温度测控及数显电路设计.docx

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温度测控及数显电路设计

《电子技术》课程设计报告

课题：

温度测控及数显电路设计

班级电气3113学号1111221125

学生姓名林义

专业电气工程及其自动化

系别电子信息工程系

指导教师电子技术课程设计指导小组

淮阴工学院

电子与电气工程学院

2013年12月

一、设计目的

a）培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。

b）学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。

c）进行基本技术技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。

d）培养学生的创新能力。

二、设计要求

本课题的任务是由温度检测电路、信号放大器、V/F变换电路、频率测量电路和计数译码显示电路组成。

电路通电后LED显示实时温度测量值，超过设定值，电路进行报警。

三、总体设计

（1）技术指标

1、电源电压：

±5V；

2、主要单元电路和元器件参数计算、选择；

3、画出总体电路图；

4、设计、焊接电路，实现预期功能；

5、调试电路；

6、提交格式上符号要求，内容完整的设计报告。

（2）设计思想

图1温度测控及数显电路设计框架图

（3）实验原理及电路图

图2温度报警电路及V/F转换电路图

图3数显驱动电路及门控电路图

四、单元电路设计

（1）铂热电阻PT-100

●工作原理

PT100是铂热电阻，简称为：

PT100热电阻，它的阻值会随着温度的变化而变化。

PT后的100即表示它的在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时阻值为138.5欧姆。

目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。

●应用

医疗、工业、温度计算、卫星、气象、阻值计算等高精温度设备。

●阻值和温度的关系表

图4PT100电阻温度对照表

（2）LM358运算放大器

图5LM358引脚图

（3）电压/频率转换器LM331

工作原理：

LM331内部有

（1）输入比较电路、

（2）定时比较电路、（3）R-S触发电路、（4）复零晶体管、（5）输出驱动管、（6）能隙基准电路、（7）精密电流源电路、（8）电流开关、（9）输出保护点路等部分。

输出管采用集电极开路形式，因此可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，从而适应TTL、DTL和CMOS等不同的逻辑电路。

此外，LM331可采用单/双电源供电，电压范围为4～40V，输出也高达40V。

IＲ（PIN1）为电流源输出端，在f０（PIN3）输出逻辑低电平时，电流源ＩＲ输出对电容ＣＬ充电。

引脚2（PIN2）为增益调整，改变ＲＳ的值可调节电路转换增益的大小。

f０（PIN3）为频率输出端，为逻辑低电平，脉冲宽度由Ｒt和Ｃt决定。

引脚4（PIN4）为电源地。

引脚5（PIN5）为定时比较器正相输入端。

引脚6（PIN6）为输入比较器反相输入端。

引脚7（PIN7）为输入比较器正相输入端。

引脚8（PIN8）为电源正端。

（4）计数器4060

图6CD4060引脚图

工作原理：

CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是RC或晶振电路，CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。

所有的计数器位均为主从触发器。

在CP1（和CP0）的下降沿计数器以二进制进行计数。

在时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。

（5）译码驱动器CD4511

●简介：

CD4511是一片CMOSBCD—锁存/7段译码/驱动器，用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器。

●特点：

具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。

可直接驱动共阴LED数码管。

●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

●工作条件：

图7CD4511引脚图

电源电压范围：

3V~18V

输入电压范围：

0V~VDD

工作温度范围：

M类-55℃~125℃E类-40℃~85℃

●方法：

其中abcd为BCD码输入，a为最低位。

LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。

BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加高电平。

另外CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9（1001）时，显示字形也自行消隐。

LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。

a～g是7段输出，可驱动共阴LED数码管。

●真值表

（6）BCD码计数器CD4553

●工作原理：

CD4553/CC4553是3位十进制计数器，但只有1个输出端，要完成3位输出，采用扫描输出方式，通过它的选通脉冲信号，依次控制3位十进制的输出，从而实现扫描显示方式。

●CD4553/CC4553引脚功能：

CLOCK：

计数脉冲输入端，下调沿有效。

    CIA、CIB：

内部振荡器的外界电容端子。

MR：

计数器清零（只清计数器部分），高电平有效。

LE：

锁定允许。

当该端为低电平时，3组计数器的内容分别进入3组锁存器，当该端为高电平时，锁存器锁定，计数器的值不能进入。

     DIS：

该端接地时，计数脉冲才能进行计数。

DS1、DS2、DS3：

位选通扫描信号的输出，这3端能循环地输出低电平，供显示器作为位通控制。

Q0、Q1、Q2、Q3：

BCD码输出端，它能分时轮流输出3组锁存器的BCD码。

    CD4553内部虽然有3组BCD码计数器（计数最大值为999），但BCD的输出端却只有一组Q0～Q3通过内部的多路转换开关能分时输出个、十、百位的BCD码，相应地，也输出3位位选通信号。

例如：

当Q0～Q3输出个位的BCD码时，DS1端输出低电平；当Q0～Q3输出十位的BCD码时，DS2端输出低电平；当Q0～Q3输出百位的BCD码时，DS3端输出低电平时，周而复始、循环不止。

●真值表

5、调试过程、电路测试及测试结果

a）在自己感觉接线正确时，通入5V电压，此时数码管并没有显示。

通过检测发现数码管是属于共阳极的。

但CD4511只能驱动共阴极的数码管，因此重新更换了数码管。

b）重新安装以后数码管显示为000，没有明显变化，通过检测发现LM358

的1脚没有输出电压，即LM358可能损坏，又重新更换。

c）排除了上面的故障后，调试R4，使u1为4.096V。

接着断开J1、J2，

调节R5为100欧姆。

接着连接J1，调节R25使LM358的1脚输出0V。

然后断开J1，调节R5为138.5欧姆。

接着调节R28使LM358的7脚输出为1V。

d）连接跳线TP1的1-2，调节R41，使LM331的U3-6输出信号4HZ或者数码管显示为100。

断开J1，连接J2，即可。

六、设计总结

在这两周设计电路之前我们首先仔细阅读和了解了电路的功能和要求，必须要考虑到什么元件、多大的元件才能达到要求以及如何保证电路的安全性和稳定性。

通过查阅资料和与同学讨论，把电路图设计好了。

然后我们开始领取元件，根据电路图进行焊接。

在焊接的时候我考虑到怎么才能更加方便的焊接，必须先焊小型的元器件，比如电阻之类的，然后再焊接LM358之类的集成块，才不会造成太大麻烦。

焊好后，我把电路分块，按单元调试，第一次调试时很不幸失败了，由于数码管没有显示，按着电路重新测试了一下，最后才发现是数码管本身的问题，更换了数码管以后，继续进行测试。

接着又发现几个芯片可能损坏，更换以后，经过调试，能够正常工作。

通过本次课程设计实用性很强，也收获了很多。

让我学会了理论联系实际的正确设计思想，训练了综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。

也学会了较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识的相互结合运用。

七、参考文献

秦曾煌《电工学-电子技术下册》---高等教育出版社

网络查询等

八、实物图