数字温度计设计报告

常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页，第页前言根据在常熟理工这半年对于自动化专业的学习，尤其是电工学、自动控制原理以及电力电子技术等专业课程的学习，让我对于设计数字温度计打下了基础。对于我们自动化专业来讲，这个专业对于现实生活是非常有用的。而我们在这半年进行的大都是理论知识，虽有实验课程，但那也是基于对于理论知识的进一步分析，故而我们也非常需要一种把我们理论应用到实际的实习锻炼。我们的老师，根据我们自动化专业的特点，以及学生日常学习的反应给与了我们四个课题去进行实习：简易金属探测器，数字温度计，报警器以及放大器电路设计。而我的课题则是与日常天气温度相关的数字温度计的设计。温度计是人类社会生产和生活中必不可少的一种测量装置，在农业、工业和各种高新技术领域的开发和研究中，温度也是一个非常关键的测量参数。因此，它的发展与各行业的发展紧密相关。目前，随着电子信息技术的发展，传感技术的广泛应用，温度计已向自动化、数字化方向发展，代表了温度计量发展的最前沿。随着科学技术的不断发展，人们发明了各式各样的，各种用途的温度计，根据所用测温物质的不同和测温范围的不同，有煤油温度计、酒精温度计、水银温度计、气体温度计、电阻温度计、温差电偶温度计、辐射温度计和光测温度计等。近年来，随着人们生活水平的不断提高，数字化的不断发展，数字温度计的出现对人们的生产生活产生巨大影响。本次实验就是利用集成温度传感器AD590设计并制作的一款基于4位数码管显示的数字温度计能有效克服传统的缺点和不足，与传统的温度计相比，输出温度采用数码管显示，具有读数方便、测温稳定准确、精度高、测量范围广、低能耗等优点，很适合日常温度的测量。常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页，第页第1章电子技术课程设计任务书………………………………………………11.1设计目的…………………………………………………………………11.2设计内容与要求…………………………………………………………11.3总体方案参考……………………………………………………………11.4设计报告内容要求………………………………………………………11.5课程设计说明书的格式…………………………………………………11.6评分标准…………………………………………………………………21.7任务安排…………………………………………………………………2第2章设计方案…………………………………………………………………3第3章系统单元电路设计……………………………………………………43.1A/D转换电路设计……………………………………………………43.2显示电路的设计…………………………………………………………53.3测温电路的设计……………………………………………………53.4积分电路的设计…………………………………………………………63.5零点校准电路的设计……………………………………………………73.6时钟振荡电路的设计……………………………………………………73.7放大电路的设计………………………………………………………83.8稳压电路的设计………………………………………………………9第4章总体电路…………………………………………………………………104.1整机电路工作原理……………………………………………………10第5章系统的安装与调试………………………………………………………125.1电路的安装……………………………………………………………125.2电路的调试……………………………………………………………12第6章收获和体会………………………………………………………………13参考文献………………………………………………………………………15元器件清单………………………………………………………………………16常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页，第页第一章电子技术课程设计任务书课题名称数字式温度表电路一、设计目的1.了解大规模专用集成电路的组成；2.了解半导体温度传感器的工作原理；3.掌握利用大规模集成电路设计数字式温度表电路和调试的方法。二、设计内容与要求1.利用大规模集成电路ICL7107型三位半A/D转换器和集成温度传感器AD590设计一数字式温度表电路；2.要求温度测量范围为－55°C～150°C；显示采用三位半LED显示，自动显示正、负号；取样速频率约为6Hz；准确度±1％，±1字；3.工作温度范围0~40°C,电源为±5V；4.画出电路图，写出完整的报告；5.用面包板搭出电路，并调试之。三、总体方案参考温度测量A/D转换温度显示t/v转换四、设计报告内容要求1.写出你考虑该问题的基本设计思路，画出一个实现电路功能的大致框图。2.画出框图中的各部分电路，尽量选用各种集成运放和其它模拟集成电路。对各部分电路的工作原理应作出说明。3.画出整个设计电路的原理电路图，并简要地说明电路的工作原理。4.评分依据：①设计思路；②单元电路正确与否；③整体电路是否完整；④电路原理说明是否基本正确；⑤报告是否清晰；⑥答辩过程中回答问题是否基本正确。五、课程设计说明书的格式1．封面2．目录3．正文（1）课程设计任务书；（2）总体设计方案（画出一个实现电路功能的大致框图）；（3）单元电路（各组成部分电路）设计及其原理说明；（4）元器件的选择及其相关技术数据、参数的计算；（5）总体电路原理图及整个电路的工作原理。4．课程设计中的收获和体会六、评分标准常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页，第页项目评分比例得分课程设计出勤10%课程设计态度20%课程设计报告40%课程设计答辩30%课程设计总成绩七、任务安排周次工作日工作内容第一周1明确课程设计任务和内容，了解课题的基本情况，查阅相关资料。2根据任务要求进行总体方案设计和论证，单元电路设计和论证。3总体电路设计及完善，电路元器件参数确定，画出图纸。4实物安装，电路调试，参数调整，电路调整。5实物安装，电路调试，参数调整，电路调整。第二周1电路性能指标测试，进一步完善电路。2写出课程设计说明书初稿。3修改和完善课程设计内容及说明书。4提交课程设计说明书和能实现设计要求的电路实物，答辩。5提交课程设计说明书和能实现设计要求的电路实物，答辩。第二章系统总设计方案常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页，第页多数的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），将随温度变化而变化的物理参数，如膨胀、电阻、电容、热电动势、磁性、频率、光学特性等通过温度传感器转变成电信号的变化，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，曲线关系等，将电信号经过放大电路放大后使之产生适合模数转换器转换的电信号，再经过模数转换电路即用A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，数字信号送给驱动电路输出，然后通过显示单元，如数码管或者LCD等显示出来，这样就完成了数字温度计的基本测温功能。系统主体设计原理图如图2-1所示。图2-1系统硬件电路的设计方案系统硬件电路的设计采用了模块化的设计方法，系统硬件电路由符号显示模块、十位显示模块、个位显示模块、小数位显示模块、A/D转换器模块、测温电路模块、积分电路模块、零点校准电路模块、沸点校准电路模块、时钟振荡电路模块、正负-5V供电电路等部分组成系统硬件电路方框图如图2-2所示。图2-2第三章单元电路设计常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页，第页3.1A/D转换电路的设计ICL7107的特点与引脚功能A/D转换电路的设计采用ICL7107，它是三位半双积分型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100μV。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，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。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。输入阻抗高，对输入信号无衰减作用。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。噪音低，温漂小，具有良好的可靠性，寿命长。芯片本身功耗小于15mw(不包括LED)，不设有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，可以方便的进行功能检查，ICL7107引脚图如图3-1所示。V+1Du2Cu3Bu4Au5Fu6Gu7Eu8Dt9Ct10Bt11At12Ft13Et14Dh15Bh16Fh17Eh18ABK19RM20GND21Gh22Ah23Ch24Gt25V-26INT27BUF28AZ29IN-30IN+31COM32Cref-33Cref+34Vref-35Vref+36TEST37OSC338OSC239OSC140ICL7107图3-1ICL7107引脚图V和V分别接电源的正极和负极；u～uG、t～tG、h～hG分别为个位、十位、百位笔画的驱动信号，依次接各LED数码管的相应笔画电极；ABK为千位笔画驱动信号,接千位LED数码管；RM为LED数码管公共电极的驱动端,接LED共阳数码管的5脚和10脚；1OSC～3OSC为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脚电容量的选择按式（3-1）计算：OSCF=0.45/RC（3-1）COM为模拟信号公共端，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为测试端，该端一般不用，使用时需经过500Ω电阻接至逻辑电路的公共地，故也称“逻辑地”或“数字地”；Vref与Vref为基准电压正负端；Cref与Cref为外接基准电容端；27脚INT接积分电容器，常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页，第页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为模拟量输入端，分别接输入信号的正端和负端；AZ为积分器和比较器的反向输入端，接自动调零电容，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为缓冲放大器输出端，接积分电阻，其输出级的无功电流是100μA，而缓冲器与积分器能够供给20μA的驱动电流，从此脚接一个积分电阻至积分电容器，其值在满刻度200mv时选用47K，而2V满刻度则使用470K。3.2显示电路设计数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，这两种都是我们最常用的，八段数码管比七段数码管多了一个小数点，除此之外，其它方面基本相同。所谓的八段就是指数码管里有八个小LED发光二极管，通过控制不同的LED的亮灭来显示出不同的字型。数码管按发光二极管单元连接方式又分为共阴极和共阳极两种类型，共阴极就是将八个LED的阴极连在一起，让其接地，这样给任何一个LED的另一端高电平，它便能点亮。而共阳极就是将八个LED的阳极连在一起，形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。这次实验我们所用的就是共阳极接法，如图3-2所示。图3-23.3测温电路的设计采用集成电路温度传感器AD590，AD590为电流输出型的集成温度传感器，它所流过的电流数值(微安级)等于绝对温度(开尔文)的度数，激励电压可以从+4V～+40V，温度范围-55℃～+150℃，标准输出为1μA/K的线性关系。因为是电流输出，易于远距离传输，不会因电压降或感应噪声电压影响而产生误差，且AD590是半导体结效应式温度传感器，它具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，利用晶体管的b-e结压降的不饱和值与热力学温度和通过发射极电流的关系实现对温度的检测，具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，无需外部校准。常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页，第页图3-3图3-3是利用ΔBEU特性的集成PN结传感器的感温部