数字温度计.docx

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数字温度计

湖南商学院

《电子技术》课程设计（实习）报告

题　目数字温度计

姓名:

曾美丽

学号:

070910061

专业:

电子信息工程

班级:

电信0702

指导教师:

史德嘉

职称:

副教授

计算机与电子工程学院

2009年6月

目录

1.前言5

2.设计任务与要求5

2.1设计任务5

2.2设计要求5

3．系统功能描述6

4.系统总体设计6

4.1、总体方案设计6

4.2、系统原理框图及电路图7

5.系统详细设计9

5.1、传感器及其应用电路9

5.1.1、温度传感器9

5.1.2、应用电路10

5.2、放大电路11

5.3、A/D转换电路12

5.4、显示电路12

5.5、主要计算13

6、系统实现与测试13

6.1、系统功能及测试指标13

6.2、安装调试过程13

6.3、设计测试中出现的问题及解决办法14

7、课程设计总结14

7.1、收获14

7.2、心得体会14

参考文献15

课程设计（实习）评审表

姓名

曾美丽

学院

计电学院

学号

070910061

专业班级

电信0702

题目

数字温度计

评

审

意

见

评审成绩

指导教师签名

职称

评审时间

年月日

课程设计（实习）作品验收表

题目

数字温度计

参与人员

姓名

曾美丽

班级

电信0702

学号

070910061

设计任务与要求：

1．任务

本课题要求设计一个数字式温度计，即用数字显示被测温度。

2.要求

数字式温度计具体要求为：

.测量范围为0～100℃

.用2位LED数码管显示

作品完成情况：

验收情况：

验收教师签名：

___________

　　　　　　年月日

数字温度计

1.前言

电子技术课程设计是在低频电子线路、数字电子技术课程之后，安排的实践性教学环节。

它是高等学校电子信息专业类的学生必须进行的一种综合性训练。

其目的是学生运用所学的知识，动脑又动手，在教师指导下，结合某一专题独立地开展电子电路的设计与实验，更好地将理论和实际课题相结合，培养学生的综合应用能力，培养创新意识和提高学生的综合素质。

提高对设计课题的分析能力、解决实际问题的综合能力、动手能力。

电子技术课程实际的任务是让学生设计、组装并调试一个简单的电子电路装置。

需要学生综合运用“电子技术”课程的知识，通过调查研究、查阅资料、方案论证与选定；设计和选取电路及元器件；组装和调试电路，测试指标及分析讨论，完成设计任务。

2.设计任务与要求

2.1设计任务

本课题要求设计一个数字式温度计，即用数字显示被测温度。

2.2设计要求

数字式温度计具体要求为：

测量范围为0～100℃。

用2位LED数码管显示。

3．系统功能描述

本设计要实现温度变化时，通过电压的变化形式传递，最终通过2位十进制数显示出来。

在温度测量电路中，本设计实现的温度变化率达到了4.2mv/℃，

4.系统总体设计

4.1、总体方案设计

图1所示为数字温度计的原理框图。

其工作原理是将被测的温度信号通过传感器转换成温度变化的电压信号，此电压信号经过放大电路后，通过模-数转换器把模拟量转变成数字量，最后将数字量送显示电路，用4位LED数码管显示。

图1

4.2、系统原理框图及电路图

整体原理图

转换译码显示的连接

5.系统详细设计

5.1、传感器及其应用电路

传感器是能感受（或响应）规定的被测物理量，并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。

传感器通常直接由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件及相应的电子电路所组成。

本设计中需将温度信号转变成电压信号，所以采用温度传感器。

5.1.1、温度传感器

温度传感器的数量在各种传感器中占据首位，其种类最多，应用最广，发展最快。

最常用的有热电阻和热电偶两大类产品。

其中由于集成温度传感器具有：

不需要任何温度参考点；线性非常好，非线性误差小于；抗干扰能力强；应用简单、方便等优点，而使其应用范围不断扩大，且新品种大量涌现。

根据本课题的任务指标要求和器件的性价比，选用LM35系列精密集成温度传感器。

LM35系列是三端电压输出的精密集成温度传感器，输出电压与摄氏温度线性成比例，消耗电流最大也只有70uA,自身发热对测量精度的影响也只在0.1℃以内。

一些参数如下：

工作电压：

直流4～30V；

•工作电流：

小于133μA

•输出电压：

+6V～-1.0V

•输出阻抗：

1mA负载时0.1Ω；

•精度：

0.5℃精度（在+25℃时）；

•漏泄电流：

小于60μA；

•比例因数：

线性+10.0mV/℃；

•非线性值：

±1/4℃；

•校准方式：

直接用摄氏温度校准；

•封装：

密封TO-46晶体管封装或塑料TO-92晶体管封装；

•使用温度范围：

-55～+150℃额定范围。

5.1.2、应用电路

利用LM35及适当电阻可以组成双电源供电的测温电路，将量程范围内的温度值线性地转换为对应的电压值，输出电压Vo=10mV/℃*t（t为测量温度值），电路如图2所示。

图2LM35测温电路

5.2、放大电路

放大电路如图3所示。

图中放大电路的输入信号Vi来自温度传感器的输出信号Vo，U2为LM324.放大的目的是通过提供合适的电压增益及使用一定的参考电压，将线性输出变化的温度信号电压所对应的LED数字变化与实际温度变化基本一致。

它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。

两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同.依照本设计的需要，放大增益设置为5，由于运算放大的通向输入放大误差较大，故采用两重反向输入放大组合，第一次放大增益为-5，第二次放大增益为+1。

电路图如下:

图3放大器电路

5.3、A/D转换电路

本设计选用集成A/D转换器ADC0804。

ADC0804是单片CMOS8位逐次逼近型A/D转换器，输入电压的范围0～5V,与8位微机兼容，其三态输出可直接驱动数据总线。

输入电压可调，含内部时钟发生器。

它的引脚功能及使用如下：

（1）UIN（+）和UIN（-）：

为模拟电压输入端，模拟电压输入接UIN（+）端，UIN（-）端接地。

双边输入时UIN（+）、UIN（-）分别接模拟电压信号的正端和负端。

当输入的模拟电压信号存在“零点漂移电压”时，可在UIN（-）接一等值的零点补偿电压，变换时将自动从UIN（+）中减去这一电压。

（2）基准电压UREF：

为模数转换的基准电压，如不外接，则UREF可与UCC共用电源。

（3）

为片选信号输入，在微机中应用时，当

=0，说明本片被选中，在用硬件构成的ADC0804系统中，

可恒接低电平。

为转换开始的走动信号输入，

为转换结束后从ADC中读出数据的控制信号，两者都是低电平有效。

（4）CLKR和CLKW：

ADC0804可外接RC产生模数转换器所需的时钟信号，时钟频率?

CLK=1/1.1RC，一般要求频率范围100KHz～1.28MHz。

（5）

中断申请信号输出端，低电平有效，当完成A/D转换后，自动发

信号，在微机中应用，此端应与微处理器的中断输入端相连，当

有效时，应等待CPU同意中断申请RD=0时方能将数输出。

若ADC0804单独应用，可将

悬空，而直接接地。

（6）AGND和DGND：

分别为模拟地和数字地。

（7）D0～D7是数字量输出端。

5.4、显示电路

本设计中的显示电路采用74LS48驱动的7SEG-MPX2-CC两位共阴极LED晶体管显示，

5.5、主要计算

1.测温电路计算

若测量温度值为t，则输出电压Vo1=10mV/℃*t.本设计要求测量范围为0～100℃，故Vo的范围为0～1V。

2.放大电路

此放大电路的输入电压Vi即为前级测温电路的输出电压Vo1,其变化范围为0～1V，输出电压为下级A/D转换电路ADC0804的输入电压，而ADC0804的输入电压为0～5V.即放大电路的输入为0～1V，输出为0～5V，则放大增益为5.

第一次放大中，增益A1=-R4/R3=-5,第二次放大中，A2=-R6/R5=-1,放大电路总增益A=A1*A2=5.

放大电路输出电压Vo2=Vo1*A。

3．

6、系统实现与测试

6.1、系统功能及测试指标

1.由LM35组成的温测电路中要求随温度的变化输出电压也跟着变化，并测试变化系数。

2.运算放大电路中需检测输入电压和一级放大输出电压及二级放大输出电压的比例关系，看是否符合放大倍数要求。

3.

6.2、安装调试过程

1.根据设计任务，本系统由四部分组成，按照要求设计各部分电路。

2.按照电路图在Proteus仿真软件上绘出原理图。

3.逐级检查完善，逐级调试。

4.改变温度传感器的温度，观察线性输出变化的温度信号电压（即放大电路输出电压）。

5.测试零电压。

输入电压VI和VAG短接，仪表读数应为“0000”。

6.用示波器观察ADC0804第11脚的时钟脉冲频率CLK0的波形应有时钟脉冲输出，观察第6脚C1的输出，应为具有最大摆幅且不失真的锯齿波形，否则应调整积分电阻R1的值。

7.改变温度，检查控制是否符合要求，LED显示是否正确。

6.3、设计测试中出现的问题及解决办法

Q1.元器件的变换使用

设计初稿中的元器件大多是通过参考书和网上的资料定下来的，可是到了Proteus仿真软件里，很多元器件都没有仿真模型，只能折中选用仿真模型里有的。

比如放大电路由LM324取代了LM741,A/D转换器由ADC0804取代了MC14433，译码电路由74LS48取代了CC4511，等等。

Q2.温度变化即放大电路的Vi变化时放大电路的Vo总保持5V不变

检查电路，发现LM324的外接电源使用的是正负5V，这样也许是因为Vi经过5倍的放大后超出了5V的范围，于是把LM324的外接电源改为正负12V。

仿真运行时Vo依然是5V！

由此可见外接电源的值不是所有的问题。

接下来试着把原先使用的POWER型电源改为DC直流电源，仿真结果显示放大电路整体放大5倍。

终于找到了症结所在。

Q3.

7、课程设计总结

7.1、收获

通过一个多星期的课程设计，从选题到查资料，从完善原理图到写报告文档，让我明白了课程设计是名副其实的综合性训练，不仅要运用学过的数字电路、模拟电路以及电子技术实验等知识，还要学会查阅各种图书资料和工具书，并将新知识和所学的结合起来为自己所用。

学会了使用Proteus仿真软件，加强了工程绘图的能力，也提高了动手能力。

在设计中遇到一些困难和问题，在向老师请教和与同学的讨论中，解决了问题，觉得很有收获。

7.2、心得体会

在整个课程设计的过程中让我意识到耐心、毅力和细心是做好一件事的必须品质，

参考文献

陈大钦罗杰，电子技术试验【北京】高等教育出版社

阎石数字逻辑电路【北京】高等教育出版社

杨刚周群电子系统设计与实践电子工业出版社