数字温度计设计.docx

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数字温度计设计

Documentserialnumber【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】

数字温度计设计

数字温度计

摘要：

温度计在实际生产和人们的生活中都有广泛应用。

该设计是数字温度计，首先是对总体方案的选择和设计；然后通过控制LM35进行温度采集；将温度的变化转为电压的变化，其次设计电压电路，将变化的电压量通过放大系统转化为所需要的电压；再通过TC7107将模拟的电压转化为数字量后直接驱动数码管LED对实时温度进行动态显示。

最后在Proteus仿真软件中构建了数字温度计仿真电路图，仿真结果表明：

在温度变化时，可以通过电压的变化形式传递，最终通过3位十进制数显示出来。

关键词：

温度计；电路设计；仿真

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1

2方案设计与论证1

3单元电路的设计及仿真2

传感器2

放大系统2

A/D转换器及数字显示4

4总电路设计及其仿真调试过程6

总电路设计6

仿真结果及其分析711

1设计任务与要求

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）测量精度度。

（3）3位LED数码管显示。

掌握线性系统的根轨迹、时域和频域分析与计算方法；

（2）掌握线性系统的超前、滞后、滞后-超前、一二阶最佳参数、PID等校正方法；

（3）掌握MATLAB线性系统性能分析、校正设计与检验的基本方法。

2方案设计与论证

数字温度计的原理是：

通过控制传感器进行温度采集，将温度的变化转化为电压的变化；然后设计电压电路，将变化的电压通过放大系统转化为需要的电压；再通过A/D转换器将模拟的电压转换为数字量后驱动数码管对实时温度进行动态显示。

原理框图如图2-1所示：

图2-1数字温度计原理框图

由设计任务与要求可知道，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，比如用温敏晶体管构成的集成温度传感器或热敏电阻等；放大系统可以由集成运放组成或反相比例运算放大器；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ICL7107，ICL7106，MC14433等；显示部分用3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MC14433（A/D转换器）进行数模转换和数字显示。

方案二：

用集成温度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ICL7107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31/2位双积分型A/D转换器ICL7107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转换和数码显示。

因此选用方案二。

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，Multisim是最常用的仿真软件。

首次选用Multisim进行仿真，可是在Multisim里始终找不到需要的仿真模型，最后选用Proteus进行仿真。

到了Proteus仿真软件里，很多元器件还是没有仿真模型，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TC7107取代了ICL7107等等。

主要参考元器件有：

LM35，LM324，TC7107，电阻及电容若干。

3单元电路的设计及仿真 

温度传感器 

集成温度传感器是将温敏晶体管及其辅助电路集成在同一芯片上的集成化温度传感器，这种传感器最大优点是：

直接给出正比于热力学温度的理想的线性输出，另外体积小，成本低廉。

因此，它是现代半导件温度传感器的主要发展方向之一。

目前，已广泛应用于-55～150℃温度范围内的温度监测、控制和补偿的许多场合。

由于本设计要求，测温范围为0～100℃，故此集成温度传感器满足要求。

放大系统 

放大系统是把温度传感器输出的弱信号放大，将每一摄氏度对应的电压以整数输出，可以利用集成运放LM324组成两个反相比例放大电路，由于温度传感器输出的电压与温度的线性关系为10mv/℃，即温度每升高1℃电压升高10mv,因此可以使得电压通过反相比例运算电路放大10倍，即1℃对应电压为100mv。

（1）反相运算器电路结构：

图3-1反相运算放大器的电路结构图

如图3-1所示，该图为反相运算放大器的电路结构图。

图中的

R1：

输入电阻

Rf：

反馈电阻，引入电压并联负反馈

R2：

平衡电阻，要求R2=R1

度计为0℃，如下图所示：

图4-2温度计为0℃时

如图4-2所示，当温度传感器温度为0℃时，放大输出电压为0v，数码显示部分为0℃，故该数字温度计电路设计成功。

2.温度计为36℃，如下图所示：

图4-3温度为36℃时

如图4-3所示，当温度传感器温度为36℃时，放大输出电压为，数码显示部分为℃，仿真与理论存在微小误差（在可允许范围类），故该数字温度计电路设计成功。

3.温度计为100℃，如下图所示：

图4-4温度为100℃时

如图4-4所示，当温度传感器温度为100℃时，放大输出电压为10v，数码显示部分为℃，仿真与理论存在微小误差（在可允许范围类），故该数字温度计电路设计成功。

5结论与心得

温度计广泛应用于实际生产和人们的生活中。

该设计是数字温度计，首先是对总体方案的选择和设计；然后通过控制LM35进行温度采集，将温度的变化转为电压的变化；其次设计电压电路，将变化的电压量通过放大系统转化为所需要的电压，调试时，发现放大电路的放大倍数不正确，为倍，经检查电路发现，反馈电阻和平衡电阻阻值不正确，由图3-1运算放大器的电路结构、电压放大系数和平衡电阻的要求修改其阻值，得出放大倍数正确为10倍（有微小误差）；再通过TC7107将模拟的电压转化为数字量后直接驱动数码管LED对实时温度进行动态显示；最后通过对各个可以仿真的电路图在Proteus软件上进行必要的仿真和调试，对一些电阻和电容的参数进行适当的修改，在Proteus仿真软件中构建了数字温度计仿真电路图，仿真结果表明：

在温度变化时，可以通过电压的变化形式传递，最终通过3位十进制数显示出来。

总电路图基本上能够实现理论上的实践。

有些理论可能不是很完善，但与传统的温度计相比该数字温度计具有示数直观，精度高，测量范围广，功能易扩展等优点。

本设计在实现温度变化时，通过电压的变化形式传递，最终通过3位十进制数显示出来。

在温度测量电路中，实现的温度变化率达到了10mv/℃。

测量范围在0～100℃，测量精度为度，基本符合设计要求。

通过这次课程设计，我感到我的数字电路、模拟电路以及电子技术实验等基础知识并不十分扎实，更没有完全的融会贯通，故在设计时有时会漏掉一些细节问题，比如：

由于模电部分不是很清晰，导致连接运算放大器的时候，遇到很大的阻力。

但在查阅了大量的资料和请教老师后，很快将问题解决了，终于完成了任务。

并且让我对这些内容所包含的知识要点有了深刻的理解。

可见通过实际的动手操作，能够更好的掌握所学的知识。

所以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，增强自己的实践能力。

总之，在这次课程设计的过程中，我学习到了许多的知识，发现了许多问题，增强了我分析问题和解决问题的能力，提高了我们设计的综合能力，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。

这次课程设计令我受益匪浅，为我以后的学习和工作奠定了基础。

今后我会更加努力学习知识，吸取更多的经验教训，把理论和实际更融洽的结合起来，设计出更好的作品，越来越成功。

6参考文献

[1]韩焱.数字电子技术基础[M].电子工业出版社（第2版）.2014

[2]童诗白,华成英.模拟数字电子技术基础[M].高等教育出版社（第4版）.2006

[3]彭介华.电子技术课程设计指导[M].高教出版社（第1版）.1997

[4]童敏明.传感器原理与检测技术[M].机械工业出版社（第1版）.2015

[5]胡启明.Proteus从入门到精通100例[M].电子工业出版社（第1版）.2012