数显温度计报告.docx
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数显温度计设计与制作报告
学院电子工程学院
班级卓越001012班
姓名冉艳伟（00101201）
张方林（00101202）
数显温度计设计与制作报告
一、设计任务
设计并制作一台以5V电源供电（可取自于USB插口或手机充电器），具有摄氏度和华氏温度显示功能的数字温度计，量程-20℃~+100℃（或-20℉~+100℉），分辨率0.1℃（或0.1℉）。
二、设计方案
其原理框图参考图1，工作过程如下：
半导体温度传感器LM335输出正比于开氏温度的电压值U1（10mV/K），将电压U1减去2730mV后，得到正比于摄氏温度的电压U2（10mV/℃），再经过U3=1.8U2+320mV的运算后，得到正比于华氏温度的电压U3（10mV/℉）。
开关选择U2或U3送入2V数字表头，它具有1mV分辨率，即温度分辨率为0.1℃或0.1℉。
最后将数字表头的小数点固定于十位，显示值即为温度值。
如果没有2V表头，也可以将输出电压值10:
1分压后，送入普通数字万用表的200.0mV档，亦可完成温度值的显示。
本实验中的运放使用一片LM335二运放。
为了使用方便，本设计采用单5V供电，运放所需的-5V电压利用电荷泵芯片（ICL7660）来提供。
考虑到5V电源电压可能不稳定，参与运算所需的2730mV、320mV等固定电压由2.5V基准源芯片（TL431）分压或放大得到。
图1数字温度计原理框图
三、设计原理
1.设计原理图
仿真电路如下：
2.原理分析及元件参数计算
左上角的运放是一个相减器。
R1，R2，R6，R7均取100KΩ大电阻，减小温度传感器内阻的影响。
Uo=Ui-2.73v。
正下方是一个基准源对外输出2.73v直流信号。
Uo=2.5*（1+R3/R4）
R3约为940Ω，R4约为10KΩ，得Uo近似为2.73v。
右下角的运放是同向相加器。
其同相端一个接上一级的信号。
一个接0.178（即0.32/1.8）v的直流信号。
由同向相加器的输入输出特性得：
Uo=（1+R9/R8）*（（R10||R13）/（R14+R10||R13））*（Ui1+Ui2）
R10=R13=R14=10KΩ,R8=25000Ω,R9约为110000Ω.代入得
Uo=1.8（Ui+0.178）=1.8Ui+0.32
右上角是分压电路。
对2.73分压得到了0.178v。
四、仿真结果
温度
U1
U2
U3
理论值
仿真值
理论值
仿真值
理论值
仿真值
-23℃
2.5
2.5
-0.23
-0.231
-0.094
-0.093
0℃
2.73
2.73
0
-0.3*10-3
0.32
0.321
27℃
3
3
0.27
0.270
0.806
0.807
100℃
3.73
3.73
1
1.001
2.12
2.120
五、元件清单
电阻
100kΩ
7个
30kΩ
1个
10kΩ
1个
6.8kΩ
1个
1kΩ
1个
510Ω
1个
470Ω
1个
电位器
2kΩ
1个
200kΩ
1个
LM335：
半导体温度传感器
LM335：
通用型二运放
2V数显表头（DVM）
ICL7660：
电荷泵芯片
TL431：
2.5V基准源
开关
六、完成制作，电路，正面、背面以及工作中的照片
正面：
背面：
布局图：
七、温度测量及误差分析
U1
U2
U3
温度值
理论
实测
理论
实测
理论
显示值
3050mV
320mV
318mV
896.0mV
894.3mV
32.0℃
31.8℃
2950mV
220mV
217mV
716.0mV
712.5mV
22.0℃
21.7℃
2986mV
256mV
254mV
780.8mV
777.2mV
25.6℃
25.4℃
2962mV
232mV
234mV
737.6mV
735.8mV
23.2℃
23.4℃
2977mV
247mV
246mV
764.6mV
762.8mV
24.7℃
24.6℃
上表中测量结果存在误差，可能是因为所用运放非理想运放，如存在偏置电流，失调电压等因素，而理论计算是根据理想运放来计算的，导致实验误差。
另外实验室提供的元件本身存在误差，如实验室应提供的电阻本身误差5%，也是实验误差产生的一个重要因素。
八、总结与体会
本次设计与制作已经完成，回想这两周来的电子设计制作经历，感触甚是深刻。
通过本次课程设计，使我们对电子设计及制作产生了较为浓厚的兴趣，这不仅加强了自己对理论知识的理解和巩固，还能提高自己的动手能力，可以说受益匪浅。
本次设计主要分为四部分：
设计、仿真、制作及调试。
这四个步骤在整个课程设计过程中起着重要的作用。
本次课程设计的任务是：
根据老师给出的设计题目的要求选择合适的电路，确定元件参数，对原理图进行电路仿真。
在整个设计制作过程中用到了Multisim仿真软件。
通过本次仿真，使我们更熟练的运用Multisim进行电路仿真。
仿真完成后接下来就是制作了，我们先对电路进行了布局，这使我们后来的引线很方便。
焊接时一定要做到细心加耐心，不要急于求成。
当然对于一个初学者而言，刚开始焊出来的板子确实谈不上美观，不过当熟练之后，焊出美观的板来就不成什么问题了。
最能体现一个人的耐心程度，也最能学到东西的阶段还是在调试过程。
在整个过程中既要求熟练掌握设计的原理，懂得运用所学电学的基本理论，还要求善于查错，改错。
如果在调试过程中无法达到预期结果，就要从整个设计制作过程中认真分析，细心查找错误，一步一步仔细排查。
在找到错误之后，切不可马上放弃这块板子重新做，如果不懂如何做，可以请教在这方面能力较强的同学，尽量做到以较少的改动来改正错误。
这样可以节约时间。
当调板不成功，尤其是花了很久时间都未能成功的时候，不要急燥，要静下心来分析。
我们在调试过程中也遇到了问题，当检查时发现，原来我们用的一根地线是一根漆包线，外层不导电，导致电路部分未接地。
在修改之后，终于，一直期盼出现的结果出来了。
从这一次制作过程的心得体会当中，我们意识到在以后的设计中还需要做到再细心、再耐心、再专心。
回想从制作开始到结束，没有哪一步不是注入了自己的心血，心情就激动不已，此次设计必将让我们的理论水平和实践能力上升到一个新的台阶，同时也让我们认识到实践的重要性。
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