温度采集电路设计.docx

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温度采集电路设计

题目：

温度采集电路设计

电子技术课程设计任务书

学院专业班级学生：

题目：

温度采集电路的设计

课程设计从2015年9月7日起到2015年12月20日

1、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：

1.根据设计要求，完成对单路温度进行测量，并用数码管显示当前温度值系统硬件设计，并用电子CAD软件绘制出原理图，编辑、绘制出PCB印制版。

 要求：

（1） 原理图中元件电气图形符号符合国家标准； 

（2） 整体布局合理，注标规范、明确、美观，不产生歧义。

（3） 列出完整的元件清单（标号、型号及大小、封装形式、数量） 

（4） 图纸幅面为A4。

（5） 布局、布线规范合理，满足电磁兼容性要求。

（在元件面的丝印层上，给出标号、型号或大小。

所有注释信息（包括标号、型号及说明性文字）要规范、明确，不产生歧义。

2.编写并调试驱动程序。

 功能要求：

（1） 温度范围0-100℃。

（2） 温度分辨率±1℃。

（3） 选择合适的温度传感器。

 3.撰写设计报告。

2、对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕：

课程设计说明书（报告）中图表、公式要求如下：

（a）图：

图的名称采用中文，中文字体为五号宋体，图名在图片下面。

引用图应在图题右上角标出文献来源。

图号以章为单位顺序编号。

格式为：

图1-1，空一字符后，接图名。

（b）表格：

表的名称及表内文字采用中文，中文字体为五号宋体，表名在表格上面。

表号以章为单位顺序编号，表内必须按规定的符号标注单位。

格式为：

表1-1，空一字符后，接表格名称。

（c）公式：

公式书写应在文中另起一行，居中排列。

公式序号按章顺序编号。

字体为五号宋体，序号靠页面右侧。

格式为：

（1-1）……。

3、课程设计工作进度计划：

时间

设计任务及要求

第一周

指导老师给学生布置课程设计的任务及要求

第二~十五周

学生根据设计任务及要求，对系统进行分析并设计。

第十六周

学生提交设计成果接受指导老师的验收。

第十七周

修改并完善设计，书写并提交课程设计报告。

指导教师：

日期：

教研室主任：

日期：

3.2LM35DZ测试…………………………………………………………….6

3.327C32测试6

3.4共阴极数码管测试6

4单元电路设计7

5.1课设特点……………………………………………………………………17

1设计任务与要求

本课程设计是配合课堂教学的一个重要的实践教学环节，它能起到巩固课堂和书本上的知识，加强综合能力，提高系统设计水平，启发创新思想的效果。

通过本课程设计希望达到以下目地：

培养资料搜集和汇总的能力。

培养总体设计和方案论证的意识。

提高硬件，软件设计与开发的综合能力。

提高软件和硬件联合调试的能力。

熟练掌握相关测量仪器的使用方法。

掌握相关开发软件，仿真软件的使用方法。

要求

1.根据设计要求，完成对单路温度进行测量，并用数码管显示当前温度值系统硬件设计，并用电子CAD软件绘制出原理图，编辑、绘制出PCB印制版。

要求：

（1）原理图中元件电气图形符号符合国家标准；

（2）整体布局合理，注标规范、明确、美观，不产生歧义。

（3）列出完整的元件清单

（4）图纸幅面为A4。

（5）布局、布线规范合理，满足电磁兼容性要求。

2.编写并调试驱动程序。

功能要求：

（1）温度范围0-100℃。

（2）温度分辨率±1℃。

（3）选择合适的温度传感器。

2设计方案论证

显示电路方案

方案一：

采用数码管动态显示

使用一个七段LED数码管，采用动态显示的方法来显示各项指标，此方法价格成本低，而且自己也比较熟悉，实验室也常备有此元件。

方案二：

采用LCD液晶显示

采用1602LCD液晶显示，此方案显示内容相对丰富，且布线较为简单。

综合上述原因，采用方案一，使用数码管作为显示电路。

测温电路方案

方案一：

采用模拟温度传感器测温

由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。

方案二：

采用数字温度传感器

经过查询相关的资料，发现在单片机电路设计中，大多数都是使用传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。

综合考虑，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。

3测试准备工作

3.1电阻与容测试

用数字式万用表测量各个电阻和电容，如果与要求的不符，则须更换元件。

3.2LM35DZ测试

将电源接到LM35DZ的1脚和3脚，用万用表测试2脚和3脚间的电压，如果测试的是诗文，则万用表应该显示的为250mV左右，接下来将手放在传感器上，观察万用表读数是否上升，上升至370mV左右，则传感器应是完好，否则需更换传感器。

3.327C32测试

用存储器烧录器将准备好的程序输入，将存储器27C32放到相应位置，按步骤写入，待写入完成后，重启软件，点击读观察所读数据是否之前所写数据，若出现乱码或不是之前所写数据，则表明烧写失败，需重新烧写；若是，则写入成功，27C32可以使用。

3.4共阴极数码管测试

找公共共阴和公共共阳，首先，我们找个电源（3到5伏）和不同规格的电阻，VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上，组合有很多，但总有一个LED会发光的找到一个就够了，然后用GND不动，VCC（串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就共阴的了。

相反用VCC不动，GND逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就共阳的。

也可以直接用数位万用表，红表笔是电源的正极，黑表笔是电源的负极。

4单元电路设计

4.1数据采集电路

LM35DZ在该电路中的作用是将外界温度采集进电路中的作用。

采用的是外界温度每变化1摄氏度LM35DZ变化10mV的原理。

工作电压4～30V，在上述电压范围以内，芯片从电源吸收的电流几乎是不变的（约50μA），所以芯片自身几乎没有散热的问题。

图4-2LM35DZ仿真电路

4.2信号放大电路

本分电路由于只是需要一个信号放大的电路，并且放大倍数不高，所以采用的是同向比例放大电路，并且该部分的要求精度不高，所以采用的是普通的运算放大器NE5532。

图4-4NE5532仿真电路

图4-4所示的电路图中，构成的是同向比例放大电路，放大倍数为5倍。

工作电压为正负12伏。

4.3数模转换部分

4.3.1ADC0809

本部分，我采用的是ADC0809为核心，以NE555搭建多谐振荡电路为时钟信号的电路。

采用多谐振荡电路的原因：

（1）该电路对时钟信号要求不太精确，用多谐振荡电路即可满足电路需要。

（2）多谐振荡电路的成本相对来说比较便宜，并且设计简单。

（3）该电路对时钟信号的频率要求不高，而常见的晶振都是几兆赫兹级别的，频率太高。

基于以上原因，我采用了多谐振荡电路。

采用ADC0809的原因：

ADC0809是很常用的一款8位的模数转换芯片。

而ADC0808是0809的简化版，主要的不同点是0808的转换输出out0~7与常用的输出端高低位是相反的，即0809的最低位是out0，0808的最低位是out7.ADC0808在实际中不常用，实际中常用的是0809，而0808最常用的是在protues仿真里面，因为0809是没有模型库，无法仿真的。

由于ADC0809在实际生活中应用比较广泛，故我采用的是ADC0809芯片。

ADC0809在该电路中起到的是将模拟量转换成数字量的作用，并将产生的数字量输入到下一个模块电路中。

ADC0809主要特性

1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。

2）具有转换起停控制端。

3）转换时间为100μs（时钟为640KHz时），130μs（时钟为500KHz时）。

4）单个+5V电源供电。

5）模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。

6）工作温度范围为-40～+85摄氏度。

7）低功耗，约15mW。

图4-5ADC0809引脚

4.3.2多谐振荡器电路

图4-6多谐振荡电路仿真电路图

根据多谐振荡电路的频率计算公式：

f=1.44/[（R1+2*R2）*C]，R1=51K,R2=51K,C=0.01uf，故f=144HZ。

该信号是对ADC0809转换时间的限制。

故为了等待时间短一些，我将电阻值设置的较大。

4.3.3ADC0809电路

图4-7ADC0808仿真电路图

图4-7中由于protues元件库中没有ADC0809，故采用ADC0808。

两者的功能没有太大差别。

通过模数转换功能，将模拟量的电压信号转换成为数字信号输入到27C32中并存储。

同时在START端加上一个开关，可防止信号的不稳定导致的显示乱跳的现象。

4.3.4模数转换电路

图4-8模数转换仿真电路

4.4存储电路

由于protues仿真软件中没有AT28C16芯片，故我们采用了27C32仿真。

但仍然可以用ADC0809实现

采用27C32的原因：

（1）由于电路图仿真采用的2732，所以我们为了更容易调试出结果采用了2732。

（2）2732的价格相对于AT28C16便宜。

（3）当时觉得EPROM和EEPROM的却别不大，故采用了2732。

后来老师说EPROM已经是被淘汰的芯片了，市场上现流通的大部分都是二手芯片，故价格便宜。

但是与EEPROM的区别不是很大。

27C32在该电路中起到的作用是将前面ADC0809输入的数字量进行存储，并编写一个查表程序，将数字量按照表格查询数据，并将查到的数据输入到译码显示电路中。

图4-927c32引脚及内部结构

2732的引脚与结构:

2732以HMOS-E（高速NMOS硅栅）工艺制成，24脚双列直插式，其引脚和内部结构如图6－9所示。

从图中可知，2732为4KB容量，地址线12条A0～A11；，数据线8条D0～D7，远为片选端，低电平有效，OE／VPP是输出允许信号，低电平有效，该引脚在编程时也作为编程电压VPP的输入端。

VCC为十5V电源，GND为地。

2732的工作方式

2732共有6种工作方式，如表6－2所示。

（1）读方式

此时面和面的为有效，芯片中的数据从输出缓冲区送往输出引脚。

（2）输出禁止方式

此时远有效，而而无效。

这种工作方式往往是多个2732并联在数据总线上，为使存储系统功耗最小，并防止各存储芯片争夺总线，则可把所有2732的面均接地，通过对两端输入高电平或低电平来确定是哪个芯片的数据输出到数据总线上去，而其它芯片处于输出禁止方式。

（3）待机方式

当CE为无效时，2732处于待机方式。

待机时的电流从工作时的125mA降至35mA。

这种方式下，输出呈高阻状态，且不受OE的限制。

（4）编程方式

对2732编程之前，应保持芯片上所有的位均为1。

写入信息时，只是把应为0的位由1改为0，而应为1的位则保持不变。

编程方式时，各相关引脚信号状态如图6－10所承。

（5）编程禁止方式

此时，OE端接21伏电压，当CE为无效时，则禁止向该芯片写入数据。

（6）该标识码方式

Intel公司生产的，EPROM芯片都包含有厂家及产品型号的标识码。

在特定环境下，可以读出这两个字节的标识码。

2732，2764，27128和27256的标识码分别是890lH，8902H，8903H和8904H。

除以上六种工作方式外，2732还可以工作在校验方式，此时应在面和证的为低电平且从面下降沿起再过一段时间后才能进行。

图4-1027C32仿真电路

27C32程序

ORG0000

DB00H,00H,00H,01H,01H,01H,02H,02H

DB03H,03H,03H,04H,04H,05H,05H,05H

DB06H,06H,07H,07H,07H,08H,08H

DB09H,09H,09H,10H,10H,10H,11H,11H

DB12H,12H,12H,13H,13H,14H,14H,14H

DB15H,15H,16H,16H,16H,17H,17H

DB18H,18H,18H,19H,19H,19H,20H,20H

DB21H,21H,21H,22H,22H,23H,23H,23H

DB24H,24H,25H,25H,25H,26H,26H,26H

DB27H,27H,28H,28H,28H,29H,29H

DB30H,30H,30H,31H,31H,32H,32H,32H

DB33H,33H,34H,34H,34H,35H,35H,35H

DB36H,36H,37H,37H,37H,38H,38H

DB39H,39H,39H,40H,40H,41H,41H,41H

DB42H,42H,43H,43H,43H,44H,44H,44H

DB45H,45H,46H,46H,46H,47H,47H

DB48H,48H,48H,49H,49H,50H,50H,50H

DB51H,51H,52H,52H,52H,53H,53H,53H

DB54H,54H,55H,55H,55H,56H,56H

DB57H,57H,57H,58H,58H,59H,59H,59H

DB60H,60H,61H,61H,61H,62H,62H,62H

DB63H,63H,64H,64H,64H,65H,65H

DB66H,66H,66H,67H,67H,68H,68H,68H

DB69H,69H,70H,70H,70H,71H,71H,71H

DB72H,72H,73H,73H,73H,74H,74H

DB75H,75H,75H,76H,76H,77H,77H,77H

DB78H,78H,79H,79H,79H,80H,80H,80H

DB81H,81H,82H,82H,82H,83H,83H

DB84H,84H,84H,85H,85H,86H,86H,86H

DB87H,87H,88H,88H,88H,89H,89H,89H

DB90H,90H,91H,91H,91H,92H,92H

DB93H,93H,93H,94H,94H,95H,95H,95H

DB96H,96H,97H,97H,97H,98H,98H,98H

DB99H

END

4.5译码显示电路

该部分是由CD4511驱动七段共阴极数码管的电路。

由于此电路实际中应用广泛，所以采用了此种电路来显示温度。

CD4511是一个用于驱动共阴极数码管的BCD码——七段码译码器，其特点是具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的COMS电路能提供较大的拉电流。

可直接驱动数码管。

但是由于数码管的工作电压较小，所以需要在CD4511和数码管添加电阻。

CD4511引脚功能：

A0~A3：

二进制数据输入端

/BI：

输出消隐控制端

LE：

数据锁定控制端

/LT：

灯测试端

Ya~Yg：

数据输出端

VDD：

电源正

VSS：

电源负

图4-11CD4511引脚

数码管：

当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。

如：

显示一个“2”字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。

LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。

小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。

发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。

常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。

LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。

静态显示

静态驱动也称直流驱动。

静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。

静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。

动态显示

LED数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。

通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。

在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

图4-12数码管引脚

图4-13CD4511与共阴极数码管仿真电路

4.6总电路图

图4-14protues仿真电路图

5总结体会

5.1课设特点

（1）使用的器件较少。

（2）通过软件可以方便的设定温度范围。

（3）采用LM35DZ收集温度，大大简化了电路的复杂程度。

（4）采用ADC0809，课程设计的扩展性能比较好。

5.2总结与体会

经过这次的课程设计，我们不仅加深了对Proteus仿真软件的了解和使用，还学到了许多课本上没有涉及知识，练习了电路原理图的设计和仿真运行，同时对这一学期学习的单片机课程进行了一次全面的复习和巩固，收益很大。

通过这段时间的课程设计，我学到了很多东西，我们运用所学的课本知识，以及查阅相关的文献，还要先复习以前学习过的知识，通过温故而知新，使我一开始就有了应该怎样完成“温度采集电路”的设计的方案。

在这次课程设计过程中，结合实际的应用来理解以前学了而没有学会的知识，这给我对理论课的学习提供了很大的帮助。

也使我意识到理论和实际相结合的重要性

我们知道，课程设计一般强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。

在专业知识与研究方法方面为日后的毕业设计乃至毕业后的工作奠定良好的基础

第一周是对电路原理图设计，刚开始感觉有一定的难度，主要是对软件及功能的不了解。

但在老师和同学的帮助下还是顺利的完成了。

整个课设的过程就是一个学习的过程。

因为在课设的过程中，我们必须熟悉电路原理及器件的使用特点，这些都是对课本知识复习和巩固。

所以我觉得课设是一个很重要的学习环节，值得我们应该很认真的去对待！

由于本次课程设计是由分组进行完成的，所以通过这次的课设我更加了解到合作的重要性。

两周的设计中，我们组成员都参加了设计的各个方面的讨论和动手实践，大家更具自己的实际情况做了不同的分工，合理的利用了时间，感觉得到了很好的经验。

这次课设让我对单片机有了进一步的了解，而且对Proteus仿真软件有了一定了解。

体会到了Proteus仿真软件的强大。

最主要的是我们能够自己通过单片机焊接事物，这是我们在课堂上是学不到的。

极大地增强了我们的动手实践能力。

通过本次课设，能够使我们熟练掌握单片机控制电路的设计、程序编写和整体焊接及系统调试，从而全面地提高我们对单片机的软件、硬件等方面的理解，进而增强我们在实践环节的动手操作能力。

譬如，我们可以根据实验指导书的要求，完成BS18D20电路的硬件设计、电路器件的选择、单片机软件的运行、以及整体系统调试，并写出完善的设计报告。

在进行课设之前，要求我们具备数字电路、模拟电路、电路基础、微机原理、电力电子、电机学和单片机等相关课程的知识，并具备一些基本的实践操作水平，为以后的就业打好一定的基础。

总的来说，这次的课程设计自己还是很满意的，感觉收获了不少东西，相信此次学到的知识在以后的生活和学习中对我会有很大的帮助！

参考文献

【1】阎石.数学电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.2006

【2】康华光.电子技术基础（模拟部分）.华中科技大学.高等教育出版社.2006

【3】XX文库