2022《数字温度计设计》报告书.docx

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1、课程设计报告书课程名称：电子技术综合设计学 院：专 业：班 级：学 号：学生姓名：指导教师：职 称：2022年 月日第一章数字温度计简介第二章系统方案设计1. 1方案的选择2. 2电路设计过程第三章设计中用到的芯片介绍3. 1温度传感器LM353. 1. 1LM35的特性3. 1.2LM35的引脚与封装3. 1. 3LM35的典型运用3. 1.4LM35的使用要点3. 2芯片ICL7101介绍3. 2. 1ICL7107转化器原理3. 2. 2ICL7107的引脚及个引脚功能3. 2. 3ICL7107的典型运用电路3. 3电压比较器LM3934. 4七段数码管第四章电路设计图及电路仿真4.1

2、各模块设计图4. 2电路总设计图5. 3电路的仿真第五章心得体会第六章参考文献摘要数字温度计是一种电子产品，由温感元件来识别温度，既将温度信号转化为 模拟的电信号。再经过数模转换为数字的电信号，最后经编码显示在数码管上， 或者液晶屏上。本文介绍基于LM35与ICL7107制作的数字温度计方法、原理以及电路工 艺、并给出完整的电路。该电路具有高精度，高稳定性，低温漂，低功耗的优点， 且价格低廉，使用方便，是传统的水银温度计，金属温度计的理想替代品，广泛 应用于工业、农业、医疗器械等领域的温度探测。也在本文中详细介绍了各电路 的工作模块及相应的芯片。关键字：温度计 LM35 ICL7107电路模块

3、第一章数字温度计简介数显温度计可以准确的判断和测量温度，以数字显示，而非指针或水银显示。 故称数字温度计或数字温度表。温度数我们日常生产和生活中实时在接触到的物 理量，但是它是看不到的，仅凭感觉只能感觉到大概的温度值，传统的指针式的 温度计虽然能指示温度，但是精度低，使用不够方便，显示不够直观，数字温度 计的出现可以让人们直观的了解自己想知道的温度到底是多少度。数显温度计采 用温度敏感元件也就是温度传感器（如钳电阻，热电偶，半导体，热敏电阻等）将 温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化，温度变化和电信号的变 化有一定的关系，如线性关系，一定的曲线关系等，这个电信号可以使用模数转 换的

4、电路即A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给处理单 元，如单片机或者Pe机等，处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温 度联系起来，成为可以显示出来的温度数值，如25.0摄氏度，然后通过显示单 元，如LED, LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。这样就完成了数字温度 计的基本测温功能。数字温度计采用进口芯片组装精度高、高稳定性，误差W0.5%,内电源、 微功耗、不锈钢外壳，防护坚固，美观精致。采用进口高精度、低温漂、超低功 耗集成电路和宽温型液晶显示器，内置高能量电池连续工作25年无需敷设供电 电缆，是一种精度高、稳定性好、适用性极强的新型现场温度显示仪。是传统现 场指针

5、双金属温度计的理想替代产品，广泛应用于各类工矿企业，大专院校，科 研院所。数字温度计根据使用的传感器的不同，AD转换电路，及处理单元的不 同，它的精度，稳定性，测温范围等都有区别，这就要根据实际情况选择符合规 格的数字温度计。第二章系统方案设计1.1 方案的选择由课程设计要求，可得如下预选方案方案一：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O方案二：采用温度传感器对温度进行采集，采集的电压经过放大电路将信

6、号放大，然 后经过3. 5位A/D转换器转换成数字信号,在进行模拟/数字信号转换的同时，还 可直接驱动LED显示器,将温度显示出来。方案三：采用ICL7107进行模一数转换。通过温度传感器LM35采集到温度信号，通 过使用ICL7107集A/D转换和译码器于一体的功能，直接驱动数码管，省去译码 器的接线。再通过LM393等组成的报警电路来达到超温报警的效果。根据电路的简易性与可实行性（比如电路线路多而繁杂，MC14433等芯片在 元件库中缺少等），选用方案三。用温度传感器LM35与集A/D转换和译码器于 一体的ICL7107和电压比较器LM393来设计电路。2. 2电路设计过程系统大致框图如图

7、2.2.1所示显示模块 （数码管）图2. 2.1系统设计大致框图根据系统大致框图，总共可以分为五个模块。对相应的模块进行相应的电路, 设计，找出相应的元器件，最后组成一个完整的数字温度计。温度产生模块即利用温度传感器就是将温度信号反映到电信号上去，可以用 热敏电阻及一些热传感器来实现，由于热敏电阻的阻值与温度不成线性关系，所 以这里主要是用温度传感器将温度信号线性地反映到电压上来实现温度取样，测 量温度信号为模拟量。数模转换模块可以由三极管放大或是用集成运算放大器将 取样的温度信号放大，然后用利用A/D转换器进行转换。A/D转换主要的任务是 对模拟电信号进行分析，将其信号转换成数字信号。显示模

8、块可以用各种类型的 七段LED显示。这里根据要求，选了 4位LED数码管显示。电压比较模块用一些 电压比较器LM393进行搭建电路。报警模块可以选用一些LED灯、蜂鸣器灯等实 现温度超标时的报警电路。第三章设计中用到的芯片介绍2.1 温度传感器LM35在此次课设中，采用的温度传感器为LM35, LM35系列是精密集成电路温度 传感器，其输出的电压线性地与摄氏温度成正比。因此，LM35比按绝对温标校 准的线性温度传感器优越感得多。LM35系列传感器生产制作时已经过校准，输出 电压与摄氏温度对应，使用极为方便。灵敏度为10.0mVC,精度在0.4。C至 0.8（-50至+15OC温度范围内），重复

9、性好，低输出阻抗，线性输出和内部精 密校准使其与读出或控制电路接口简单和方便，可单电源和正负电源工作。2.1.1 LM35的特性1、在摄氏温度下直接校准2、+10.0mVC的线性刻度系数3、确保0. 1的精度（在25C）4、额定温度范围为-50至+150C5、适合于远程应用6、工作电压范围宽,4V至30V7、低功耗,小于60UA8、在静止空气中，自热效应低,小于0.08C的自热9、非线性仅为14C10输出阻抗，通过ImA电流时仅为0.1。2.1.2 LM35的引脚与封装LM35的引脚与封装及类别信息如下图3. 1. 2所示型号封装I作温度范围存放温度LNI35DZTO-92塑封OP 至+100

10、 C60X+150*0LM35CZTO-92塑封7o1c 至+IiOe60Q 至+150*CLM35CAZTO-92增封4o*c 至+oe60X;至+150*CLM35HTO-46金属封-55C 至+150*C-60IC 至+180CLI35AHTO-46金属封-550至+150*060C 至+1801CLM35CHTO-46金属封40C 至+11OC 34脚，基准电容端;35、36脚，基准正负电压端。37脚,测试端。38、39、40脚，产生时钟脉冲的振荡器的引出端，外接R、C元件。3. 2.31 CL7107的典型运用电路如下图3.2.3所示，为ICL7107的典型运用电路图3.2.3ICL

11、7107的典型运用电路3 . 3电压比较器LM393LM393是双电压比较器集成电路，其主要特点为：工作电源电压范围宽，单电源、双 电源均可工作，单电源：236V,双电源:118V；消耗电流小，ICC=O.8mA；输入失 调电压小，Vlo=2mV；共模输入电压范围宽，Vic=0-Vcc-1.5V;输出与TTL, DTL, MOS, CMoS等兼容；输出可以用开路集电极连接“或”门，其管脚排列图如下图331所示。引 脚功能如下图3.3.2所示奇 1SLU1 0-HlnHToo S SOoLYLoSO liLL = LZ CM、 U.0UJQOCD-199.9Vcc5VI OUTB图3.3.1LM

12、393的引脚图引出端序号功能符号引出端序号功能符号I1输出端1OUTl5正向输入端2lN+(2)I2反向输入端1IN-(I)6反向输入端2lN-(2)I3正向输入湍11N+(1)7输出端2OUT24地GND8电源VCC图3.3.2引脚功能4 .4七段数码管图3.4.2七段数码管引脚图在此次课程设计中，所用到的数码管 为七段共阳数码管。其引脚图如下COM / X a b, e、f、g及dp （小数点）； 共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com,而每个LED的阳极分别为a、 b、c d e f、g及CIP （小数点），如下图所示。图中的8个LED分别与上面 那个图中的ADP各段相对应，通

13、过控制各个LED的亮灭来显示数字。共阴 军l THAAA 士A B D F F G DFGOOOc O7 6 4 2 I 9 IC . 5图3.4.3共阳极数码管图3.4.4共阴极数码管第四章 电路设计图及电路仿真4.1各模块设计图各模块的设计图如下+5V-5V U1R1100K温度采集模块采用LM35它采用内部补偿，输出可以从 0开始。常温下，不需要额外的校准处理即可达到1/4C 的准确率，工作范围-50C to +150oCo电源供应模式有单 电源与正负双电源两种。图4.1.1温度采集模块CA 图4.1.2A/D转换模块3 LM35A/D转换模块采用ICL72073位半的ADC转换芯片,

14、可以大大降低线性误差，使其小于1个计数。数码显示模块采用4位LED显示，表示符号位，十 位，个位，百位及小数点等。图4.1.3数码显示模块图4.1.4电压比较模块和报警模块4. 2电路总设计图由以上模块得电路总设计图，如下图4.2所示。图4.2电路的总设计图4. 3电路的仿真电路仿真结果如下图4.3.1电路仿真图一由电路仿真图一可以看出，当温度传感器为K)(TC时，数码管显示的温度也为Ioo C, LED警示灯发光，其显示误差为0,符合课程设计任务书要求。且其温度范围也符合课程设 计任务书要求。TOTltr图432电路仿真图二由电路仿真图二的仿真结果可以看出，当温度传感器的温度为一43。时，数

15、码管的且也满足对负温度的要求范围。图4.3.3电路仿真图三显不温度为一42.8 C ,符合精度要求,c? n 暂 ” O QiSSMa 以 8A3n 3 g。a 8AB*F0lMt图4.3.4电路仿真:图四由电路仿真图三和电路仿真图四可以看出，当温度传感器的示数为99。时，数码管 显示99 C, LED指示灯不发光，温度传感器示数为IoO C时，数码管显示IOO C , LED指 示灯发光。则两次仿真得数据均满足精度要求，两次仿真LED的发光情况说明在温度到达 IOO C时，LED会发光预警，而低于IOO C时，LED不会发光，满足设计要求。第五章心得体会在此次课程设计中，进一步巩固了所学的知

16、识，理论和实践方面都有了很大 的提高，更多的是数电方面的知识的理解，很多无法在课堂上理解的抽象理论知 识有了重新的认识，也了解了关于LM35与ICL7107的特性和功能，了解了他们各自的 典型运用电路。本次的数字温度计设计实践将我们学到的知识应用到了实践,深化了我对数字电路设计 和模拟电路的设计,让我们在设计的实践中获得了更多的知识，同时锻炼了我们的动手能力。 学习了理论知识和实践操作，我们不仅仅得到的事课本上的东西，更重要的是我们通过自己 的亲自动手，让我们知道了分析电路、设计电路的步骤以及计算机软件辅助等。在实验中涉 及到了二极管、三端稳压器、电容、锁存器、数码管等的使用，加深了我对模拟电

17、路，数字 电路的理解，同时加深了我对几种元件的使用的认识。一开始不知道如何下手，经过广泛的查阅资料，我找到了很多有用的信息，为我的设计 带来了很多方便。通过这个设计让我得到了很多，很多事情做不做得好是回事，关键是自己 要亲自去实践，亲自动手做，要善于思考总结。我自知这次的设计有很多不足之处，尽管我 很努力，但效果却不是很好，平时很多东西学得也不是很透彻，我觉得做课程设计是一种对 课本知识的升华，有利于实践动手能力的锻炼。第六章参考文献1彭介华.电子技术课程设计指导口亿北京：高等教育出版社.20062电子技术基础一模拟部分.第五版.北京：高等教育出版社，20063电子技术基础一数字部分M.第五版.北京：高等教育出版社，20064贾更新.电子技术基础实验设计与仿真M.郑州：郑州大学出版社，2006, 105朱清慧等.ProteUS教程一电子线路设计、制版与仿真M.北京：清华大学出版 社,20086周新民.工程实践与训练教程IxI.武汉：武汉理工大学出版社，20097吴正光，郑颜.电子技术实验仿真与实践M.北京：科学出版社，20088陈大钦，罗杰.电子技术基础实验M.北京：高等教育出版社，2008