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1、.郑州科技学院数字电子技术课程设计题 目 数字温度计学生姓名 杨国境专业班级 自动化四班学 号 院 （系） 电气工程学院指导教师 刘筠筠完成时间 2013年4月28 日目 录 1 课程设计的目的11.1 课程设计的目的11.2 课程设计的意义12 课程设计的任务与要求32.1 设计任务及主要技术指标32.2 设计要求33 设计方案与论证33.1 电源方案33.2 设计方案44 设计原理及功能说明45 单元电路的设计56 硬件的制作与调试66.1 元器件安装的具体要求66.2 安装过程66.3 调试66.4 总结电路方案优缺点77 总结7参考文献8附录1：总体电路原理图9附录2：元器件清单10前
2、 言随着科技的不断发展，现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长，而如何准确而又迅速的获得这些参数就需要受制于现代信息基础的发展水平。在三大信息信息采集（即传感器技术）、信息传输（通讯技术）和信息处理（计算机技术）中，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器技术，在我国各领域已经引用的非常的广泛，可以说是渗透到社会的每一个领域，人们的生活与环境的温度息息相关。测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段：传统的分立式温度传感器、模拟集成温度传感器、智能集成温度传感器。在当今信息化时代发展过程中，各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件已
3、经成为各个应用领域中不可缺少的重要技术工具。温度计是工农业生产级科学研究中最常用的测量仪表。随着时代的进步和发展，数字温度计得到了迅速的发展。数字温度计的有点事准确度高，不易误读，分辨率高，特别是在测量小的温度变化时比较准确。数字温度计已经普及到我们的生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。1 课程设计的目的与意义数字电子技术是一门实践性很强的课程，加强工程训练，特别是技能的培养，对于培养工程人员的素质和能力具有十分重要的作用。在电子信息类本科教学中，数字电子技术课程设计是一个重要的实践环节，它包括选择课题、电子电路设计、组装、调试和编写总结报告等实践内容。通过课程设计要实现以
4、下两个目标：第一，让学生初步掌握电子线路的试验、设计方法。即学生根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能指标；第二，数字课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法，同时，课程设计报告的书写，为今后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础。2 设计任务与要求1. 测量温度范围在0100，误差在0.5以内；2. 采用3位数字电压表显示温度测量值，分辨率为
5、0.1。3 设计方案与论证3.1 总体设计温度传感器就是能将温度信号反映到电信号上去，可以用热敏电阻及一些热传感器来实现，由于热敏电阻的阻值与温度不成线性关系，所以这里主要是用温度传感器将温度信号线性地反映到电压上来实现温度取样，测量温度信号为模拟量。3.2 设计方案论证方案一 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。 方案二 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
6、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。方案三 通过温度传感器LM35采集到温度信号，将采集的电压信号经放大送到A/D转换器，由于ICL7107集A/D转换和译码器于一体，可以直接驱动数码管，所以进而可以直接用ICL7107驱动数码管显示温度值。按照设计要求，由于是数字电子实训，因此不可以采用单片机元件，所以应采用方案三。4 电路的设计数字温度计电路原理系统方框图，如图4.1. 温度采集电压放大AD转换数码管驱动温度显示 图4.1 电路原理方框图通过温度传感器LM35采集到温度信号，经过整形电路送到A/D转换
7、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。5 单元电路的设计 数字温度计通过LM35对温度进行采集，通过温度与电压近乎线性关系，以此来确定输出电压和相应的电流，不同的温度对应不同的电压值，因此我们可以通过电压电流值经过放大进入到A/D转换器和译码器，再由数码管表示出来。5.1传感电路LM35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
8、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具有以下特点：（1）工作电压：直流430V；（2）工作电流：小于133A（3）输出电压：+6V-1.0V（4）输出阻抗：1mA 负载时0.1；（5）精度：0.5精度（在+25时）；（6）漏泄电流：小于60A；（7）比例因数：线性+10.0mV/；（8）非线性值：1/4；（9）校准方式：直接用摄氏温度校准；（10）封装：密封TO-46 晶体管封装或塑料TO-92 晶体管封装；（11）使用温度范围：-55+150额定范围5.2 温度信号采集电路O
9、p07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的单运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP-07A最大为25V），所以OP-07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP-07A为2nA）和开环增益高（对于OP-07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP-07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。OP07具有以下特点： 超低偏移： 150V最大 。(1)低输入偏置电流： 1.8nA 。 (2)低失调电压漂移： 0.5V/ 。(3)超稳定，时间： 2V/month最大 (4)高电源电压范围： 3V至22VOP
10、-07的引脚图如图5.1所示。1 8 2 73 64 5 图5.1OP-07引脚图OP-07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚 6为输出，7接电源+。OP-07高精度运算放大器具有极低的输入失调电压，极低的失调电压温漂，非常低的输入噪声电压幅度及长期稳定等特点。5.3 A/D转换电路 ICL7107是高性能、低功耗的三位半AD转换器，同时包含有七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统。ICL7107可直接驱动共阳极LED数码管。ICL7107将高精度、通用性和真正的低成本很好的结合在一起，它有低于10uV的自动校零功能，零漂小于1uV/
11、，低于10pA的输入电流，极性转换误差小于一个字。真正的差动输入和差动参考源在各种系统中都很有用。在用于测量负载单元、压力规管和其它桥式传感器时会有更突出的特点。ICL7107转化器原理图如图5.2所示。其中计数器对反向积分过程的时钟脉冲进行计数。控制逻辑包括分频器、译码器、相位驱动器、控制器和锁存器。驱动器是将译码器输出对应于共阳极数码管七段笔画的逻辑电平变成驱动相应笔画的方波。图5.2 ICL7107转化器原理图控制器的作用有三个：第一，识别积分器的工作状态，适时发出控制信号，使各模拟开关接通或断开，A/D转换器能循环进行。第二，识别输入电压极性，控制LED数码管的负号显示。第三，当输入电
12、压超量限时发出溢出信号，使千位显示“1 ，其余码全部熄灭。钓锁存器用来存放A/D转换的结果，锁存器的输出经译码器后驱动LED 。它的每个测量周期自动调零（AZ）、信号积分（INT）和反向积分（DE）三个阶段。ICL7107AD转换器的管脚排列及其各管脚功能如图5.3所示。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。 1 V+ OSC1 402 D1
13、 OSC2 393 C1 OSC3 384 B1 TEST 375 A1 REF HI 366 F1 REF LO 357 G1 CREF+ 348 E1 CREF 339 D2 COMMON 3210 C2 I CL7107 IN HI 3111 B2 IN LO 3012 A2 A-Z 2913 F2 BUFF 2814 E2 INT 2715 D3 V- 2616 B3 G2 25 17 F3 C3 2418 E3 A3 2319 AB4 G3 2220 POL GND 21 图5.3 ICL7107管脚排列5.4 数码管显示数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阴极是把所有LED的阳极连
14、接到共同接点com，而每一LED的阴极分别为a,b,c,d,e,f,g及sp（小数点），它的内部结构图如图5.4所示。 a GbcdefgSP 图5.4 共阳极数码管内部结构 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。6 硬件的制作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
15、，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）（2）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正确。7 总结采用LM35、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。8 心得体会数电课程设计是培养学
16、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
17、，让我们在以后遇到相同的问题时能够顺利解决。参考文献1 阎石. 数字电子技术基础（第五版）. 北京：高等教育出版社，20062 陈先龙. 电子技术基础实验. 北京：国防工业出版社，20063 陈光明. 电子技术课程设计与综合实训. 北京：北京航空航天大学出版社，20074 陈梓城. 实用电子电路设计与调试. 北京：中国电力出版社，20065 江晓安. 数字电子技术（第三版）. 西安：西安电子科技大学出版社，2008附录1：元器件清单元件名称元件型号及参数个数电阻10K3100K124K11M1470K11K1可调电阻100K120K1电容0.1 uF10.01 uF10.047 uF10.22 uF1100 pF1芯片LM351OP-071ICL71071数码管共阳极数码管3附录2：设计电路总图