1、主要內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)，測(cè)量范圍：0100 OC。溫度的實(shí)時(shí)LED數(shù)字顯示。測(cè)量溫度信號(hào)為模擬量。基本要求：1.畫出數(shù)字溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖。2.畫出系統(tǒng)原理電路圖。3.用MULTISIM進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。4.按要求完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告，交激光打印報(bào)告和電子文檔。主要參考資料：1 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2001.2 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.北京：高等教育出版社，1997.3 孫梅生.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)M.北京：高等教育出版社，1998.4 高吉祥. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)M.北京：電子工業(yè)出版社，2002.完成期限 一、任務(wù)技術(shù)指標(biāo)主要內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)

2、，測(cè)量范圍：0100 OC。溫度的實(shí)時(shí)LED數(shù)字顯示。測(cè)量溫度信號(hào)為模擬量。基本要求：1.畫出數(shù)字溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖。2.畫出系統(tǒng)原理電路圖。3.用MULTISIM進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。4.按要求完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告，交激光打印報(bào)告和電子文檔。二、總體設(shè)計(jì)思想1.基本原理由于溫度計(jì)的應(yīng)用很廣，所以溫度計(jì)的設(shè)計(jì)也不完全一樣。以前一般采用熱電偶、玻璃液體溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、熱電阻和非接觸式溫度計(jì)等進(jìn)行溫度測(cè)量。其中熱電偶的溫度測(cè)量范圍較寬，它無需使用驅(qū)動(dòng)電源即可直接產(chǎn)生電壓（溫差電勢(shì)）信號(hào)，該信號(hào)既可用直流測(cè)量?jī)x器（如電位差計(jì)、數(shù)字電壓表、毫伏計(jì)等）讀取，以通過熱電偶溫度特性分度表查出對(duì)應(yīng)的溫度

3、；也可以用線性校正電路將小信號(hào)電壓放大后，通過顯示儀表的刻度讀數(shù)。在某些輸油、輸氣管道應(yīng)用中，往往要求對(duì)溫度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)，且要求能夠快速準(zhǔn)確地讀數(shù)。此時(shí)，上述各類溫度計(jì)則難以勝任。而如果將熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并通過液晶來顯示其溫度結(jié)果，這種方法反應(yīng)迅速，測(cè)量精度高，功耗小，顯示直觀。因此，由熱電偶、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)和液晶模塊組成的數(shù)字式低功耗高精度溫度計(jì)可以代替各種機(jī)械式溫度計(jì)來完成特殊情況下的溫度測(cè)控工作，且便于實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)。但在本設(shè)計(jì)中，數(shù)字溫度計(jì)應(yīng)用的對(duì)象是一般家庭里，主要包括以下幾部分：(1).取樣電路溫度傳感器就是能將溫度信號(hào)反映到電信

4、號(hào)上去，這個(gè)我們可以用熱敏電阻及一些熱傳感器來實(shí)現(xiàn)，由于熱敏電阻的阻值與溫度不成線性關(guān)系，所以這里主要是用溫度傳感器將溫度信號(hào)線性地反映到電壓上來實(shí)現(xiàn)溫度取樣，測(cè)量溫度信號(hào)為模擬量。(2).放大電路放大電路可以有三極管放大或是用集成運(yùn)算放大器放大，由于在這里放大器的功能是為了調(diào)節(jié)傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器的關(guān)系，故可以用集成運(yùn)算放大器通過負(fù)反饋組成任意比例電路，根據(jù)芯片的參數(shù)需要而選擇適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)。(3).驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路是為了讓顯示器將A/D所轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)無誤地表現(xiàn)出來。這里主要是驅(qū)動(dòng)LED顯示及保護(hù)LED的電路，要想讓LED正常工作，必需提供適當(dāng)?shù)碾妷海ＷC電流不能超過LED的最大電流，以免燒壞

5、LED管。在這里主要包括一些三極管及電阻，配合驅(qū)動(dòng)電路來制LED控顯示。(4).A/D轉(zhuǎn)換及分析A/D轉(zhuǎn)換主要的任務(wù)是對(duì)模擬電信號(hào)進(jìn)行分析，將其信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)碼顯示出來，可能的話還可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析預(yù)處理。這里也主要是采用MC14433芯片，采用這個(gè)芯片可以大大減少A/D轉(zhuǎn)換及譯碼電路，因?yàn)樗旧磔敵鼍褪荁CD碼，而且是按十進(jìn)制位串行輸出的，同時(shí)它還包含了時(shí)序電路即用來串行輸出用掃描顯示用的電路及超過適用范圍時(shí)發(fā)出提示信號(hào)，極大簡(jiǎn)化了電路，從而提高了電路的穩(wěn)定性及減少功耗。(5).顯示電路顯示電路可以用各種類型的七段LED顯示，出于對(duì)器件考慮，在這里僅用最常見的7段碼顯示即可。2.系統(tǒng)框圖模擬采

6、樣轉(zhuǎn)化電信號(hào)信號(hào)放大A/D轉(zhuǎn)換編碼顯示系統(tǒng)超過溫度提示譯碼電路圖1 數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)框圖三、具體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要構(gòu)成部分應(yīng)該是由模擬傳感器、線性放大電路、A/D轉(zhuǎn)換分析、驅(qū)動(dòng)電路及顯示五部分組成。下面主要詳細(xì)介紹各個(gè)電路的具體功能。1.取樣電路設(shè)計(jì)National Semiconductor 公司的LM35A溫度傳感器集成芯片，它能將溫度與電流形成線性關(guān)系，以電壓的形式輸入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換與分析。轉(zhuǎn)換公式如式(1)，0時(shí)輸出為0V，每升高1°，輸出電壓增加10mV。LM35有多種不同封裝型式。在常溫下，LM35不需要額外的校準(zhǔn)處理即可達(dá)到C°、CC41°±

7、;的準(zhǔn)確率。其電源供應(yīng)模式有單電源與正、負(fù)雙電源兩種，正、負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的量測(cè)；兩種接法的靜默電流-溫度關(guān)系，單電源模式在25°下靜默電流約50A，非常省電。 Vout_lm35（T）=10mV/°C×T°C (1) 圖2 溫度取樣電路2.信號(hào)放大電路這里的放大電路采用的中LM307N集成運(yùn)算放大器，根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換的需要而設(shè)計(jì)，R4與R6相同，從而構(gòu)成兩倍放大電路。圖3 信號(hào)放大器電路3.譯碼驅(qū)動(dòng)電路為了讓LED正常工作，設(shè)計(jì)了這個(gè)譯碼驅(qū)動(dòng)電路，這里采用的是74LS48芯片。圖4 譯碼驅(qū)動(dòng)電路4.A/D轉(zhuǎn)換電路在這部分電路里面，主要就是用

8、MC14433集成A/D轉(zhuǎn)換器，這與其強(qiáng)大的功能是離不開的。如圖4中R1、R1/C1、C01、C02、CLKI、CLKO分別為構(gòu)成積分器、自動(dòng)調(diào)零補(bǔ)償電路及改變電路時(shí)鐘頻率電路。這里用的是常用的參數(shù)，時(shí)鐘頻率是66KHz，UI,UAG則為輸入信號(hào)的兩極，UR為參照電壓，即轉(zhuǎn)換最大電壓，能過對(duì)UAG與UR的調(diào)節(jié)，可以將傳感器輸出的電壓信號(hào)正確地從零開始線性增加，這也是本電路設(shè)計(jì)的核心部分，通過這個(gè)設(shè)置，還可以擴(kuò)大數(shù)字溫度計(jì)的適用范圍，對(duì)顯示部分電路稍作修改就可以對(duì)開爾文溫度直接顯示，只是精度有改變了。D1 穩(wěn)壓管是為確保輸入的電壓不超過A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換范圍。另外，芯片工作采用的是雙電壓工作的。

9、5.顯示電路顯示電路主要是由三個(gè)LED七段顯示器，從左到右分別為十位、個(gè)位及小數(shù)位。圖5 顯示電路四、結(jié)論當(dāng)我看到這個(gè)題目我感覺無從下手，在認(rèn)真閱讀了任務(wù)書后，我開始整理思路，找入手點(diǎn)，上網(wǎng)查詢了大量資料，經(jīng)過分析與理解，才使我對(duì)數(shù)字溫度計(jì)的課程設(shè)計(jì)有了初步的了解，從中我自學(xué)到了許多的知識(shí)，也體會(huì)到學(xué)習(xí)知識(shí)不僅僅局限與課堂，還可以通過課外書籍，網(wǎng)絡(luò)了解更多自己感興趣的課題。在課外的探索中，只有把課堂上的理論融入實(shí)踐當(dāng)中，才能真正的掌握該知識(shí)。對(duì)于這個(gè)課題，分析了任務(wù)書中一些對(duì)電路性能的要求，針對(duì)這些我首先查找需要電路圖的工作原理和元器件的特性，以此為入手點(diǎn)，為以后的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。電路的設(shè)計(jì)的前提

10、是要有一個(gè)總體的設(shè)計(jì)思想，根據(jù)設(shè)計(jì)的課題和要求，綜合運(yùn)用自己所學(xué)的知識(shí)和所查到的資料進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)，然后再通過MULTISIM進(jìn)行仿真，MULTISIM以前沒接觸過，要自學(xué)，將電路圖中的參數(shù)設(shè)出來，大體的設(shè)計(jì)就基本結(jié)束了。這只是一個(gè)框架，我在設(shè)計(jì)時(shí)還有許多細(xì)節(jié)問題，不過在同學(xué)之間的研討下，我們最終解決了問題，本次課程設(shè)計(jì)任務(wù)基本完成。通過這次課程設(shè)計(jì)使我感到，基礎(chǔ)知識(shí)一定要扎實(shí)，沒有完全的融會(huì)貫通的基礎(chǔ)知識(shí)就無法將設(shè)計(jì)進(jìn)行下去，所以我在以后的生活和學(xué)習(xí)中一定要注重基礎(chǔ)知識(shí)的積累和運(yùn)用。于此同時(shí)我還要增強(qiáng)自己的實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)有所用，將自己的課堂擴(kuò)展到整個(gè)生活當(dāng)中。總之，在這次課程設(shè)計(jì)的過程中，

11、我學(xué)習(xí)到了許多的知識(shí)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了許多問題，經(jīng)過不斷的學(xué)習(xí)和改正，增強(qiáng)了我分析問題和解決問題的能力，提高了我獨(dú)立思考問題，以及充分利用現(xiàn)有條件和同學(xué)之間相互溝通的能力，這次課程設(shè)計(jì)令我受益匪淺，為我以后的學(xué)習(xí)和工作奠定了基礎(chǔ)。五、附錄1.原理圖 圖6 總體電路2.仿真圖 圖7 放大電路仿真 圖8 驅(qū)動(dòng)顯示仿真電路3.元件清單 編號(hào)名稱規(guī)格大小數(shù)量芯片LM35、MC14433、CD4511各1片R2、 R12電阻100K2R13電阻51K1R15 、R16電阻1002R18微調(diào)電阻2K1D2穩(wěn)壓二極管1V1R14電阻470K1C3、 C4電容0.1uF2R17電阻300K1Q2Q3三極管PNP2

12、U4、U5、U12LEDLED3Q12、Q13、Q14三極管NPN3Y2、Y3蜂鳴片CRYSTAL2 表1 元件清單注：1.CD4511是BCD-鎖存/七段譯碼/驅(qū)動(dòng)器： 有燈測(cè)試功能；以反相器作輸出級(jí)，用以驅(qū)動(dòng)LED或數(shù)碼管；具有消隱輸入；顯示數(shù)6時(shí)，a=0,顯示9時(shí)，d=0 . 1-B,2-C,3-LT（為燈測(cè)試輸入端）,4-BI（數(shù)據(jù)輸入端）,5-LE（鎖存使能，鎖存輸入使能）,6-D,7-A,8-VSS（電源負(fù)極）（A，B，C，D為門電路的輸入端） 9-e,10-d,11-c,12-b,13-a,14-g,15-f, 16-vdd(電源正極）（a,b,c,d,e,f,g為譯碼輸出；顯示

13、字符端輸出，連接數(shù)碼管的相應(yīng)腳）。2.MC14433是美國Motorola公司推出的單片3又 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，其中集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下：精度：讀數(shù)的±0.05%±1字 模擬電壓輸入量程：1.999V和199.9mV兩檔 轉(zhuǎn)換速率：2-25次/s 輸入阻抗：大于1000M 電源電壓：±4.8V±8V 功耗：8mW（±5V電源電壓時(shí)，典型值） 采用字位動(dòng)態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千、百、十、個(gè)位BCD碼分時(shí)在Q0Q3輪流輸出，同時(shí)在DS1DS4端輸出同步字位選通脈沖，很方便實(shí)現(xiàn)LED的動(dòng)態(tài)顯示。 MC14433最主要的用途是數(shù)字電壓表，數(shù)字溫度計(jì)等各類數(shù)字化儀表及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換接口。3.LM35是由National Semiconduc