数字温度计的课程设计

东北石油大学课程设计课程课程低频与数字电路课程设计题目数字温度计的设计院系专业班级学生姓名学生学号指导教师东北石油大学课程设计任务书课程低频数字电子线路课程设计题目数字温度计的设计专业姓名学号主要内容、基本要求、主要参考资料等主要内容：设计一个数字温度计，测量范围：0～100℃。温度的实时LED数字显示。测量温度信号为模拟量。基本要求：1.画出数字温度计的结构框图。2.画出系统原理电路图。3.对电路进行仿真实验。4.按要求完成课程设计报告，交激光打印报告和电子文档。主要参考资料：[1]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001.[2]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：高等教育出版社，1997.[3]孙梅生.电子技术基础课程设计[M].北京：高等教育出版社，1998.[4]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计[M].北京：电子工业出版社，2002.完成期限2011指导教师专业负责人2011年7月一、任务技术指标设计一个数字温度计，测量范围：0～100℃。温度的实时LED数字显示。测量温度信号为模拟量。基本要求：1.画出数字温度计的结构框图。2.画出系统原理电路图。3.对电路进行仿真实验。4.按要求完成课程设计报告，交激光打印报告和电子文档。二、总体设计思想1.基本原理热电偶、A/D转换电路、和液晶模块组成的数字式低功耗高精度温度计，此法制成的数字温度计具有反应迅速，测量精度高，功耗小等特点。下面具体谈下电路的各个部分。(1).取样电路取样电路就是温度传感器将温度信号反映到电信号上去，由于热敏电阻的阻值与温度不成线性关系，所以这里不用热敏电阻而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。(2).放大电路放大电路可以用三极管或集成运算放大器放大，但由于这个电路图中放大的功能是为了调节传感器与A/D转换器的关系，所以用集成运算放大器通过负反馈组成任意比例电路，根据芯片的参数需要而选择适当的放大倍数。而三极管的放大倍数不好控制，所以不选。(3).驱动电路驱动电路的功能是让显示器将A/D所转换的数据正确无误地表现出来。此次主要是驱动LED显示及保护LED电路，要想让LED正常工作，必需提供适当的电压，保证电流不能超过LED的最大电流，以免烧坏LED管。在这里主要包括一些三极管及电阻，配合驱动电路来制LED控显示。(4).A/D转换及分析A/D转换主要的任务是将采集来的模拟信号转换成数字信号，再用数码管显示出来，可能的话还可以对信号进行分析预处理。这里也主要是采用MC14433芯片，采用这个芯片可以大大减少A/D转换及译码电路，因为它本身输出就是BCD码，而且是按十进制位串行输出的，同时它还包含了时序电路即用来串行输出用扫描显示用的电路及超过适用范围时发出提示信号，极大简化了电路，从而提高了电路的稳定性及减少功耗。(5).显示电路当MC14433把模拟信号转换成数字信号，然后再经由七段数码管译码器驱动器，驱动显示管显示出数字。系统由温度传感器，测温电路，放大电路，模数转换器，3位温度数据显示电路以及外围电源，电阻，电容组成。2.系统框图显示系统译码电路A/D转换编码模拟采样转换成电信号信号放大显示系统译码电路A/D转换编码模拟采样转换成电信号信号放大超过温度提示超过温度提示三、具体设计1.总体设计电路图1总体电路图（Pcb图）2.模块设计此次设计构成的主要部分是由模拟传感器、线性放大电路、A/D转换分析、驱动电路及显示五部分组成。下面主要详细介绍各个电路的具体功能。1.取样电路设计及LM35A的简介LM35A温度传感器集成芯片，它能将温度与电流形成线性关系，以电压的形式输入A/D转换器进行转换与分析。转换公式如式Vout_lm35（T）=10mV/°C×T°C，0时输出为0V，每升高1°，输出电压增加10mV。LM35有多种不同封裝型式。在常温下，LM35不需要额外的校准处理。其电源供应模式有单电源与正、负双电源两种，正、负双电源的供电模式可提供负温度的测量；两种接法的静默电流-温度关系，单电源模式在25°下静默电流約50μA，非常省电。图2温度取样电路2.信号放大电路及LM307N的简介这里的放大电路采用的中LM307N集成运算放大器，根据A/D转换的需要而设计，由于R1等于R2，从而构成两倍放大电路。图3信号放大器电路3.译码驱动电路及74LS48的简介为了让LED正常工作，设计了这个译码驱动电路，这里采用的是74LS48芯片。74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中，下面做下此芯片的真值表。以便到下面局部仿真的时候用。74LS48引脚功能表---七段译码驱动器功能表十进制或功能表输入BI/RBO输出备注LTRBIDCBAabcdefg0HH0000H111111011Hx0001H01100002Hx0010H11011013Hx0011H11110014Hx0100H01100115Hx0101H10110116Hx0110H00111117Hx0111H11100008Hx1000H11111119Hx1001H1110011BIxxxxxxL00000002RBIHL0000L00000003LTLxxxxxH11111114表一74LS48的真值表图4译码驱动电路及芯片图4.A/D转换电路及MC14433的简介在A/D转换电路这部分电路里面，主要就是用MC14433集成A/D转换器，。如图4中R1、R1/C1、C01、C02、CLKI、CLKO分别为构成积分器、自动调零补偿电路及改变电路时钟频率电路。这里用的是常用的参数，时钟频率是66KHz，UI,UAG则为输入信号的两极，UR为参照电压，即A/D转换最大电压，能过对UAG与UR的调节，可以将传感器输出的电压信号正确地从零开始线性增加，这也是本电路设计的核心部分，通过这个设置，还可以扩大数字温度计的适用范围，对显示部分电路稍作修改就可以对开尔文温度直接显示，只是精度有改变了。D1稳压管是为确保输入的电压不超过A/D转换器的转换范围。另外，芯片工作采用的是双电压工作的。MC14433是美国Motorola公司推出的单片3又1/2位A/D转换器，其中集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路。具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器图5MC144335.显示电路显示电路主要是由三个LED七段显示器，从左到右分别为十位、个位及小数位。图5显示电路6元件清单编号名称规格大小数量芯片LM35、MC14433、74LS48各1片R2、R12电阻100K2R13电阻51K1R15、R16电阻1002R18微调电阻2K1D2稳压二极管1V1R14电阻470K1C3、C4电容0.1uF2表二元件清单3.仿真及仿真结果分析3.1仿真图图6驱动显示仿真图3.2仿真结果分析由于MC14433芯片在Multisim软件中找不到，所以莫法对整个电路进行仿真。只能对局部的驱动显示这一部分进行仿真。根据仿真图和上面的74LS48的真值表可以看出，再到74LS48时已经把模拟信号让MC14433转换成数字信号了。再通过74LS48的驱动显示在数码管上。上述仿真图中的J1到J4和J10到J17十二个开关的闭合代表给74LS48一个高电平“1”，打开时代表给74LS48一个低电平“0”。然后再通过74LS48七段数码管译码器驱动器把信号送到数码管上的段位上。而这时Q１，Q２和Q３四、结论电信课程设计是学电子信息工程学生重要的基础实践课。经过查资料，选方案，设计电路，撰写设计报告，使我们得到一次见全面的工程实践训练。当理论联系实际时，我们要动手做的时候，才发现我们所学的理论是那么的单调，在我拿到题目的时候，感觉自己莫有一点思路。但经过我上网查阅资料和翻阅课本以及相关参考书才有思路。这使我意识到学习不仅仅局限于课堂，课堂知识只是将我们引进门而已。如果要有更深入的学习，还得靠我们自己。在设计温度计数器的时候，使我更近一步的熟悉了LM35，MC14433,74LS48等芯片的结构及掌握其工作原理和具体的使用方法。不仅如此，还使我复习了下Word，ProtelSE99，Multisim等软件。尤其是Multisim软件，以前只是对其有一点点的了解，而在这次实践过程中我对它有了较深的掌握。虽然由于MC14433这个芯片Multisim在中莫有致使最后的全局的仿真无法成功，但在对局部的仿真过程中还使我更好的学习了Multisim通过这次课程设计使我感到，基础知识一定要扎实，没有完全的融会贯通的基础知识就无法将设计进行下去，所以我在以后的生活和学习中一定要注重基础知识的积累和运用。于此同时我还要增强自己的实践能力，实现学有所用，将自己的课堂扩展到整个生活当中。总之，在这次课程设计的过程中，我学习到了许多的知识，同时也发现了许多问题，经过不断的学习和改正，增强了我分析问题和解决问题的能力，提高了我独立思考问题，以及充分利用现有条件和同学之间相互沟通的能力，这次课程设计令我受益匪浅，为我以后的学习和工作奠定了基础。

参考资料[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001.[2]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001.东北石油大学课程设计成绩评价表课程名称低频与数字电路课程设计题目名称学生姓名学号指导教师姓名职称序号评价项目指标满分评分1工作