电子技术基础数字温度计课程设计.docx

电子技术基础数字温度计课程设计.docx

《电子技术基础数字温度计课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子技术基础数字温度计课程设计.docx（15页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

电子技术基础数字温度计课程设计

课程设计（论文）

题目名称数字温度计

课程名称电子技术课程设计

学生姓名屈鹏

学号1141201112

系、专业电气工程系电气工程及其自动化

指导教师李海娜

2013年12月17日

邵阳学院课程设计（论文）任务书

年级专业

11级电气工程及其自动化

学生姓名

屈鹏

学号

1141201112

题目名称

数字温度计设计

设计时间

2013.12.9—

2013.12.20

课程名称

电子技术课程设计

课程编号

121202306

设计地点

电工电子实验室408、409

一、课程设计（论文）目的

电子技术课程设计是电气工程及自动化专业的一个重要的实践性教学环节，是对已学模拟电子技术、数字电子技术知识的综合性训练，这种训练是通过学生独立进行某一课题的设计、安装和调试来完成，着重培养学生工程实践的动手能力、创新能力和进行综合设计的能力，并要求能设计出完整的电路或产品，从而为以后从事电子电路设计、研制电子产品奠定坚实的基础。

二、已知技术参数和条件

用中小规模集成芯片设计并制作一数字式温度计，具体要求如下：

1、温度范围0-100度。

2、测量精度0.2度。

3、三位LED数码管显示温度。

三、任务和要求

1.按学校规定的格式编写设计论文。

2.论文主要内容有：

①课题名称。

②设计任务和要求。

③方案选择与论证。

④方案的原理框图，系统电路图，以及运行说明；单元电路设计与计算说明；元器件选择和电路参数计算的说明等。

⑤必须用proteus或其它仿真软件对设计电路仿真调试。

对调试中出现的问题进行分析，并说明解决的措施；测试、记录、整理与结果分析。

⑥收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。

注：

1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；

2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。

四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）

胡宴如主编.《模拟电子技术基础》.高等教育出版社.2011年

张克农主编.《数字电子技术》.高教出版社出版.第一版.2010年

彭介华主编.《电子技术课程设计指导》.高教出版社出版.第一版.2002年

《电子电工实验指导书》

电子电工实验室可以提供的主要仪器设备：

示波器　型号规格VP-5220、电子学习机　型号规格WL-V、万用表　MF10；以及分立元件、或中规模集成芯片。

五、进度安排

2013年12月9日-10日：

收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务和要求；

2013年12月11日：

总体方案设计，方案比较，选定方案；

2013年12月12日-15日：

单元电路设计，参数计算，元器件选择，整体电路图；

2013年12月16日-17日：

系统仿真调试改进；

2013年12月18日-19日：

整理撰写设计论文；

2013年12月20日：

答辩

六、教研室审批意见

设计目的明确，要求合理，难度适中，符合课程设计教学要求。

教研室主任（签字）：

2013年11月20日

七、主管教学主任意见

符合课程设计要求

主管主任（签字）：

2013年11月20日

八、备注

指导教师（签字）：

学生（签字）：

邵阳学院课程设计（论文）评阅表

学生姓名屈鹏学号1141201112

系电气工程系专业班级11电本二班

题目名称数字温度计课程名称电子技术课程设计

一、学生自我总结

不知不觉经过额一个星期的课程设计，我感想颇多，这让我明白了实践的重要性。

理论知识固然重要，但只有将理论知识投入到实践中去检验，才能体现出理论知识的价值。

与此同时我还明白了团队合作的重要性，仅仅靠一个人的力量是远远不够的，只有在一个团队的共同努力下，才能最终走向成功。

这次课程设计，带给我很多的教训，但更多的是经验，我相信我会更上一层，课程设计里面还存在着很多的纰漏，还望老师给予批评和建议，不甚感谢。

学生签名：

2013年月日

二、指导教师评定

评分项目

平时成绩

论文

答辩

综合成绩

权重

30

40

30

单项成绩

指导教师评语：

指导教师（签名）：

年月日

注：

1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；

2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。

摘要

为了满足科研、特殊环境和工作场合的需求设计一款数字温度计来保证快速、精准的检测。

设计方法通过温度传感器LM35。

这是一种精度高、测量范围广的温度传感器来实现温度的检测。

将温度的变化转为电压的变化，然后设计电压电路，将变化的电压量转化为合适的电压。

再将模拟的电压转化为数字量。

这是通过芯片TC7107直接驱动数码管，因此讲数字量可直接传输到数码管及LED显示该温度。

关键字：

温度传感器LM35；LED；芯片TC7107

目录

摘要.....................................................І

1设计任务与要求..........................................1

1.1设计任务.............................................1

1.2设计要求..............................................1

1.3系统功能描述..........................................1

2系统总体设计..........................................2

2.1总体方案设计..........................................2

2.2系统原理框图及电路图.................................2

3系统详细设计..........................................3

3.1传感器及其应用电路....................................3

3.2A/D转换电路..........................................4

4系统实现与测试.........................................7

4.1系统功能及测试指标....................................7

4.2安装调试过程..........................................7

4.3设计测试中出现的问题及解决办法........................7

5课程设计总结...........................................9

参考文献.................................................10

绪论

电子技术课程设计是在低频电子线路、数字电子技术课程之后，安排的实践性教学环节。

它是高等学校电子信息专业类的学生必须进行的一种综合性训练。

其目的是学生运用所学的知识，动脑又动手，在教师指导下，结合某一专题独立地开展电子电路的设计与实验，更好地将理论和实际课题相结合，培养学生的综合应用能力，培养创新意识和提高学生的综合素质。

提高对设计课题的分析能力、解决实际问题的综合能力、动手能力。

电子技术课程实际的任务是让学生设计、组装并调试一个简单的电子电路装置。

需要学生综合运用“电子技术”课程的知识，通过调查研究、查阅资料、方案论证与选定；设计和选取电路及元器件；组装和调试电路，测试指标及分析讨论，完成设计任务。

1设计任务与要求

1.1设计要求

温度计是工农业生产及科学研究中最常用的测量仪表。

本课题要求用中小规模集成芯片设计并制作一数字式温度计，即用数字显示被测温度。

具体要求如下：

1）测量范围0～100度。

2）测量精度0.2度。

3）3位LED数码管显示。

本设计要实现温度变化时，通过电压的变化形式传递，最终通过2位十进制数显示出来。

在温度测量电路中，本设计实现的温度变化率达到了4.2mv/℃。

1.2原理框图

图1.2数字温度计原理框图

1.3主要参考元器件

硅热敏晶体管，LM324，CC7107，电阻及电容若干

2方案设计与论证

由设计和任务要求可知道，本设计实验主要分为四个部分，即传感器、放大系统、模数转换器以及显示部分。

经过分析，传感器可以选择对温度比较敏感的器件，做好是在某参数与温度成线性关系，比如硅热敏晶体管、热敏电阻等；放大系统可以由集成运放组成：

A/D转换器需要选择有LED驱动显示功能的，而可供选择的参考元件有CC7107，CC7117，MC14433等；显示部分用4位LED数码管显示。

方案一：

用一个热敏电阻,通过热敏电阻把温度转化为电压,再得到每一度热敏电阻的电压变化值,用LM324运放做成乘法器,使电压乘以一个比例系数,使一度的变化得到一个整数变化的电压值,然后送入MC14433A/D转换器进行数模转换和数字显示.。

方案二：

用硅热敏晶体管做传感器把温度转化为电压，在把每一度的电压变化值通过LM324集成运放进行放大，使其放大的信号应能满足CC7107数模转换的要求，进行数字显示。

由于MC14433模数转换器的显示部分需要驱动器CD4511，基准电压又需要一个MC1403，也就是需要外接的电路和元件相对复杂和麻烦。

而3又2分之1位双积分A/D转换器CC7107是CMOS大规模集成电路芯片，其片内已经集成了模拟电路部分和数字电路部分，所以只要外接少量元件就成了模拟电路和数字电路部分，所以只要外接少量元件就可实现A/D转换。

因此选用方案二。

3系统总体设计

3.1总体方案设计

根据图1.1所示为数字温度计的原理框图。

其工作原理是将被测的温度信号通过传感器转换成温度变化的电压信号，此电压信号经过放大电路后，通过模-数转换器把模拟量转变成数字量，最后将数字量送显示电路，用4位LED数码管显示。

3.2系统原理框图及电路图

图3.1整体连接图

4系统详细设计

4.1传感器及其应用电路

传感器是能感受（或响应）规定的被测物理量，并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。

传感器通常直接由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件及相应的电子电路所组成。

本设计中需将温度信号转变成电压信号，所以采用温度传感器。

温度传感器的数量在各种传感器中占据首位，其种类最多，应用最广，发展最快。

最常用的有热电阻和热电偶两大类产品。

其中由于集成温度传感器具有：

不需要任何温度参考点；线性非常好，非线性误差小于；抗干扰能力强；应用简单、方便等优点，而使其应用范围不断扩大，且新品种大量涌现。

根据本课题的任务指标要求和器件的性价比，选用LM35系列精密集成温度传感器。

LM35系列是三端电压输出的精密集成温度传感器，输出电压与摄氏温度线性成比例，消耗电流最大也只有70uA,自身发热对测量精度的影响也只在0.1℃以内。

一些参数如下：

工作电压：

直流4～30V；

•工作电流：

小于133μA

•输出电压：

+6V～-1.0V

•输出阻抗：

1mA负载时0.1Ω；

•精度：

0.1℃精度（在+25℃时）；

•漏泄电流：

小于60μA；

•非线性值：

±1/4℃；

•校准方式：

直接用摄氏温度校准；

•封装：

密封TO-46晶体管封装或塑料TO-92晶体管封装；

利用LM35及适当电阻可以组成双电源供电的测温电路，将量程范围内的温度值线性地转换为对应的电压值，输出电压Vo=100mV/℃*t（t为测量温度值），电路如图4.1所示。

图4.1LM35测温电路

4.2A/D转换电路

本设计选用集成A/D转换器TC7107

输入电压可调，含内部时钟发生器。

它的引脚功能及使用如下：

TC7107引脚功能介绍：

（1）V+与V+：

分别为电源的正极和负极。

（2）A3～G3，A2～G2，A1～G1：

分别为个位、十位、百位

驱动信号，依次接个位、十位、百位LED显示器的相应笔画电极。

（3）AB4：

千位驱动信号，接千位LEO显示器的相应的笔画电极。

（4）OSC1～OSC3：

时钟振荡器的引出端，外接阻容或石英晶体组成的振荡器。

（5）ACOM：

模拟信号公共端，简称“模拟地”，使用时一般与输入信号的端以及基准电压的负极相连。

（6）TEST：

测试端，该端经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地，故也称“逻辑地”或“数字地”。

（7）VREF+与VREF-：

基准电压正负端。

（8）CREF：

外接基准电容端。

（9）VINT：

是一个积分电容器，必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件

（10）VIN＋和VIN-：

模拟量输入端，分别接输入信号的正端和负端。

（11）CAZ：

积分器和比较器的反向输入端，接自动调零电容CAZ。

如果应用在200mV满刻度的场合是使用0.47μF，而2V满刻度是0.047μF。

（12）VBUUF：

缓冲放大器输出端，接积分电阻Rrint。

其输出级的无功电流是100μA，而缓冲器与积分器能够供给20μA的驱动电流，从此脚接一个Rrint至积分电容器，其值在满刻度200mV时选用47K，而2V满刻度则使用470K。

图4.2芯片TC7107引脚接线

5系统实现与测试

5.1系统功能及测试指标

1.由LM35组成的温测电路中要求随温度的变化输出电压也跟着变化，并测试变化系数。

2.运算放大电路中需检测输入电压和一级放大输出电压及二级放大输出电压的比例关系，看是否符合放大倍数要求。

5.2安装调试过程

1.根据设计任务，本系统由四部分组成，按照要求设计各部分电路。

2.按照电路图在Proteus仿真软件上绘出原理图。

3.逐级检查完善，逐级调试。

4.改变温度传感器的温度，观察线性输出变化的温度信号电压（即放大电路输出电压）。

5.测试零电压。

输入电压VI和VAG短接，仪表读数应为“0000”。

6.用示波器观察ADC0804第11脚的时钟脉冲频率CLK0的波形应有时钟脉冲输出，观察第6脚C1的输出，应为具有最大摆幅且不失真的锯齿波形，否则应调整积分电阻R1的值。

7.改变温度，检查控制是否符合要求，LED显示是否正确。

5.3设计测试中出现的问题及解决办法

Q1.元器件的变换使用

设计初稿中的元器件大多是通过参考书和网上的资料定下来的，可是到了Proteus仿真软件里，很多元器件都没有仿真模型，只能折中选用仿真模型里有的。

比如放大电路由LM324取代了LM741,A/D转换器由ADC0804取代了MC14433，译码电路由74LS48取代了CC4511，等等。

Q2.温度变化即放大电路的Vi变化时放大电路的Vo总保持5V不变

检查电路，发现LM324的外接电源使用的是正负5V，这样也许是因为Vi经过5倍的放大后超出了5V的范围，于是把LM324的外接电源改为正负12V。

仿真运行时Vo依然是5V！

由此可见外接电源的值不是所有的问题。

接下来试着把原先使用的POWER型电源改为DC直流电源，仿真结果显示放大电路整体放大5倍。

终于找到了症结所在。

图5.1仿真结果图

6课程设计总结

通过一个多星期的课程设计，从选题到查资料，从完善原理图到写报告文档，让我明白了课程设计是名副其实的综合性训练，不仅要运用学过的数字电路、模拟电路以及电子技术实验等知识，还要学会查阅各种图书资料和工具书，并将新知识和所学的结合起来为自己所用。

学会了使用Proteus仿真软件，加强了工程绘图的能力，也提高了动手能力。

在设计中遇到一些困难和问题，在向老师请教和与同学的讨论中，解决了问题，觉得很有收获。

在整个课程设计的过程中让我意识到耐心、毅力和细心是做好一件事的必须品质，经过了一个星期的课程设计，我感想颇多。

这篇关于温度测量仪的课程设计说明书，终于圆满完成了。

期间，方便的网络给我提供大量的书本上所没有资料。

通过自己亲手设计，增加了对这门学科的兴趣，而且，由于之前的有关内容学的不是很扎实，导致刚动手的时候，遇到很大的阻力。

但在查阅了大量的资料后，这些内容所包含的知识点要比让我有了深刻的理解。

可见通过实际的动手操作，能够更好的掌握所学的知识。

这让我明白了实践的重要性。

理论知识固然重要，但只有将理论投入到实践中去检验，才能体现出理论的价值。

电路元件只有焊接到电路板上，才能发挥其真正的作用，单纯的研究理论知识，而不去动手实践，我们就不能全面发展，就不能成为真正对社会有意义的人。

最后，我还明白了团队合作的重要性。

单纯靠一个人的力量是无法完成的。

只有在一个团队的共同努力下，才能最终走向成功。

这次课程设计，带给我很多的教训，但更多的是经验，我相信我会越来越成熟。

参考文献

[1]张克农主编.《数字电子技术》.高教出版社出版.第一版.2006年

[2]彭介华主编.《电子技术课程设计指导》.高教出版社出版.第一版.2002年

[3]曾建唐主编.《电工电子基础实践教程》.机械工业出版社.2002年

[4]康光华主编.《电子技术基础》.高教出版社出版.第四版.1999年