转化为电信号量，因此我们选用LM35作为温度感应电路的核心。
LM35可以将温度值转化为电压值，误差小于0.5℃，符合设计要求。
由于输出电压值过小，直接进行A/D转换会造成较大误差，因此将这个电压值进行放大，放大后经A/D转换器将连续的模拟电压值转化为数字信号量，经过AT28C16的存储接两个CD4511驱动两个共阴极的数码管用来显示两个数字，分别为十位和个位，读出的即为温度值。
第一章技术指标
1.1整体功能要求┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1
第二章方案论证
2.1方案比较┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1
2.2方案确定┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1
第三章单元电路设计
3.1LM35电源电路┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1
3.2信号放大电路┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈2
3.3A/D转换电路┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3
3.4数码显示电路┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3
3.5AT28C16┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3
3.6555多谐振荡器┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3
第四章组装、调试
4.1使用的主要仪器和仪表┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4
4.2调试电路的方法和技巧┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4
4.3测试的数据和波形并与计算结果比较分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈5
4.4调试中出现的故障、原因及排除方法┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈6
第五章设计总结、收获、体会┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈7
参考文献┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈8
附录Ⅰ图纸┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈9
附录Ⅱ元件清单┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈10
第一章技术指标
1.1整体功能要求
设计并制作一个温度测量与显示系统，基本原理如图8所示。
具体要求如下：
图8温度采集系统框图
（1）被测温度围0~99°C；
（2）显示测量的温度值，精度不低于1°C。
参考元器件：
LM35/45，OP07/NE5532/TL082，AT28C16，CD4511。
说明：
测试时验证环境温度和90°C热水的测量值。
第2章方案论证
2.1方案比较
方案一：
由LM35的输出直接送入A/D转换器进行AD转化，然后送进ROM.
缺点：
ADC0809对输入模拟量要求：
信号单极性，电压围是0－5V，而这里温度传感器输出的电压值围是0-1000mV，也就是说最大输出也才对应ADC0809电压围的20%，那么进行A/D转化后的误差可想而知，一定很大。
因此方案一不予采用。
方案二：
A/D转化器的输出直接转化为10进制然后送CD4511显示。
这个方案也有优点那就是逻辑清楚容易理解，也是我们一开始准备采用的方案。
缺点：
要将2进制转化为10进制，电路十分复杂，要用到160计数器以及许多门电路，不仅实现复杂而且容易出现误差。
因此最后不予采用。
方案三：
对于LM35的输出端加放大电路经放大后再送入A/D转化器，对于A/D转化器的输出接一个ROM,存储并且对数据进行转化，将2进制转化为10进制。
2.2方案确定
经过比较决定采用第三种方案，能最大程度的减少误差。
第三章单元电路设计
3.1LM35电源电路
从使用角度来说，LM35与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处，LM无须外部校准和微调，可以提供常用的室温精度。
LM35有单电源和双电源两种接法，正负双电源的供电模式可提供负温度的测量，单电源模式在25℃下电流约为50mA，非常省电，本设计采用的是单电源的接法。
如图1.7所示。
单电源模式下，LM35的电压与温度的关系是：
Vout（T）=10mV/℃×T℃
图3.1
3.2信号放大电路
本设计所采用的LM35输出电压为0～1.5V，虽然在ADC0809的输入电压允许围，但电压信号较弱,直接进行A/D转换会导致数字量太小、精度低等不足。
所以在转换前先进行信号放大，放大电路如图所示，LM35的单电源模式输出电压为0～1.5V，ADC0809的分辨率为5V/256，LM35每增加1℃输出电压增加10mV。
如假设温度为T℃0809输出数为X，放大5倍时有10mV×T/5V×5＝X/256。
图3.2
3.3A/D转换电路
A/D转换器是模拟信号源与计算机或其它数字系统之间联系的桥梁，它的任务是将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便计算机等数字系统进行处理、存储、控制和显示。
8位A/D转换器ADC0809作为典型的A/D转换芯片，具有转换速度快、价格低廉及与微型计算机接口简便等一系列优点，得到了广泛的应用。
ADC0809是带有8位A/D转换器、8路模拟开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。
它是逐次逼近式A/D转换器，是目前应用比较广泛的A/D转换芯片之一，它具有8个通道的模拟量输入线，可在程序控制下对任意通道进行A/D转换得到8位二进制数字量。
ADC0809对输入模拟量要求：
信号单极性，电压围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路，即采集模拟输入电压在某一时刻的瞬时值，并在A/D转换期间保持输出电压不变，以供模数转换。
3.4数码显示电路
采用CD4511驱动七段数码管实现显示电路，数据输入由两个8位锁存器273提供，驱动七段数码管显示十进制数字，在实物制作时应在CD4511与七段数码管的每一个连线间加入限流电阻，保护数码管不被过大的电压烧毁。
3.5AT28C16
2KB的EEPROM，存储器，主要用于存储程序和表格数据，实验用的芯片是ATMEL公司的AT28C16。
用存储器烧录器（可用EasyPRO 系列编程器，如EasyPRO 100B）将准备好的数据输入，写入成功后，将AT28C16以前的电路接好，在AT28C16的输出端接上CD4511。
3.6555多谐振荡器
经过放大的信号接入由555构成的施密特触发器进行波形整形，将正弦波以通过上升沿/下降沿来计数（输出为3接口，作为一个检测点，检测是否有和原始信号频率相同波形为方波的信号）。
图3.3
4、组装、调试：
组装调试的容包括：
4.1用的主要仪器和仪表；
万用表，示波器，电源箱
4.2试电路的方法和技巧；
调试电路的时候不要急着接电，首先在不接电的情况下对自己电路板的线路进行细致的检查，每一个引脚每一条导线与电路原理图仔细对照检查。
不接线检查线路是防止有线路短路错误导致烧坏元器件，破坏整个电路板的严重损失。
在检查完线路没有错误的时候再进行接电调试，就不会出现有错误不知道是线路问题还是元器件有问题的麻烦局面，在调试之前对每个元器件的数值计算清楚。
在调试的时候，为了准确方便，可以进行分块测试，可以先每个功能块进行调试，正确之后再进行扩大围测试。
在接电调试的时候，要把输出电压调准确，与电路板各电极连接准确防止接错线烧坏电路。
在没有短路报警的机器上调试的时候，要注意各个元器件是否有发热与冒烟的不正常情况，如果有的话必须马上切断电源，以异常的元器件为重点进行仔细排查错误。
4.3试的数据和波形并与计算结果比较分析；
4.3.1
4.3.2
经过测量，容易出现问题的放大部分，放大倍数为5倍，是符合我们的设计要求。
4.4调试中出现的故障、原因及排除方法。
a：
接电后数码管不亮
原因：
数码管的共阴极没有接地。
解决：
线路接地不正常。
b：
接电后数码管数字显示一直为88.
原因：
ADC0809和AT28C16导线没接好不工作，通电后就是电直接经过4511到数码管。
解决：
检查发现漏掉引脚没有接上。
c：
接电之后电源报警
原因:
电路板短路
解决：
用万用表把每个块测量电压，把出现问题的地方进行重新焊接。
五、设计总结、收获、体会
通过这次的课程设计，我对一些专业知识和电子设计有了更深的了解，不仅仅是对知识的一次更加深刻的认知，也是对自己之前学习的一次检验。
这次电子课程设计用的是模电和数电的知识，同时加上电路等知识，从老师给的选题里面选择一个课题进行。
这次课程设计是通过团队力量,才使设计得以完成。
可以说,我们三个人是一个不可或缺的整体,这次设计过程中我们也不可避免的遇到了很多的问题，尤其是在调试过程中,会因为某些原因出不来结果，有因为粗心犯了不该犯的错误，也有因为对实验态度不严谨而造成的不良后果，虽然在焊接和调试的过程中有很多错误和不同意见，但终究是在大家一起努力下解决了很多问题。
电路的重要部分为放大部分，这部分直接影响实验数值的准确性，而且也是在实验中容易出错的地方，放大倍数的准确、误差小、实验结果的误差就准确。
遗憾的是，在这次课程设计中，我的电路板没有完全实现应该有的功能，只是实现了一部分。
在验收之后自己反思，还是自己的努力不够多，而且动手能力太差了，一样的电路板，别人的电路板焊接的整整齐齐，自己的却是乱的一团糟。
而且在整个过程中，自己的专业知识也是有很大的问题。
还有就是自己在考虑问题的时候还是太死板，不知道怎么变通，在买元器件的时候，没有ADC0808，就想不到用ADC0809替代。
参考文献
[1]查丽斌.电路与模拟电子技术基础.第2版.：
电子工业.2011.8
[2]党宏社.电路、电子技术实验与电子实训.第2版.：
电子工业.2012.3
[3]阎石.数字电子技术基础.第四版.：
高等教育.2014.12
图
元器件清单
元件
数量
元件
数量
9cm*15cm的电路板
1
LM35
1
数码管
2
NE5532
1
NE555
20
ADC0809
1
CD4511
2
AT28C16
1
103元片电容
1
104元片电容
1
200Ω
1
1K
1
10K
2
40K
1
100Ω
1
270Ω
14
导线
若干
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