数字温度计设计

PAGE武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书目录摘要 IAbstract II1电路设计 11.1温度测量电路设计 11.2A/D转换电路的设计 21.3显示电路设计 41.4总体电路 52仿真结果 63实物展示 84心得体会 9参考文献 10武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书PAGEII摘要数字温度计的设计，首先需要采集温度信号，而测量对象温度是连续变化的物理量，是模拟量，这种模拟量可由变换器或传感器进行测量，并通常以模拟电压或电流的形式输出，当数字计算机参与控制时，要求输入信号为数字量，所以，必须先把模拟量变换成数字量，才能被数字计算机接受。采集到的温度信号以电压或电流形式输出，经由模数转换电路，将模拟信号变为数字信号并显示出来。关键词：温度采集，模数转换电路，数字显示AbstractThedesignofthedigitalthermometer,wefirstneedtocollectiontemperaturesignal,butmeasuringtemperatureobjectiscontinuousvariationofthephysicalquantities,isananalog,thesimulationquantitycanbemeasuredbytheconverterorsensors,andofteninthesimulationoftheoutputvoltageorcurrentform,whilethedigitalcomputerincontrol,therequirementsforthedigitalquantityinputsignal,so,mustfirstquantitativechangeintothedigitalquantitysimulation,canbeadigitalcomputeraccept.Thecollectedtemperaturesignaltovoltageorcurrentformoutput,viaanalogtodigitalconvertercircuit,analogsignalintoadigitalsignalanddisplayed.Keywords:temperaturegathering,transformcircuitmodule,digitaldisplayPAGE101电路设计AD590温度传感器可以实现对温度信号的采集，并且以电流的形式输出，电流信号经由运放和偏置电阻，将电流信号转换为电压信号，电压信号经由模数转换电路变为数字信号，再经过译码器以及数码管显示电路在数码管上显示温度。1.1温度测量电路设计温度测量用到AD590温度传感器，它的特点是流过器件的电流即是器件所处环境的热力学温度，并且温度与电流成线性关系，所以它可以将温度信号转换为电流信号，把它与电阻串联，即实现电流信号转换为电压信号，为加强电路的带负载能力，在后面加一个电压跟随器，减小后级电路对前级的影响。根据AD590规格介绍，在0℃时，电流为I=273μA，为了使在0℃时，电压输出为0，,加入一个偏移量，来抵消此时AD590的输出。图SEQ图表\*ARABIC1温度采集电路其中电位器用来调整零点，调整零点的方法，可以通过实验法来调整，在零摄氏度条件下，调节电位器，使输出电压为零。R42是运放增益，根据A/D转换芯片可测电压的量程，这里选择R42=10kΩ，根据AD590特性，温度每增高1摄氏度，电流增加1μA，而电压增加10mV，可以实现运放输出电压与温度成正比关系。根据任务要求，测量温度范围为0℃～100℃，可以得出运放输出电压为01.2A/D转换电路的设计A/D转换电路使用的芯片是ICL7135，它是4位双积分A/D转换芯片，拥有选通控制的BCD码输出，其中，正向积分为被测模拟电压积分，反向积分为基准电压积分，其具有精度高、抗干扰性能好、价格低的特点。每次A/D转换前，内部电路会自动进行清零操作，输出为动态扫描BCD码。图2ICL7135引脚图芯片部分引脚功能：CLKIN:时钟信号输入REFC+:外接参考电容正,典型值1μFREFC-:外接参考电容负BUFFO:缓冲放大器输出端,典型外接积分电阻INTO:积分器输出端,典型外接积分电容AZIN:自校零端LOW:欠量程信号输出端HIGH:过量程信号输出端STOR:数据输出选通信号，该端用于将转换结果打到并行I/O接口R/H:自动转换/停顿控制输入POL:极性信号输出BUSY:忙信号输出,高电平有效B8～B1:BCD码输出D5:万位选通D4～D1:千,百,十,个位选通根据芯片的中文资料，设计时采用它的一种典型的应用电路，该电路可将温度测量电路测得的电压信号转换为相应的BCD码。图3ICL7315典型应用电路根据该典型电路设计的A/D转换电路如下：图4AICL7135的量程为-2V～2V，设计的温度采集电路输出电压范围为0～1V，符合要求，ICL7135可以正常工作。1.3显示电路设计设计时译码器使用74LS47集成芯片，输出低电平有效，即当输出为零时，相对应的字段点亮，相反，输出为高电平时，相应字段不亮，输入A3、A2、A1和A0接收A/D转换电路所得的4位二进制BCD码，输出Qa、Qb、Qc、Qd、Qe、Qf和Qg分别接驱动七段显示器的a、b、c、d、e、f、g。本次课设七段数码管采用的是共阳显示电路，即将二极管的正极连在一起并接到5V电源上，显示电路中需要加限流电阻，限流电阻的选取：5V电源电压减去发光二极管的工作电压除上10mA到15mA，得数即为限流电阻的值。发光二极管工作电流一般选取在10到20mA，电流选小了，数码管发光不太亮，电流选大了，容易把数码管烧坏。温度显示为个位、十位、一位小数以及表示零下温度的负号，所以显示电路使用了4片74LS47对A/D转换电路得来的BCD码进行译码，并通过数码管实现对温度的数字显示，其中，第一个数码管，当温度为零下时显示负号，温度为零上时不显示，第二个数码管显示温度的十位数字，第三个数码管显示温度的个位数字和小数点，第四个数码管显示温度的第一位小数位数字。电路图如下：图5显示电路1.4总体电路总体电路如下图：图6总体电路AD590温度传感器将温度信号转换为电流信号，电流经过R42偏执电阻和运放U22P转换为电压信号并从运放输出端输出，将输出信号加到ICL7315的INHI和INLO端，即模拟输入端口，经A/D转换电路后，转换所得BCD码从B1～B4输出并传输到译码电路，驱动数码管的显示，至此，完成了温度模拟信号的采集，数字转换，以及显示。2仿真结果控制温度采集电路使得温度为零摄氏度，得到仿真结果如下，由图可知，温度采集电路的偏移电阻设计正确，总体电路正常工作。图7零摄氏度时仿真结果随机选取一个正温度36.8摄氏度，对电路进行仿真，得出正确仿真结果，电路正常工作。图836.8摄氏度时仿真结果因为ICL7135的量程范围为-2V～2V，所以设计的电路可以测出零下温度，随机选取一个负温度零下23.0摄氏度，得出仿真结果如下，电路可以正常工作。图9零下23摄氏度时的仿真结果3实物展示图10实物图4心得体会通过本次课程设计，我明白了模拟量与数字量之间的转换，温度的采集，以及显示电路的设计与原理。在本次课程设计过程中，遇到的问题首先是芯片的使用，例如，AD590的特点是流过器件的电流即为器件所处环境的热力学温度等，ICL7135芯片的典型应用电路，很方便的将模拟量转化为BCD码，显示电路中74LS47的使用特点以及译码器与数码管之间的接法，这些问题在课程设计之前，都不清楚，通过查资料，相关书籍，以及问同学，将这些问题一一解决，为电路的设计做好了铺垫。在设计电路过程中，器件参数的选择很重要，例如，在温度采集电路中，为使当温度为零时，输出电压为零所加的偏移电阻，在显示电路中，为防止数码管烧坏所加的限流电阻，A/D转换电路中，典型应用所给出的器件参数，这些参数的选择都是有一定理论依据的。在实物制作过程中，电子器件的布局是否合理，是否美观都是需要考虑的因素，元器件较多，而且线路多而繁杂，焊接时，容易将本不该相连的两点连接在一起，尤其是显示电路部分，焊接时，需要十分小心。在检验实物的过程中，可能由于二级管电流过大，将数码管烧坏，这些问题在今后的设计中需要注意。这次课程设计，我收获很大，提高了我遇到问题解决问题的能力，加强了与同学就学习问题的交流讨论，加强了自己的动手能力，明白了团队合作的作用，同时也认识到了自己不足，在电路设计，元件参数的选取，焊接实物的问题上仍然存在不足，最重要的是认识到了光有理论知识是远远不够的，理论需要结合实践才能