1、課程設計三位半數字顯示溫度計設計報告設計時間： 2014.1.9 班 級： 12級應用電子技術4班姓 名： 比爾威廉姆斯 報告頁數： 13頁 廣東工業大學課程設計報告設計題目：3位半數字顯示溫度計學院：信息工程學院專業：應用電子技術（4）班學號：333333333333333333姓名：比爾威廉姆斯合作者：比爾蓋茨 成績評定_優秀_教師簽名_梁秀玲_目 錄一設計思路，方案設計及選擇，設計原理二電路參數設計與計算和元器件選擇依據三設計原理圖和安裝布線圖四設計原理圖和安裝布線圖五調試過程六測試的曲線，總結設計過程，分析設計結果 七心得體會一 設計思路，方案設計及選擇，設計原理1設計思路傳感器模擬電

2、壓AD轉換數字信號驅動電路數碼管顯示按照上面框圖，大致可分為三部分電路：溫度采集部分（采用LM35），A/D轉換及數碼管驅動部分（采用7106或7107），數碼管按實際情況綜合考慮。2.方案設計及選擇。方案1：采用LM35，ICL7107，采用四塊分立七段LED顯示；方案2：采用LM35，ICL7107，采用標準的弦3 1/2位LED顯示；方案3：采用LM35，ICL7107，采用4位組合LED顯示；方案4：采用LM35，ICL7107，采用LCD顯示。經討論，考慮到標準位LED顯示采購困難和實踐制作能力限制（采用焊錫制而非PCB），所以電路規模受到較大限制，所以不采用4位組合LED顯示和LC

3、D顯示。最終決定采用方案1.3.設計原理：（1）LM35資料：LM35是一種得到廣泛使用的溫度傳感器。由于它采用內部補償，所以輸出可以從0開始。LM35有多種不同封裝型式。LM35封裝：如圖：在常溫下，LM35 不需要額外的校準處理即可達到 1/4的準確率。其電源供應模式有單電源與正負雙電源兩種，其引腳如圖一所示，正負雙電源的供電模式可提供負溫度的量測；兩種接法的靜止電流-溫度關系，在靜止溫度中自熱效應低(0.08)，單電源模式在25下靜止電流約50A，工作電壓較寬，可在420V的供電電壓范圍內正常工作非常省電。在上述電壓范圍以內，芯片從電源吸收的電流幾乎是不變的（約50A），所以芯片自身幾乎

4、沒有散熱的問題。這么小的電流也使得該芯片在某些應用中特別適合，比如在電池供電的場合中，輸出可以由第三個引腳取出，根本無需校準。其計算公式：規格參數：1、工作電壓：直流430V；2、工作電流：小于133A3、輸出電壓：+6V-1.0V4、輸出阻抗：1mA負載時0.1；5、精度：0.5精度（在+25時）；6、漏泄電流：小于60A；7、比例因數：線性+10.0mV/；8、非線性值：1/4；9、校準方式：直接用攝氏溫度校準；10、額定使用溫度范圍：-55+150。11、指定工作溫度范圍，LM35D 0 to +100（2）ICL7107資料：ICL7107的特點： ICL7107是31/2位雙積分型A

5、/D轉換器，屬于CMoS大規模集成電路，它的最大顯示值為士1999，最小分辨率為100uV，轉換精度為0.05士1 個字。、 能直接驅動共陽極LED數碼管，不需要另加驅動器件，使整機線路簡化，采用士5V兩組電源供電，并將第21腳的GND接第30腳的IN 。 在芯片內部從V+與COM之間有一個穩定性很高的2.8V基準電源，通過電阻 分壓器可獲得所需的基準電壓VREF。 能通過內部的模擬開關實現自動調零和自動極性顯示功能。 輸入阻抗高，對輸入信號無衰減作用。 整機組裝方便，無需外加有源器件，配上電阻、電容和LED共陽極數碼管，就能構成一只直流數字電壓表頭。 噪音低，溫漂小，具有良好的可靠性，壽命長

6、。 芯片本身功耗小于15mw（不包括LED）。 不設有一專門的小數點驅動信號。使用時可將LED共陽極數數碼管公共陽極接V+. 可以方便的進行功能檢查。ICL7107引腳功能V和V-分別為電源的正極和負極。au-gu,aT-gT,aH-gH：分別為個位、十位、百位筆畫的驅動信號，依次接個位、十位、百位LED顯示器的相應筆畫電極。Bck：千位筆畫驅動信號。接千位LEO顯示器的相應的筆畫電極。PM：液晶顯示器背面公共電極的驅動端，簡稱背電極。Oscl-OSc3 ：時鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器。COM ：模擬信號公共端，簡稱“模擬地”，使 用時一般與輸入信號的負端以及基準電壓的負

7、極相連。TEST ：測試端，該端經過500歐姆電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱“邏輯地”或“數字地”。VREF VREF- ：基準電壓正負端。CREF：外接基準電容端。INT：27是一個積分電容器，必須選擇溫度系數小不致使積分器的輸入電壓產生漂移現象的元件IN和IN- ：模擬量輸入端，分別接輸入信號的正端和負端。AZ：積分器和比較器的反向輸入端，接自動調零電容CAz 。BUF：緩沖放大器輸出端，接積分電阻Rint。ICL7107工作原理：1.自動穩零階段：tAZ=1000TCL+2000TcL-（1000TCLVIN）/VREF式中：TCL為時鐘脈沖fCL的周期 1000TcLVIN/VREF

8、 為反積分時間2.信號積分階段：C對模擬信號進行采樣積分，時間固定為1000個計數脈沖時間。積分結束后積分器的輸出電壓： VINT0=1/（RINTCINI）0 kVIN dt 積分時間為0tRINT為積分電阻，CINI為積分電容，K為緩沖器電壓放大系數，VIN為模擬輸入，t為積分時間1000個計算脈沖.信號積分階段固定時間為tINT=1000TCL3反積分階段：DE，C實現對輸入模擬信號極性相反的參考電壓VREF進行積分，DE時，參考電容上的VREF進入緩沖器進行放大，放大后VREF進入積分器積分，從VINT0開始輸出電壓為：UDE=UINT+1/ RINTCINIkVREF dt積分器迫壓

9、至0的時間為t2-t1，將VINT0積分值代入并對第2項積分：0=-（t1kUIN）/（ RINTCINI） +【 (t2-t1)kVREF】/ （RINTCINI）.又可得：vIN=【(t2-t1)VREF】/t1.若計數脈沖表示時間t1有1000個計算脈沖，t2-t1就有T個計數脈沖，所以VIN=(VREFT)/1000. 因為VREF為常數，所以VIN與積分器在反積分時迫壓至0時的時間成正比。T用計數脈沖個數表示。通過譯碼器就可接收計數器狀態，實現模數轉換，若VREF=1000mv，那么VIN的數值=T的數值.3數碼管資料：在本次設計當中，由于ICL7107的特點，它只能驅動共陽極數碼管

10、，故我們要選用共陽極七段數碼管。在連接數碼管時，我們要注意數碼管各個管腳所對應的字母，不能接錯或接漏，而且在管腳之前要接上電阻，以免燒壞芯片和數碼管。 LED 數碼管中各段發光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是正向壓降較大，正向電阻也較大。在一定范圍內，其正向電流與發光亮度成正比。由于常規的數碼管起輝電流只有12 mA，最大極限電流也只有1030 mA，所以它的輸入端在5 V電源或高于TTL高電平(3.5 V)的電路信號相接時，一定要串加限流電阻，以免損壞器件。數碼管使用條件：a、段及小數點上加限流電阻b、使用電壓：段：根據發光顏色決定； 小數點：根據發光顏色決定c、使用電流：靜態：總電流

11、 80mA（每段 10mA）；動態：平均電流 4-5mA峰值電流 100mA數碼管使用注意事項說明：a、數碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角；b、焊接溫度：260度；焊接時間：5sc、表面有保護膜的產品,可以在使用前撕下來。由以上資料得：通過ICL7107對LM35輸出電壓的采集，并使ICL7107驅動數碼管。只要給ICL7107設置正確的外部電路參數，就能實現既定的功能二.電路參數設計與計算和元器件選擇依據外部條件選擇：1.震蕩器部件：ROSC和COSC。 震蕩頻率fOSC的系數為：fOSC=1/（2ROSCCOSC3）=0.45/( ROSCCOSC).通常COSC=100pF，采用

12、為2.5次/秒時，而輸入脈沖頻率必須滿足1000TCL4=20msN式子中N為整數，取值為：1,2,3,4, N一般取N=5 TCL=0.025s fOSC=40kHz,所以ROSC=110k。實際產品只有120 k，所以選擇120 k。2. 積分電阻RINT保證ICL7107在輸入電壓范圍內線性工作，RINT要足夠大，可由下式求得：RINT=VFS/IINT 一般IINT=4A，而VFS=2V，得RINT=500K。主要考慮到信號輸入最大電壓本來在1V以內，但是為了讓7107絕對在線性的工作，所以VFS選擇最大為2V。3.積分電容：CINT，它的大小主要決定于在A/D轉換器額定轉換速率和額定

13、電流下使積分器輸出不飽和為原則所以：CINT=(4000 IINT)/（fOSCVIs）當轉換速率為2.5次/秒，IINT=4A，積分輸出電壓VIs為3V時，CINT=0.1F，它一般可選0.10.2F。轉換速率提高，在其他條件不變，要Vis要相同，則CINT下降，反之CINT上升。4.自動穩零電容CAE=0.047F。因為7107的轉換精度為0.05V1字，所以在VFS=2V，分辨率為1字/1mv。5.CREF可以用1F. 使翻轉誤差在1字以內。6.參考電壓VREF：滿度值時，T=2000，VIN=VFS。（T為計數脈沖個數，下同）所以VREF=0.5VFS， 輸出讀數=T=1000VIN/

14、 VREF。當VIN=10100mV，輸出讀數為1000所以VREF=1000mV, 同理VIN=1050mV 輸出讀數為500.所以VREF=1000mV.三：設計原理圖和安裝布線圖；1，原理圖：布線圖：四設備和元件清單：器件名或儀器名參數數量數字萬用表VC890D電壓源（自制）ICL7107一片8位共陽數碼管4片電阻1k各一個510 K120 K200電位器10k一個LM35一個電容100nF3個47nF和100pF各一片印刷板一片排針，杜邦線和導線若干五調試過程：剛剛焊完，忍不住激動的心情，立馬接通電源測試，結果連小數點都不能顯示，這種結果出現后最大可能就是電源直接與地短接了，用萬用表測

15、試以后果然是這個原因。第2次的結果在意料之中，只顯示了一個小數點。在測試完芯片的引腳電壓后，發現顯示驅動的引腳輸出在1.95V到2.20V之間，所以猜想有可能是數字地未接，發現果然是，與此同時，還發現IN未接地。接上后又只能能顯示亂碼，即可猜想應該為焊接短斷路，所以觀察數碼管的顯示規律后理論上可判斷可能是那幾個引腳短接。經過檢查并解決了問題，最后調節VREF=1V，正常顯示，作品制作成功。六：測試的曲線，總結設計過程，分析設計結果 1，為了驗證設計電路的正確性以及它的實驗數據，我們對實物進行驗證，通過測量LM35的輸出電壓和數碼管的顯示值得到如下表格LM35輸出壓V0.220.240.2600

16、.280.300.320.340.36數碼管顯示值22.024.026.028.030.032.34.036.0LM35輸出壓V0.360.410.460.51數碼管顯示值36.041.046.051.0繪制出測溫度傳感器輸出曲線，即/V曲線，如圖：/V曲線產品檢驗的參考電壓為：V+: +4.7V V-: -4.6v 2、總結設計過程和分析設計結果：此次的設計過程進展比較順利，主要是前期做了較為充分的準備，包括查找芯片的各種資料，傳感器的各種資料，在較為充分了解ICL7107原理的基礎上計算得來的外部電路參數，是此次順利成功的關鍵。由于實際制作水平受限，未能像其他同學一樣采用PCB板，而是采用

17、焊接制板，所以電路規模受到較大的限制。所以也未能制作出能使用獨立電源的方便自己使用的溫度計，不能不說是一種遺憾。當然，也采用了isis進行原理圖設計，但是由于軟件出于盜版問題，仿真不了。但出于對計算參數結果準確度的信心和考慮到仿真軟件不一定奏效的原因。討論后，決定直接實踐。所以采用了Altium Designer 10 進行原理圖布線。這也是出于為了減少在實際電路板走線過程的錯誤和合理設計電路布局的考慮。由于上學期已在焊接電路板方面有過課程的學習，所以這次焊錫制板過程較為成功，只有在少數地方出現相鄰線之間的短路現象，導致顯示出現亂碼，還有就是芯片的數字地和IN- 地段忘接數字地未接地，直接的后果是芯片的數碼管顯示驅動端輸出1.95V的高電平，而共陽端只有3.4V的低電壓：3.4V - 1.95V =1.4V1.61.8V 的數碼管起動電壓，IN- 未接地也是輸出不正常的原因。這兩個問題解決后，并把短路的部分修好，整個電路就完成了。3.結果分析：1. 在其他條件元件數值選擇上基本準確的情況下，取VREF=1000mv,測得與正常室溫相比高于室溫0.4度，基本符合要求，本次設計出的產品精度0.1。七.心得體會：通過此次的課程設計讓我感覺到自己理論與實踐都還相當欠缺，首先理論知識沒有經過實踐的強化容易忘卻，其次，實