./1電路的設計數字溫度計電路原理系統方框圖,如圖1.1.溫度采集溫度采集電壓放大AD轉換數碼管驅動溫度顯示圖2.1電路原理方框圖通過溫度傳感器LM35采集到溫度信號,經過整形電路送到A/D轉換器,然后通過譯碼器驅動數碼管顯示溫度。ICL7107集A/D轉換和譯碼器于一體,可以直接驅動數碼管,省去了譯碼器的接線,使電路精簡了不少,而且成本也不是很高。ICL7107只需要很少的外部元件就可以精確測量0到200mv電壓,LM35本身就可以將溫度線性轉換成電壓輸出。綜上所述,采用LM35采集信號,用ICL7107驅動數碼管實現信號的顯示。2電路原理及其電路組成數字溫度計的設計原理圖見附錄1。它通過LM35對溫度進行采集,通過溫度與電壓近乎線性關系,以此來確定輸出電壓和相應的電流,不同的溫度對應不同的電壓值,故我們可以通過電壓電流值經過放大進入到A/D轉換器和譯碼器,再由數碼管表示出來。2.1傳感電路LM35具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍,該器件輸出電壓與攝氏溫度線性成比例。因而,從使用角度來說,LM35與用開爾文標準的線性溫度傳感器相比更有優越之處,LM35無需外部校準或微調,可以提供±1/4℃LM35具有以下特點：〔1工作電壓：直流4～30V；〔2工作電流：小于133μA〔3輸出電壓：+6V～-1.0V〔4輸出阻抗：1mA負載時0.1Ω；〔5精度：0.5℃精度〔在+25〔6漏泄電流：小于60μA；〔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封裝：密封TO-46晶體管封裝或塑料TO-92晶體管封裝；〔11使用溫度范圍：-55～+150℃傳感器電路采用核心部件是LM35AH,供電電壓為直流15V時,工作電流為120mA,功耗極低,在全溫度范圍工作時,電流變化很小。電壓輸出采用差動信號方式,由2、3引腳直接輸出,電阻R為18K普通電阻,D1、D2為1N4148。傳感器電路原理如圖2.1.采樣值的準確量化是溫控電路正常工作的關鍵,這里采用以下換算辦法來進行量化。設經過信號調理后的電壓為Ui,則已知－10V對應的溫度為－55℃,10V對應的溫度為125℃,易求得比例因數Kt＝0.111V/℃。溫度為0℃時,ΔT＝55℃〔即相對于－55℃的變化量。圖2.1傳感器電路原理圖Ui轉換為數字量后,每個數字量對應電壓值為4.883mV,〔由12位AD,滿量程20V可得,用Ks表示。可求得數字量變化與溫度變化的對應關系：＝〔0.111V/℃/〔4.883mV/數字量＝22.73數字量/℃當ｔ＝0℃時,AD輸出的數字量D0=0+55℃×22.73數字量/℃＝1250＝04E2H。溫控電路由傳感器電路、信號調理電路、A/D采樣電路、單片機系統、輸出控制電路、加溫電路構成。電路基本工作原理：傳感器電路將感受到的溫度信號以電壓形式輸出到信號調理電路,信號經過調理后輸入到A/D采樣電路,由A/D轉換器將數字量值送給單片機系統,單片機系統根據設計的溫度要求判斷是否需要接通加溫電路。溫度信號采集電路Op－07芯片是一種低噪聲,非斬波穩零的單運算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調電壓〔對于OP-07A最大為25μV,所以OP-07在很多應用場合不需要額外的調零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低〔OP-07A為±2nA和開環增益高〔對于OP-07A為300V/mV的特點,這種低失調、高開環增益的特性使得OP-OP－07具有以下特點：超低偏移：150μV最大。<1>低輸入偏置電流：1.8nA。<2>低失調電壓漂移：0.5μV/℃。<3>超穩定,時間：2μV/month最大<4>高電源電壓范圍：±3V至±22V它的引腳圖如圖2.2所示。878765圖2.2OP-07引腳圖OP-07芯片引腳功能說明：1和8為偏置平衡<調零端>,2為反向輸入端,3為正向輸入端,4接地,5空腳6為輸出,7接電源+。OP-07高精度運算放大器具有極低的輸入失調電壓,極低的失調電壓溫漂,非常低的輸入噪聲電壓幅度及長期穩定等特點。由LM35和OP-07組成的信號采集電路如圖2.3所示：圖2.3信號采集電路由輸出短路法及輸入求和方式可判斷該電路是電壓并流負反饋放大電路。因此可知If=-Vi/Rf,反饋系數F=If/Vo,所以F=-1/R3A=Vo/Ii,放大倍數AF=A/〔1+AFA/D轉換電路ICL7107是高性能、低功耗的三位半A\D轉換器,同時包含有七段譯碼器、顯示驅動器、參考源和時鐘系統。ICL7107可直接驅動共陽極LED數碼管。ICL7107將高精度、通用性和真正的低成本很好的結合在一起,它有低于10uV的自動校零功能,零漂小于1uV/℃,低于10pA的輸入電流,極性轉換誤差小于一個字。真正的差動輸入和差動參考源在各種系統中都很有用。在用于測量負載單元、壓力規管和其它橋式傳感器時會有更突出的特點。ICL7107轉化器原理圖如圖2.4所示。其中計數器對反向積分過程的時鐘脈沖進行計數。控制邏輯包括分頻器、譯碼器、相位驅動器、控制器和鎖存器。驅動器是將譯碼器輸出對應于共陽極數碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅動相應筆畫的方波。圖2.4ICL7107轉化器原理圖控制器的作用有三個：第一,識別積分器的工作狀態,適時發出控制信號,使各模擬開關接通或斷開,A/D轉換器能循環進行。第二,識別輸入電壓極性,控制LED數碼管的負號顯示。第三,當輸入電壓超量限時發出溢出信號,使千位顯示"1",其余碼全部熄滅。

釣鎖存器用來存放A/D轉換的結果,鎖存器的輸出經譯碼器后驅動LED。它的每個測量周期自動調零〔AZ、信號積分〔INT和反向積分〔DE三個階段。雙積分型A/D轉換器的電壓波形圖如圖2.5所示圖2.5雙積分型A/D轉換器的電壓波形圖ICL7107AD轉換器的管腳排列及其各管腳功能如圖2.6所示。1V+OSC1401V+OSC1402D1OSC2393C1OSC3384B1TEST375A1REFHI366F1REFLO357G1CREF+348E1CREF339D2COMMON3210C2ICL7107INHI3111B2INLO3012A2A-Z2913F2BUFF2814E2INT2715D3V-2616B3G22517F3C32418E3A32319AB4G32220POLGND21圖2.6ICL7107管腳排列ICL7107是集A/D轉換和譯碼器為一體的芯片,而且這芯片能夠驅動三個數碼管工作而不需要更多的譯碼器,這給我們連接電路或者分析電路提供了一定的方便。ICL7107芯片的管腳比較多,每一個管腳所代表的功能也各不相同,能夠組成各種電路,比如說有積分電路。這要求我們在接電路時要小心,不能出現錯誤。數碼管顯示數碼管可以分為共陽極與共陰極兩種,共陰極是把所有LED的陽極連接到共同接點com,而每一LED的陰極分別為a,b,c,d,e,f,g及sp〔小數點,它的內部結構圖如圖2.7所示。aGaGbcdefgSP圖2.7共陽極數碼管內部結構在本次設計當中,由于ICL7107的特點,它只能驅動共陽極數碼管,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。調試與總結3.1調試與測量數據我們要通過調試電路來發現設計電路的相關內容。〔1按照電路圖對相關元件進行連接,其中注意芯片各管腳的作用以及該如何進行接線。〔2當上步驟完成后,接通電源,觀察數碼管和二極管是否亮,若不亮時,要對電路電源進行檢測,看是否線路接觸不良或者電路短路。〔3〔2完成之后,觀察數碼管是否顯示數值,然后改變LM35的溫度值,觀察數碼管是否隨著溫度變化而變化。〔4若數碼管數值與溫度值相差太大,則要檢查信號采集電路中各元件值是否對。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。用帶有溫度測量的數字萬用表和本次設計的電路對相同溫度下物體進行相應的測量并繪成表格進行比較。如表3.1。測測量工具測量環境數字萬用表數顯溫度計室溫21.021.1冷水袋15.115.2溫水袋52.052.1表3.1萬用表與設計電路數據的比較由上表的數據可以得出,本系統的誤差<1℃,分辨率為0.1設計總結采用LM35、A/D轉換器、譯碼器和數碼管。通過溫度傳感器LM35采集到溫度信號,經過整形電路送到A/D轉換器,然后通過譯碼器驅動數碼管顯示溫度。在這次設計當中,初步了解了AD轉換器的工作原理以及數碼管的連接方法。在這個設計中,信號采集電路比較重要,要對電路中各個元件數值進行精確的計算,防止電路輸出變化太大,對測量不利。4心得體會數電課程設計是培養學生綜合運用所學知識,發現,提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環節,是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.回顧起此次課程設計,至今我仍感慨頗多,的確,從選題到定稿,從理論到實踐,在短短的兩個星期的日子里,可以說得是苦多于甜,但是可以學到很多很多的的東西,同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識,而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次數電課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的,只有理論知識是遠遠不夠的,只有把所學的理論知識與實踐相結合起來,從理論中得出結論,從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題,可以說得是困難重重,這畢竟第一次做數電課程設計,難免會遇到過各種各樣的問題,同時在設計的過程中發現了自己的不足之處,對以前所學過的知識理解得不夠深刻,掌握得不夠牢固。生活就是這樣,汗水預示著結果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過實習,我才真正領略到"艱苦奮斗"這一詞的真正含義,我才意識到老一輩電子設計為我們的社會付出。我想說,設計確實有些辛苦,但苦中也有樂,在如今單一的理論學習中,很少有機會能有實踐的機會,但我們可以,而且設計也是一個團隊的任務,一起的工作可以讓我們有說有笑,相互幫助,配合默契,多少人間歡樂在這里灑下,大學里一年的相處還趕不上這十來天的合作,我感覺我和同學們之間的距離更加近了；我想說,確實很累,但當我們看到自己所做的成果時,心中也不免產