数字温度计电路课程设计.docx
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数字温度计电路课程设计.docx
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前言
温度数我们日常生产和生活中实时在接触到的物理量, 但是它是看不到的,仅凭感觉只能感觉到大概的温度值,传统的指针式的温度计虽然能指
示温度,但是精度低,使用不够方便,显示不够直观,数字温度计的出现可以让人们直观的了解自己想知道的温度到底是多少度。
数字温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器(如铂电阻,热电偶,半导体,热敏电阻等),将温度的变化转换成电信号的变化,如电压和电流的变化,温度变化和电信号的变化有一定的关系,如线性关系,一定的
曲线关系等,这个电信号可以使用模数转换的电路即AD转换电路将模拟信号转换为数字信号,数字信号再送给处理单元,如单片机或者PC机等,处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来,成为可以显
示出来的温度数值,如25.0摄氏度,然后通过显示单元,如LED,LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。
这样就完成了数字温度计的基本测温功能。
数字温度计根据使用的传感器的不同, AD转换电路,及处理单元的不同,它的精度,稳定性,测温范围等都有区别,这就要根据实际情况选择符合规格的数字温度计。
在当今信息化时代展过程中,各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件已经成为各个应用领域中不可缺少的重要技术工具。
传感器是信息采集系统的首要部件,是实现现代化测量和自动控制的主要环节,是现代信息产业的源头,又是信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础。
可见理解和撑握传感器的知识与技术有着其极重要的意义。
传感器知识面广,如果在实践技能的锻炼上下功夫,单凭课堂理论课学习,势必出现理论与实践脱节的局面。
任随书本上把单片机技术介绍得多么重要、多么实用多么好用,同学们仍然会感到那只是空中楼阁,离自己十分遥远,或者会感到对它失去兴趣,或者会感到它高深莫测无从下手,这些情况都会令课堂教学的效果大打折扣。
本次设计的目的就是让我们在理论学习的基础上,通过完成一个传感品器件的设计,使我们学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来,而
且能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识进一步加深认识,同时在软件编程、排版调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。
目录
—任务书二设计方案
三系统单元单电路设计
四整机电路
五系统安装与调试六收获和体会
七参考文献八器件清单
1.设计目的
任务书
为学习了电子技术的理论基础知识之后,让学生在实际操作中熟悉常用的电子电路元件,掌握基本的常用电路,熟悉电子电路系统设计的一般方法,了解并掌握EDA仿真软件的应用以及常用仪器仪表的使用,培养学生的独立分析问题和解决问题的能力,为以后从事电子系统设计、开发和应用打好基础。
2.设计任务与要求
(1)要求
采用温度传感器设计一个数字温度计,实时测量环境温度。
测量温度采用数码管显示,格式为:
XXX.X,其中第一位为符号位,后两位整数温度值和最后一位为小数温度值。
基本指标要求:
测量温度范围:
0~200°C,测量精度1°C。
(2)任务
a.根据课程题目找参考资料b.设计出数字温度传感器的系统框图c.设计系统单元单电路d.设计整机电路
e.系统安装与调试f.整理说明书g.答辩
1、数字温度计的组成
设计方案
数字温度计组成框图如图1所示,它由温度传感器、A/D转换器、数码显示。
温度传感器敏感环境温度,并将温度信号转换为电压信号或电流信号;A/D转换器将温度传感器输出的模拟信号转换成数字信号;经过转换后的数字信号连接数码管,以数字方式实时显示温度。
温度传感器
A/D转换器
数码显示器
图1数字温度计组成框图
日常生活中,温度的测量范围为0—200℃,精度控制为1℃,因此本项目采用AD590单片集成两端式感温电流源温度传感器、40个管脚的A/D转换器ICL7107及4个八段共阳极数码管设计数字温度计,集成运放使用LM324。
ICL7107在进行模拟/数字信号转换的同时,数码管显示格式为:
XXX.X,代表1位符号位,2位整数温度值和1位小数温度值。
2、工作原理
通过温度传感器AD590采集到温度信号,经过整形电路送到A/D转换器,然后通过译码器驱动数码管显示温度。
ICL7107集A/D转换和译码器于一体,可以直接驱动数码管,省去了译码器的接线,ICL7107只需要很少的外部元件就可以精确测量0到200mv电压,LM35本身就可以将温度线性转换成电压输出。
由此可知用ICL7107驱动数码管实现信号的显示。
3、电路的组成
(1)AD590(电流输出型两端温度传感器)
AD590是AD公司利用PN结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端
温度传感器.(热敏器件)
AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。
它的主要特性如下:
1、流过器件的电流(mA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数,即:
mA/K式中:
—流过器件(AD590)的电流,单位为mA;T—热力学温度,单位为K。
2、AD590的测温范围为0℃~+200℃。
3、AD590的电源电压范围为4V~30V。
电源电压可在4V~6V范围变化,电流变化1mA,相当于温度变化1K。
AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压,因而器件反接也不会被损坏。
4、输出电阻为710MW。
5、精度高。
AD590共有I、J、K、L、M五档,其中M档精度最高,在0℃~
+200℃范围内,非线性误差为±0.3℃。
AD590温度感测器是一种已经IC化的温度感测器,它会将温度转换为电流.
AD590的管脚图及元件符号如下图所示:
AD590的输出电流值说明如下:
其输出电流是以绝对温度零度(-273℃)为基准,每增加1℃,它会增加1μA输出电流,因此在室温25℃时,其输出电流Iout=(273+25)=298μA。
AD590基本应用电路:
注意事项:
1、Vo的值为Io乘上10K,以室温25℃而言,输出值为10K×298μA=2.98V
2、测量Vo时,不可分出任何电流,否则测量值会不准。
(2)LM324
M324为四运放集成电路,采用14脚双列直插塑料封装。
,内部有四个运算放大器,有相位补偿电路。
电路功耗很小,lm324工作电压范围宽,可用正电源3~30V,或正负双电源±1.5V~±15V工作。
它的输入电压可低到地电位,而输出电压范围为O~Vcc。
它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互单独。
每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示,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。
如图LM324引脚排列见图1.2。
lm124、lm224和lm324引脚功能及内部电路完全一致。
lm124是军品;lm224为工业品;而lm324为民品。
由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使用,价格低廉等特点,因此,它被非常广泛的应用在各个电路中。
LM324引脚排列见图1.2
M324系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。
可工作在单电源下,电压范围是3.0V-32V或+16V.
LM324的特点:
1.短跑保护输出
2.真差动输入级
3.可单电源工作:
3V-32V
4.低偏置电流:
最大100nA(LM324A)
5.每封装含四个运算放大器。
6.具有内部补偿的功能。
7.共模范围扩展到负电源
8.行业标准的引脚排列
9.输入端具有静电保护功能
(3)ICL7107AD转换器
ICL7107是集A/D转换和译码器为一体的芯片,而且这芯片能够驱动三个数码管工作而不需要更多的译码器,这给我们连接电路或者分析电路提供了一定的方便。
ICL7107芯片的管脚比较多,每一个管脚所代表的功能也各不相同,能够组成各种电路,比如说有积分电路。
这要求我们在接电路时要小心,不能出现错误。
1V+
2D1
OSC140
OSC239
3C1
4B1
OSC338
TEST37
5A1
6F1
7G1
REFHI36
REFLO35
CREF+34
8E1
9D2
CREF33
COMMON32
10C2
11B2
12A2
ICL7107
INHI31
INLO30
A-Z29
13F2
14E2
BUFF28
INT27
15D3
16B3
17F3
V-26
G225
C324
18E3
19AB4
A323
G322
20POL
GND21
1
如图1.3ICL7107管脚排列
a.ICL7107引脚功能
V+和V-分别为电源的正极和负极,
au-gu,aT-gT,aH-gH:
分别为个位、十位、百位笔画的驱动信号,依次接个位、十位、百位LED显示器的相应笔画电极。
Bck:
千位笔画驱动信号。
接千位LEO显示器的相应的笔画电极。
PM:
液晶显示器背面公共电极的驱动端,简称背电极。
Oscl-OSc3:
时钟振荡器的引出端,外接阻容或石英晶体组成的振荡器。
第38
脚至第40脚电容量的选择是根据下列公式来决定:
Fosl=0.45/RC
COM:
模拟信号公共端,简称“模拟地”,使用时一般与输入信号的负端以及基准电压的负极相连。
TEST:
测试端,该端经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地,故也称“逻辑
地”或“数字地”。
VREF+VREF-:
基准电压正负端。
CREF:
外接基准电容端。
INT:
27是一个积分电容器,必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件
IN+和IN-:
模拟量输入端,分别接输入信号的正端和负端。
AZ:
积分器和比较器的反向输入端,接自动调零电容CAz。
如果应用在200mV
满刻度的场合是使用0.47μF,而2V满刻度是0.047μF。
BUF:
缓冲放大器输出端,接积分电阻 Rint。
其输出级的无功电流(idling
current)是100μA,而缓冲器与积分器能够供给20μA的驱动电流,从此脚接一个Rint至积分电容器,其值在满刻度200mV时选用47K,而2V满刻度则使用470K。
b.1/2位双积分型A/D转换器ICL7107功能与特点
①ICL7107是31/2位双积分型A/D转换器,属于CMoS大规模集成电路,它的最大显示值为士1999,最小分辨率为100uV,转换精度为0.05士1个字。
②能直接驱动共阳极LED数码管,不需要另加驱动器件,使整机线路简化,采用士5V两组电源供电,并将第21脚的GND接第30脚的IN。
③在芯片内部从V+与COM之间有一个稳定性很高的2.8V基准电源,通过电阻分压器可获得所需的基准电压VREF。
④能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动极性显示功能。
⑤输入阻抗高,对输入信号无衰减作用。
⑥整机组装方便,无需外加有源器件,配上电阻、电容和LED共阳极数码管,就能构成一只直流数字电压表头。
⑦噪音低,温漂小,具有良好的可靠性,寿命长。
⑧芯片本身功耗小于15mw(不包括LED)。
⑨不设有一专门的小数点驱动信号。
使用时可将LED共阳极数数码管公共阳极接V+.
⑩可以方便的进行功能检查。
(4)数码管显示
数码管可以分为共阳极与共阴极两种,在本次设计当中,由于ICL7107的特点,它只能驱动共阳极数码管,故我们要选用共阳极七段数码管。
在连接数码管时,我们要注意数码管各个管脚所对应的字母,不能接错或接漏,而且在管脚之前要接上电阻,以免烧坏芯片和数码管。
数码管如图1.4
图1.4
引脚排列:
共十个引脚,上5下5。
如上图放置数码管,从左上角第一个引脚顺时针开始数,引脚依次如下:
1:
g2:
f3:
com端(接高电平)4:
a 5:
b6:
dp7:
c8:
com端(接高电平)9:
d10:
e
注:
38两引脚用时只需接一个高电平端即可
1.温度检测
系统单元单电路设计
电路设计如图1.5
2.A/D转换显示温度
电路设计如图1.6
整机电路
1.调试与测量数据
系统安装与调试
我们要通过调试电路来发现设计电路的相关内容。
(1)按照电路图对相关元件进行连接,其中注意芯片各管脚的作用以及该如何进行接线。
(2)当上步骤完成后,接通电源,观察数码管和二极管是否亮,若不亮时,要对电路电源进行检测,看是否线路接触不良或者电路短路。
(3)上述完成之后,观察数码管是否显示数值,然后改变LM35的温度值,观察数码管是否随着温度变化而变化。
(4)若数码管数值与温度值相差太大,则要检查信号采集电路中各元件值
是否对。
为了验证设计电路的正确性以及它的实验数据,我们对实物进行验证。
用带有温度测量的数字万用表和本次设计的电路对相同温度下物体进行相应的测量并绘成表格进行比较。
收获和体会
数电课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.从选题到定稿,从理论到实践,可以说是十分复杂又枯燥的,但是从中却学到很多的东西,不仅可以巩固了以前所学过的知识,还学到了很多在书本上所没有学到
过的知识。
通过这次数电课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
因为是第一次做数电课程设计,遇到问题是再所难免的,但是从遇到过各种各样的问题中,我们也发现了自己的不足之处,同时也让我们在实践中发现了不少解决的方法,充实了我们的经验,让我们在以后遇到相同的问题时能够顺利解决。
采用LM324、A/D转换器、译码器和数码管。
通过温度传感器LM35采集到温度信号,经过整形电路送到A/D转换器,然后通过译码器驱动数码管显示温度。
在这次设计当中,初步了解了AD转换器的工作原理以及数码管的连接方法。
在这个设计中,信号采集电路比较重要,要对电路中各个元件数值进行精确的计算,防止电路输出变化太大,对测量不利。
参考文献
[1]王美玲,付佳,肖炫.《创新型实验项目数字温度计的设计》.实验室研究与探索.第29卷第9期.2010年9月
[2]张新安.用AD590制作高精度数字温度计[J].实用电子制作2007(3):
14-15.
[3]林伸茂.8051单片机彻底研究实习篇[M].北京:
人民邮电出版社。
2002.
[4]李群芳.张士军,黄建.单片微型计算机与接口技术(第2版)[M].北京:
电子工业版社,2005.
[5]马家展。
孙玉德,张颖.MCS-51单片机原理及接口技术[Ml哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社。
1998.
器件清单
元件名称
元件型号及参数
个数
10K
3
100K
1
24K
1
电阻
1M
1
470K
1
1K
1
可调电阻
100K
1
20K
1
0.1uF
1
0.01uF
1
电容
0.047uF
1
0.22uF
1
100pF
1
LM35
1
芯片
OP-07
1
ICL7107
1
数码管
共阳极数码管
3
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