简易数字温度计设计Word文档下载推荐.docx

1、三、途径和方法利用模拟电子技术和数字电子技术的相关知识设计一个数控温度计，可以先查阅相关资料网上查找或参考相关书籍手册，明确课题的方向和目的，然后学习完成课题所需的理论知识，了解温度信号采集电路、555振荡电路、频率计电路、LED显示电路设计的工作原理；在理解的根底上确定设计电路方案，完成电路设计，画出原理图及PCB印制幅员，通过仿真分析验证设计的正确性，最后提交课程设计说明书一份。四、时间安排课题讲解：2小时阅读资料：10小时撰写设计说明书：12小时修订设计说明书：6小时五、主要参考资料 1X丽霞.数字电子技术M.:高等教育,2006:174-196. 2杨素行.模拟电子技术根底简明教程M.

2、：高等教育,2007:40-92. 3高桔祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程-根本技能训练与单元电路设计M.:电子工业,2007:24-57. 4黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程M.:电子工业,2005.1:43-66. 5彭介华.电子技术课程设计指导M .:高等教育,2002.12:37-228. 6陈永甫.新编555集成电路应用800例M.:电子工业出版,2000:80-130. 7萧宝瑾. protel 99 SE操作指导与电路设计实例第一版M. ：XX理工大学，2004：198-230. 8张义申，陆坤. 电子设计技术M. :电子科技大学出版,1996:48-62. 指导教师

3、签字：教研室主任签字：批准日期：年月日摘要温度在现实生活中起着相当重要的作用，在电子科技越来越兴旺的当今时代，工业生产中对温度的测量又有了更准确的要求。在本次简易数字温度计的课程设计中，将采用基于热敏电阻的温度信号采集，用NE555多谐振荡电路将温度转化成频率输入频率计中，用CD40110驱动数码管直接实现数字信号的显示，实现数字温度的设计。省去了另加编码器和译码器的设计，所以线路更加简单，直观。为了实现课程要求，温度范围要控制在-20+45，温度误差要控制在+0.1；因此，电路的设计合理度就尤为重要，这次设计中电路的设计模块有四个核心电路构成。四个核心电路为：温度转换为频率电路、频率显示电路

4、、555振荡电路、译码显示电路。关键词：热敏电阻，NE555多谐振荡器，CD40110,频率计，译码显示1绪论1.1课题描述本课题的目的为设计一个简易数字温度计，本课题要求设计出一个能够实现0.1精度的数字温度计，并要求输出温度范围为-20+45。利用相关的电子技术知识实现本次课程设计的整个过程，包括查阅资料，参考书籍文献；首先形成对本次课题的设计思路，包括需要选用的电路和元器件，所选用的电路要严格按照课程设计任务书的要求；下一步要对各个电路模块进展原理图设计以及电路仿真，此过程中会用到Protel制图软件和Multisim仿真软件来实现局部结果。1.2 根本工作原理及总体框图本次设计采用温度

5、频率转变电路，根据温度与频率的线性关系先将温度转变为频率，将转换的频率输入频率计中，频率计电路中通过放大整形路、主门电路、计数器、锁存器、七段译码输出，在七段显示器中将频率显示出来，显示的频率即为对应的温度值。它用热敏电阻采集温度信号，用NE555将温度转化为频率输入频率计中，用CD40110驱动数码管直接实现数字信号的显示，实现数字温度计的设计；省去了另加编码器和译码器的设计，所以线路更简单、直观。总体框图如图1所示。图1整体工作框图2硬件芯片及元器件说明2.1 555芯片2.1.1 555的工作原理它有五个局部组成：电阻分压器：由三个5K的电阻串联构成，为电压比较器C1和C2提供基准电压；

6、电压比较器：由C1和C2组成，提供的基准电压分别为2/3Vcc和1/3Vcc.TH为C1的反相输入端，也称为555的高触发端，TR非为C1的反相输入端，也为555的低触发端；根本RS触发器：具有置零，置一，保持和无效四个工作状态，正常工作时，电压比较器C1和C2的输出端分别为RS触发器的置零和置一输入端。放电管VT：总是与输出端u0的状态相反，当Q=u0=1时，放电管截至；当Q=u0=0时，放电管导通，电容开场放电；缓冲器：主要是提供电路的带负载能力。555定时器的原理图如图2所示。图2 555定时器原理图2.1.2 555的各个引脚功能1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。8脚：外

7、接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.516V，CMOS型时基电路VCC的范围318V。一般用5V。3脚：输出端Vo，2脚：低触发6脚：TH高触发端4脚：是直接清零端。当此端接低电平，那么时基电路不工作，此时不管TR和TH处于何电平，时基电路输出为“0，该端不用时应接高电平，5脚：VC为控制电压端。假设此端外接电压，那么可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。2.1.3 555的功能介绍不难看出555的输入和输出具有反相特性，并且输出端Q与放电管D有着相反的状态；规律为

8、输入端都高：u0=0，VT导通；都低：u0=1，VT截至；中间状态：u0保持，VT保持。555的真值表如表1所示。表1 555的真值表2.2 CD4017芯片 CD40175位Johnson计算器，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，计算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

9、完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。CD4017的引脚图如图3所示。图3 CD4017的引脚图2.3 CD40110芯片 CD40110能完成十进制的加法、减法、进位、借位等计数功能，并能直接驱动小型七段LED数码管，其逻辑功能见表1，其引脚排列如图1a所示。R5脚为清零端，R1时，计数器异步清零。CP为时钟端，CPu9脚为加法计数时钟，CPD7脚为减法计数时钟。Qco10脚加计数进位输出，QBO11脚减计数借位输出。TB4脚为触发器使能端，TE0时，计数器工作，TE1时，计数器处于制止状态，即不计数。LE6脚为锁存控制端，LE1，显示数据保持不变，但它的内部计数器仍正常工作。a，b

10、，c，d，e，f，g1，15，14，13，12，3，2脚为信号输出端，与七段显示器连接，CD40110的引脚图如图4所示。CD40110的功能表如表2所示。图4CD40110的引脚图表2 CD40110的功能表2.4元器件介绍所用元器件的序号，编号，类型和名称以及数量经过核对，如表3所示。表3元器件清单序号编号名称型号数量1Ds,Ds2显示器DCD-HEX-REDGR EN2Q1,Q2译码驱动器CD401103U1,U2,U3与非门74LS004U4,U6多谐振荡器NE5555U5计数器CD40176R1R7电阻7RQ热敏电阻8C1C7电容9D1,D2二极管1N414810D3发光二极管11R

11、P可变电阻10K3电路硬件模块设计3.1 温度转换成频率电路设计通过热敏电阻对温度进展采集，通过温度与频率近乎线性关系，以此来确定输出频率与其对应的温度，不同的温度对应不同的频率值，故我们可以通过频率值的改变来判断温度值，再由数码管表示出来。该硬件电路模块的核心构成部件为NE555多谐振荡器，多谐振荡器主要应用于简易温控报警器，双音门铃和模拟声响发生器等实际电路中。多谐振荡器是一种无稳态电路，它在接通电源后，不需要外加触发信号。3.1.1 NE555工作原理介绍在由NE555组成的多谐振荡器中，电容C的充电时间T1和放电时间T2各为12故电路的振荡周期为振荡频率为34通过改变R和C的参数来改变

12、振荡频率，温度的改变可以改变热敏电阻R2的阻值，而R2的改变又可以直接导致振动频率f的变化，即可通过频率的变化反响温度的变动。在室温下设室温为30度可测得负温度系数的热敏电阻的阻值为10K，取电容C为1uF,那么有以上公式可得2R1=（1/fC ln 2）-R2,得那么取R1为20K。温度转换成频率温度设计电路如图5所示。图5 NE555振荡电路工作原理图3.1.2 NE555引脚及符号说明对各个引脚的使用进展说明：1引脚接地GND，2引脚触发，3引脚输出OUT）,4引脚复位，5引脚控制电压，6引脚为门限（阈值，7引脚为放电端，8引脚为电源电压Vcc。R1,R2,C是外接定时元件，定时器的（2

13、）端与（6）端连接起来接uc，晶体管集电极7接到R1,R2的连接处P。NE555的引脚图如图6所示。图6 NE555的引脚图3.2频率显示电路设计3.2.1放大整形电路设计此电路由三极管和几个74LS00与非门组成，其作用是为了把被测信号放大,然后整形为与其同频率的方波。电路如图7所示。图7放大整形电路3.2.2 555振荡电路此电路一个555芯片、两个电阻和两个电容组成。电路如图2.22所示。由于低电平T1=R1Cln2高电平T2=R1+R2Cln2，高电平T2=R1+R2Cln2可通过改变R1和R2的值来改变T1，T2的值，为了使电路发出一个适宜的震荡信号，可以令C=100uf，R1=1K，R2可以用一个5.1K的电阻和一个10K的可变电阻来代替。电路如图8所示。图8 555振荡电路原理图3.2.3译码显示电路译码显示电路由计数器电路、锁存器电路、译码显示组成。计数器电路由一片CD4017芯片组成，计数器工作时每个高电平维持一个时钟周期，每输入10个时钟脉冲，输出一个进位脉冲来计数。锁存器电路由CD40110组成，CD40110为十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器，具有加减计数，计数