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《显示数字温度计》设计报告设计时间：2012.12.10——2012.12.20班级：应电一班姓名：李剑鹏报告页数：16页广东工业大学课程设计报告213目录一、设计任务与要求二、设计方案及比较（设计可行性分析）三、系统设计总体思路四、系统原理框图及工作原理分析五、系统电路设计及参数计算，主要元器件介绍及选择以及数据指标的测量六、画出电路原理图及PCB图七、产品制作及调试八、实验结果和数据处理九、结论（设计分析）十、问题与讨论设计题目：三位半显示数字温度计学院：信息工程专业：应用电子技术班：一班学号：3111002547姓名：李剑鹏(合作者：蓝泽号3111002546)一、设计任务与要求•设计任务：•采用温度传感器LM35,三位半A/D转换器、数字显示器设计一个日常温度数字温度计。•（一）产品指标及技术要求：•①温度显示范围：0℃~50℃；•②数字显示分辨率：0.1℃；•③精度误差≤0.5℃；•④电路工作电源可在5~9V范围内工作.（二）实验测试要求•1．测温度传感器输出曲线，即V/℃曲线；•2．调整电路的参数以及参考电压；•3．用示波器测量A/D转换器的BP、POL管脚波形及输出驱动波形；•4．记录Vin与显示的数值关系；二、设计方案及比较（设计可行性分析）方案一：进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。方案二：由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。方案比较：对于以上两种方案虽然第一种方案电路设计上比较简单对于温度显示计的设计上也可以添加例如温度临界点报警功能，但是单片机我们并没有学所以我们选择了第二种方案。电路虽复杂了点但通过找资料、电路设计、电脑仿真我们还是可以做出来的。三、系统设计总体思路根据设计要求“三位半的温度显示计”我们需要选择一个三位半AD转换器、四个数码管和一个温度传感器这几个主要器件。在电路方面显示温度计的实现通过温度传感器的模拟信号传给AD转换器转换成数字信号通过数码管驱动电路在数码管上显示出实时的温度值。多路DS18B20传感器时钟振荡电路STC89C52RC单片机LED显示电路单片机复位电路四、系统原理框图及工作原理分析数字温度计电路原理（系统）框图电路主要组成：温度传感器、AD转换器、显示器。工作原理：温度传感器将感受到外界的温度经传感器内部电路处理后输出一个与外界摄氏温度成线性比例的电压信号。此信号差动输入到A/D转换器，A/D转换器的双积分器输出信号通过控制逻辑电路向数据锁存器发出一个锁存信号，锁存器将计数器的数据锁存并经译码驱动电路，驱动显示器工作，显示感应的温度数值。五、系统电路设计及参数计算，主要元器件介绍及选择以及数据指标的测量1、LM35集成温度传感器LM35是NS公司生产的集成电路温度传感器系列产品之一，它具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与摄氏温度线性成比例。因而，从使用角度来说，LM35与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处，LM35无需外部校准或微调，可以提供±1/4℃的常用的室温精度。LM35的主要参数：•工作电压：直流4～30V；•工作电流：小于133μA；•输出电压：+6V～-1.0V；•输出阻抗：1mA负载时0.1Ω；•精度：0.5℃精度（在+25℃时）；•漏泄电流：小于60µA；•比例因数：线性+10.0mV/℃；•非线性值：±1/4℃；•校准方式：直接用摄氏温度校准；•封装：密封TO-46晶体管封装或塑料TO-92晶体管封装；•使用温度范围：-55～+150℃额定范围。引脚介绍：①正电源Vcc；②输出；③输出地/电源地。LM35的工作原理：LM35输出电压与摄氏温标呈线性关系，转换公式如式，0时输出为0V，每升高1℃，输出电压增加10mV。LM35有多种不同封装型式，外观如图所示。在常温下，LM35不需要额外的校准。处理即可达到±1/4℃的准确率。其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其接脚如图所示，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；两种接法的静止电流-温度关系如图所示，在静止温度中自热效应低(0.08℃)，单电源模式在25℃下静止电流约50µA，工作电压较宽，可在4—20V的供电电压范围内正常工作非常省电。典型应用：由于本次的设计要求只需要测量的温度范围是0℃~50℃。所以选用第一种单电源模式。2、AD转换器（ICL7107）31/2位双积分型A/D转换器ICL7107功能与特点•保证零输入时，各量程读值均为零。•很低的噪声（小于15uV）。•1pA典型电流输入。•片上时钟•真正的差动输入和差动参考源，直接LED显示驱动。•低功耗（典型应用低于10mW）。•不需外接有源电路。ICL7107主要参数：电源电压V++6V温度范围0℃to70℃V--9V热电阻PDIP封装qJA(℃/W)55模拟输入电压V+toV-最大结温150℃参考输入电压V+toV-最高储存温度范围-65℃to150℃时钟输入电压GNDtoV+ICL7107引脚图：ICL7107外围电路元件参数计算：1、振荡频率：为使每三次刷新读数取fosc=0.45/RC=48KHZ;2、系统定时在38-39管脚接一个RC振荡电路，取R=100KΩC=100pFfosc=0.45/(1×10^5×1×10^(-10))=45KHz≈48KHZ;R3C4C3C1R4、C5Vref3、积分时钟频率：Fclock=fosc/4=12KHZ;4、积分周期：Tint=1000×(4/fosc)≈0.083s;5、最佳积分电流：Iint=4uA；6、积分电阻：Rint=Vinfs/Iint=2/(4×(10^(-6)))=50KΩ≈47KΩ;7、积分电容：Cint=（Tint）（Iint）/Vint标称值为0.22uF8、Caz=0.047uF，Cref=0.1uF9、参考电压：满量程2V理论上需要1V参考电压，所以选择较大的滑动变阻器25KΩ;10、输入滤波电容：Cin=0.01uF;11、限流分压电阻：Rin=1MΩ典型应用：注：满量程2V3、小功率极性反转电源转换器ICL7660ICL7660是Maxim公司生产的小功率极性反转电源转换器。该集成电路与TC7662ACPAMAX1044的内部电路及引脚功能完全一致，可以直接替换。（1）特性ICL7660的静态电流典型值为170μA，输入电压范围为1.5-10V，(Intersil公司ICL7660A输入电压范围为1.5-12）工作频率为10kHz只需外接10kHz的小体积电容，只需外接10μF的小体积电容效率高达98％合输出功率可达700mW（以DIP封装为例），符合输出100mA的要求。(2)内部电路与引脚功能ICL7660提供DIP、SO，μMAXTO-99等封装形式。.图1ICL7660引脚图典型应用：4、集成稳压电路LM317LM317是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。LM117/LM317的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM117/LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。通常LM117/LM317不需要外接电容，除非输入滤波电容到LM117/LM317输入端的连线超过6英寸（约15厘米）。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。LM117/LM317能够有许多特殊的用法。比如把调整端悬浮到一个较高的电压上，可以用来调节高达数百伏的电压，只要输入输出压差不超过LM117/LM317的极限就行。当然还要避免输出端短路。还可以把调整端接到一个可编程电压上，实现可编程的电源输出。特性简介：可调整输出电压低到1.2V。保证1.5A输出电流。典型线性调整率0.01%。典型负载调整率0.1%。80dB纹波抑制比。输出短路保护。过流、过热保护。调整管安全工作区保护。标准三端晶体管封装。电压范围：LM117/LM3171.25V至37V连续可调。管脚介绍：典型应用：5、共阳数码管：六、画出电路原理图及PCB图电路原理图：VDD1D12C13B14A15F16G17E18D29C210B211A212F213E214D315B316F317E318AB419POL20GND21G322A323C324G225VEE26INT27BUFF28A/Z29INLO30INHI31COMMON32CREF-33CREF+34REFLO35REFHI36TEST37OSC338OSC239OSC140U2ICL7107CJL100KR424KR525KR61MR2470KR3GND200R1Res2GNDGND10uFC7GNDGND10uFC6CapPol1500R7Res21uFC9CapPol1GND0.1uFC8S1SW-SPSTIN31OUT2ADJU4LM317T0.22uFC4Cap0.047uFC3Cap0.01uFC2Cap0.1uFC1Cap100pFC5Capf9g10e1d2A3c4DP5b6a7A8DS1DpyBlue-CAf9g10e1d2A3c4DP5b6a7A8DS2DpyBlue-CAf9g10e1d2A3c4DP5b6a7A8DS3DpyBlue-CAf9g10e1d2A3c4DP5b6a7A8DS4DpyBlue-CAOSC7LV6TEST1CAP+2CAP-4GND3V+8VOUT5U3ICL7662CPAVOUT2+VS31GNDU1LM35CZ12P1Header22KR8ResTapPCB图：仿真图：七、产品的制作及调试1、产品的制作通过电路图通过焊接完成。2、产品的调试：调试包括调整和测试两部分.①调整：主要对电路参数的调整②测试：主要是对电路各项技术指标和功能进行测量和试验。调试过程及步骤：①接通电源②先静态后动态调试；③对复杂电路进行分级调试，然后联调；④调试完成对照参数指标相符性；⑤记录整个调试过程及步骤；⑥调整完成后通电进行考机试验，检测性能的稳定性。八、实验结果及数据处理实验结果：LM35输出电压mV109166170188194260285290300330450550数码管显示值℃10.716.517.319.019.626.228.229.630.232.944.954.9数据处理：九、结论（设计分析）本实验的设计思路主要是通过LM35采集温度转换为电压模拟信号输出然后传送给AD转换器（ICL7107），而AD转换器（ICL7107）通过采样、保持、量化和编码输出数码管可识别的数字信号，然后数字信号通过数码管显示LM35所采集到的温度值。以上是总体的思路而在设计的过程中，注意到ICL7107需要+5V所以我们用到了一个电源极性反转器ICL7660，把+5V的电源转变成-5V。在最后考虑到用一个9V的电源但芯片需要的是5V，所以我们用了一个稳压集成芯片LM317使得9V变成5V。在最后的成品中所测得的数据指标和性能上都符合了设计的要求，并使得误差≤0.15℃。以上就是我对于设计的结论分析。十、问题与讨论对于本次的试验设计，首先整体来说还是不错的因为我们要设计的这个温度显示计做了出来而且正常工作了。在整个设计的过程中，我负责的是的主要任务是设计。在设计的过程中多多少少都遇到了一些问题。首先在设计中我要用到的什么软件，最后我选用了Altiumdesigner。在设计时遇到的使用软件的问题我通过在图书馆借了一本《Altiumdesigner实用宝典》和同学们的交流到部分都可以解决。在设计的过程中，在理清思路后最大的问题在于搜集