数字温度计15479.docx

1、数字温度计154792018年重庆市第三届中等职业学校电子技能竞赛考题学生组）考题名称：数字温度计完成时间：4小时一、电路说明部分1.1电路原理简介1.2电路主要元器件介绍1.3装配及调试说明二、考题答卷部分2.1电子产品装配30分2.2参数测试25分2.3电子产品功能测试30分三、电路设计软件Portel DXP 2004应用部分15分备注：请参赛选手仔细审题后，再开始组装。考 号：工 位 号：一、电路说明部分1、1 原理简介1、产品功能环境温度与我们生活息息相关，温度高了会感觉热，温度低了会感觉冷，那么我们怎样知道环境中的温度究竟是多少摄氏度呢？这里给大家介绍一个数字测温电路，电路通电后L

2、ED显示实时温度测量值，温度计的温度测量范围为099.9。该电路不仅可以显示实时测量温度值，还可以通过按键选择温度计的报警值，当温度高于某个设定温度时-R44/(R31+R44，该信号通过R10和R11送入由U7B组成的差分放大器进行前级放大。信号放大电路：由U7A、PR6、R12、R13和R45组成的同相比例运算放大器，主要有2个作用，其一是用于将上一级的信号进行同相放大，其二是调整因元件参数偏差引起的测量误差。调节RP6可改变其放大倍数，RP6也可称为量程电位器，数字温度计设计最大测量温度为99.9，根据表1可查出当温度为100时，PT100的内阻为138.51欧姆，根据电桥失衡后的输出电

3、压计数公式可知，当环境温度为100时，差分输出电压为70mV，为了显示和控制方便这里我将信号调理为标准的10mV/。调节RP6可改变放大器的放大倍数，当测量温度为100时，我们通过调整RP6使TP-A点的电压为1.000V，因为PT100铂热电阻是线性的，当测量温度为50时，TP-A点电压应该为0.500V。V/F变换电路：V/F变换电路主要由U1和其少量外围器件组成的电压频率转换电路。这里V/F变换器的作用是把TP-A点的电压输出为对应的频率值，在显示计数这块，计数器最大计数量为999，TP-A点的温度信号为10mV/，满量程为99.9即999mV，电压每增加1mV,单位时间内计数器的值要增

4、加1。V/F变换器的输出频率fo=(R6+RP2/2.09*R2*R5*C13*Vin ,RP2为量程调节电位器，RP3为零点迁移电位器。计数译码显示电路：V/F完成了A/D的转换，接下来就需要计数器的配合了，即在规定时间内对V/F转换器的输出脉冲进行计数，计数值表示了V/F转换器所输入的模拟电压大小。计数器选用CD4553,它是三位十进制做成的电阻式温度检测器，其具有稳定性好、测量精度高、输出T-R线性度都好等优点，PT100属于正电阻系数热电阻，电阻和温度变化的关系式如表1所示：温度0123456789电阻值/R12，我们可以通过调节RP6小范围地改变此级放大电路的放大倍数。3、并联稳压器

5、TL431TL431是TL、ST公司研制开发的并联型三端稳压基准。因为其封装简单型如三极管）、参数优越高精度、低温漂）、性价比高，近年来在国外已经得到了广泛应用。TL431外形如图9,典型应用电路如图10，在典型应用电路中,R1、R2和TL431组成了高精度并联稳压电源，如要改变输出电压VKA，可通过调整R1和R2的阻值，输出电压VKA便可在Vref+Iref*R1 在实际应用中Iref很小一般忽略不计，所以稳压电路的输出电压可以写成 VKA=Vref(1+R1/R2。 图 8 图 9 图 104、LM331 精密电压/频率转换器LM331 是美国NS 公司生产的性能价格比较高的集成芯片，可用

6、作精密频率电压转换器、A/D 转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件应用。LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0V 电源电压下都有极高的精度。LM331 的动态范围宽，可达100dB；线性度好，最大非线性失真小于0.01，工作频率低到0.1Hz 时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达12 位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/F 或F/V 等变换电路，并且容易保证转换精度。LM331的引脚图见图11，基本V/F变换应用图见图12；图 11 图 12基本V/F变换器的输出频率为：f=Rs/(2.09Rl.Rt.Ct.Vin。

7、5、CD4017 十进制计数器/脉冲分配器CD4017 是5 位Johnson 计数器，具有10 个译码输出端，CP、CR、INH 输入端。时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH 为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。CR 为高电平时，计数器清零。Johnson 计数器，提供了快速操作、2 输入译码选通和无毛刺译码输出。防锁选通，保证了正确的计数顺序。译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。在每10 个时钟输入周期CO 信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。CD4017的管脚排列和波形图分别如图13，14

8、所示图 13 图 146、CD4060 14级进位二进制计数器CD4060 由一振荡器和14 位二进制计数器位组成，组成接通图如图15，引脚图如图16。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。在输入脉冲1和0的下降沿计数器以二进制进行计数，在时钟脉冲线上使用施密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。图15 图167、CD4511 BCD-7段译码驱动器CD4511是常用的七段显示译码驱动器，它的内部除了七段译码电路外，还这有锁存电路和输出驱动器部分，具有输出电流大，最大可达25mA,可直接驱动LED数码管。CD4511由4个

9、输入端A/B/C/D和7个输出端ag，它还具有输入BCD码锁存、灯测试和熄灭控制功能，它们分别由锁存端LE、灯测试LT、熄灭控制端BI来控制。引脚图如17所示，真值表如图18所示。 图 17 图188、CD4553 3位BCD码计数器CD4553是3位十进制计数器，它只有1组BCD码输出端，要完成3位输出，所有它采用动态扫描输出方式，通过选通脉冲信号，依次控制3位LED数码管输出。CD4553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

10、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Q0Q3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位选通信号。例如：当Q0Q3输出个位的BCD码时，DS1端输出低电平；当Q0Q3输出十位的BCD码时，DS2端输出低电平；当Q0Q3输出百位的BCD码

11、时，DS3端输出低电平时，周而复始、循环不止。图 19 图201.3装配及调试说明注意：电路焊接完成，仔细检查无误后，才可通电调试。1、外部接线 通过COM1端子接入+12V、-12V和GND工作电源，断开JP2、连接JP1，通过调节RP6又可称为满刻度调节）改变由U7A组成的同相比例放大电路的放大系数。使用毫伏表测量TP-A点的电压，调节RP6使TP-A点电压等于1.000V。当TP-A点的电压调整正常后，此时TP-A点的电压与温度关系为10mV/。 V/F变换及显示电路调试：测量TP-E点是否有2Hz的方波脉冲，若有表示门控电路正常。V/F变换电路由U1/R5/C13/R2/R34/R32

12、/RP3/R6/RP2等元件组成，RP2为量程调节电位器，RP3为零点迁移电位器。根据上一级调试方法，使TP-A点的电压为0.999V,此时调节RP2使，LED数码管的显示值为99.9。PT100采集的温度信号经过前级的检测放大电路后，已被转换为标准的电压信号10mV/，此时给V/F送入0.999V的电压它显示的是99.9，说明温度已能正常显示，此时连接JP2，断开JP1，此时LED显示器的值为实际测量的温度值。 基准电压发生电路：基准电压发生电路由U10等外围器件组成，CD4017为十进制计数器，它的Q3输出端连接到RST，当计数器计数到Q3后自动复位，因为我们的超限报警温度是40/50/6

13、0，那么我们需要产生的基准电压是400mV/500mV/600mV。按下S1键，使指示灯D5点亮，此时调节RP5使R37的端电压为400mV。再按下S1键，使指示灯D4点亮，此时调节RP7使R37的端电压为500mV；再次按下S1键，使指示灯D3点亮，此时调节RP8使R37的端电压为600mV。R37上的电压经过U8A组成的射极跟随器，送入到电压比较电路。 超温报警电路:超温报警电路由U8B/R46/R18/R17/Q5/F1/D2组成，TP-B点为基准电压，当TP-A点的电压大于TP-B点的电压时，U8B输出高电平D2点亮F1发出报警声。3、整机功能验证图1断开JP1点，接通JP2点，将PT

14、100热电阻接入系统中，接入电路工作电源，此时LED数码管显示实时测量温度值，使用发热元件焊接电路前，需选对元件进行筛选，并完成2.2题的元器件测试报告。内 容技术要求配分评分标准得分元器件引脚1、引脚加工尺寸及成形应符合装配工艺要求51、检查成品，不符合要求的，每处每件扣0.5分/件。2、根据监考记录，工具的不正确操作，每次扣0.5分。元器件安装2、元件高度及字符方向应符合工艺要求3、元件安装横平竖直4、PT100的安装引线长度要大于25mm5、电路板底层安装贴片元件6焊点6、焊点大小适中，无漏、假、虚、连焊，焊点光滑、圆润、干净，无毛刺7、焊盘不应脱落8、修脚长度适当，一致，美观8安装质量

15、9、集成电路、二三极管等及导线安装均应符合工艺要求10、元器件安装牢固，排列整齐11、无烫伤和划伤，整机清洁无污物6常用工具的使用和维护12、电烙铁的正确使用13、钳口工具的正确使用和维护14、万用表正常使用和维护15、毫伏表正常使用和维护16、示波器正常使用和维护52.2参数测试25分）1、元件参数测试测量值测量档位每支1分错1项，该电阻不得分。电容器C1标称值( f介质质量判定每支1分错1项，该电容不得分。二极管D2正向电阻反向电阻测量档位质量判定每支1分错1项，该二极管不得分。三极管Q1画外形示意图标出管脚名称电路符号质量判定每支1分错1项，该三极管不得分。可调电阻RP1画外形示意图标出

16、管脚名称电路符号质量判定每支1分错1项，该可调电阻不得分。蜂鸣器F1画外形示意图标出管脚名称电路符号质量判断每支1分错1项，该蜂鸣器不得分。元件挑选全部元器件元件应用正确2分检查电路板上安装的元件，装错、漏装或操作损坏元件扣0.5分/件。万用表的使用和维护万用表正常使用和维护操作全过程中，对万用表的使用逐工位检查2分各项操作方法不当及错误操作手法扣0.5分/项2、电路参数测试15分）为保证测量数据准确，最好是先将电路调试完毕后，再完成以下答案。1)电路正常工作时，整机电路为mV。0.5分）2)电路正常工作时，TP-C点的电压为V。0.5分）3)电路正常工作时，当PT100测量温度为80时，TP

17、-A点电压为V，TP-D点的频率为Hz。1分）4)测量流过R29的电路为mA，它的实际功耗为W。1分）5)断开JP2点，测量PT100的电阻，根据表1查出对应的温度是。6)电路正常工作时，电容C4击穿TP-A点电压将升高、降低、不变）。0.5分）7)电容C1开路电路会出现LED显000、LED显999、不变）。8)发光二极管D1什么时候会点亮或闪烁。1分）9)由U7B组成的放大电路，电压放大倍数为多少倍。1分）10)运算放大器U8A的放大倍数是。0.5分）11)当RP2的等效电阻为0时，V/F变换器在相同输入电压情况下，输出频率会上升、下降、不变）。0.5分）12)电路中C20的作用是。0.5分）13)电路中R22的作用是。0.5分）14)电路中Q 1的作用是放大、开关、检波）。0.5分）15)电路中C 3的作用是。 记录波形2分），其他2分）