温度测量仪报告

电子电路课程设计温度测量仪电子科学与工程学院1电子电路课程设计——温度测量仪摘要：本课程设计中通过数模混合电路实现了测量温度的功能，设计的流程为：首先用温度传感器LM35实现温度采集并输出一定大小的电压，然后利用A/D转换器ADC0809把模拟信号转换成数字信号后送入28C64存储器中，再利用显示电路把转换后的数字信号显示出来，同时设计中还包括了利用比较器来实现温度警报功能的电路。关键字：温度测量28C64ADC转换目录第一章技术指标--------------------1.1系统功能要求--------------------1.2系统结构要求--------------------1.3技术指标------------------------1.4设计条件------------------------第二章整体方案设计----------------2.1数据处理流程分析---------------2.2整体方案-----------------------第三章单元电路设计--------------------3.1温度传感器及其放大电路的设计------3.2A/D转换电路及数字显示电路的设计--电子电路课程设计温度测量仪电子科学与工程学院23.2.1设计思路-----------------------3.2.2数模转换及显示电路--------------3.371KHz方波信号发生器的设计------3.4超限比较报警电路的设计------------3.5整体电路图------------------------第四章测试与调试----------------------4.1数字显示电路的调试----------------4.2存储器和数字显示电路的调试--------4.3信号发生器电路的测试-------------4.4A/D转换电路及数字显示电路的调试---4.5超限比较报警电路的调试--------------第五章设计小结---------------------------5.1设计任务完成情况--------------------5.2问题与改进---------------------------5.3心得体会-----------------------------参考书目bibliography------------------------------------27附录一…………………………………………………………………28附录二…………………………………………………………………29附录三…………………………………………………………………30电子电路课程设计温度测量仪电子科学与工程学院3一、技术指标1.1系统整体功能要求温度测量仪能够测量和显示测量的温度值，当温度超过设定的值后，发出超温的指示或报警。报警温度的设定可根据需要自定。1.2系统结构要求温度测量仪的整体框图如图1所示，其中S1为系统复位按键，S2为报警温度设定。图1：温度测量仪的整体方案1.3电气指标（1）温度测量范围：0℃～99℃（2）显示精度:1℃（3）测温灵敏度：20mV/℃（4）显示采用四位数码管（5）温度报警采用LED发光二极管或蜂鸣器（6）报警温度可以任意设定1.4设计条件（1）电源条件：稳压电源0V～15V可调（2）可供选择的元器件范围如表1所示。电子电路课程设计温度测量仪电子科学与工程学院4表1:器件表二、整体方案设计2.1数据处理流程分析温度测量仪是通过温度传感器对被测对象的温度变化情况进行测量和监视的，传感器输出的不同电流，经电流-电压变化后放大成不同的模拟电压，再经A/D转换，送入数字电压表，将温度数值显示出来。电子电路课程设计温度测量仪电子科学与工程学院5温度传感器的原理方框图如图2所示。图2：温度测量仪的流程方框图温度传感器是温度监测仪的核心部件，它的作用是将温度值转换为电流值。按温度传感器与被测介质的接触方式分为：接触式和非接触式温度传感器两大类。热电阻、热电偶、半导体集成温度传感器都属于接触式温度传感器；红外测温传感器属于非接触式传感器，它通过被测介质的热辐射或热对流达到测温目的。温度传感器的测量范围极广，从零下几百℃到零上几千℃，测温精度又各有不同，要根据测温的具体要求（如测温范围、精度）合理选择合适的温度传感器。集成温度传感器的输出形式分为电压输出型和电流输出型两种，电压输出型的灵敏度一般为10mV/K，温度为0K时的输出电压为0V，温度为25℃时的输出为：2.9815V。电流输出型的灵敏度一般为1μ电子电路课程设计温度测量仪电子科学与工程学院6A/K，25℃时在1KΩ电阻上的输出电压为：298.15mV。2.2整体方案整个系统电路在面包板上实现，其中核心模块为A/D转换部分及数字电压表部分，以下将做较详尽考虑。三、单元电路设计3.1温度传感器及其放大电路的设计LM35主要特性：集成温度传感器LM35具有测温精度高、线性优良、体积小、热容量小、稳定性好、输出电信号大及价格较便宜等优点，LM35灵敏度为10mV/℃,即温度为20℃时，输出电压为：200mV。常温下测温精度为±0.5℃以内，消耗电流最大也只有70μA，自身发热时测量精度的影响在±0.1℃以内。采用+4V以上的单电源供电时，测量温度的影响范围为：2℃～150℃；而采用双电源供电时，测量温度范围为：-55℃～+150℃，电压使用范围为4V～20V。电子电路课程设计温度测量仪电子科学与工程学院73.1.1设计思路因为用户要求测温灵敏度20mV/℃，而LM35的灵敏度为10mV/℃的电压输出型温度传感器，因此传感器温度变换后应有一个同相2倍的电压放大电路，这部分电路可简单地运用运算放大器TL084来实现。②温度变换及其电压放大模块电路图图3：温度变换及电压放大模块图说明：图3中的跟随电路A1是为了避免后续电路对Vt的过多影响而增设的电压跟随器，以保证Vt能真实地反映温度场的正确温度。3.2A/D转换电路及数字显示电路的设计3.2.1设计思路将Vt的模拟电压送入A/D转换器的输入端，转换为二进制码，用该码作为存储器EEPROM的地址信号，将事先预置在存储单元的温度值取出，经译码显示电路将数字显示出来。电子电路课程设计温度测量仪电子科学与工程学院83.2.2数模转换及显示电路一、A/D转换电路及数字显示电路的设计:1、设计思路:将放大电路的输出电压Vt送入A/D转换器的输入端，转换为二进制码。用该码作为存储器EEPROM的地址信号，将事先预置在存储单元的温度值取出，经译码显示电路将数字显示出来。2、模数转换及数字显示电路的数据选取电路：3、A/D转换器详解：A/D转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程通过采样、保持、量化和编码四个步骤完成。本设计中采用ADC0809在同一芯片上设计了一个8位的A/D转换器和8通道模拟开关，因此可以直接输入8个单端的模拟信号。该器件主要性能如下：1采用单+5V电源逐次逼近式A/D转换，工作时钟典型值为640KHz，转换时间约为100μs。2分辨率为8位二进制码，总失调误差：ADC0809为±1LSB。3当用+5V电源供电时，模拟量的输入电平范围0～5V，不需要零点和满度调节。电子电路课程设计温度测量仪电子科学与工程学院94具有8通道闩锁开关控制，可以直接接入8个单端模拟量。5数字量输出采用三态逻辑，输出符合TTL电平。6容易与各种微处理器连接，也可以独立工作。ADC0809的管脚图如下：4、EEPROM28C64简介：模数转换乃数字显示电路除用到ADC0809外，还用到28C64与两片4511.28C64是一个含163=4096个单元的存储器，每个单元8bit，单元地址从0000H——0FFFH。28C64，13地址端输入，4地址端输出，其具体功能表详见数字电路书。本实验将28C64的0000H——0063H分别存储00——99的BCD码。即：0000H→00H0001H→01H0002H→02H....电子电路课程设计温度测量仪电子科学与工程学院100063H→99H5、显示电路：本课题中提供了器件4511，故采用4511来驱动一位数码管。结构如下：6、4511管脚图：3.371KHz方波信号发生器的设计电子电路课程设计温度测量仪电子科学与工程学院11-图5：方波信号发生器使用555定时器构成的多谐振荡器如图5所示，它无需加激励，只要接通电源就可以输出方波。其中Ra=1KΩ,Rb=100KΩ，则若取C=0.0001uF，则kHzTFSST71/1104.1101.010027.056这个频率已经可以满足ADC0809的时钟要求了。3.4超限比较报警电路的设计设计思路设定一个报警温度Tg，将Tg折算成对应的比较电压Vg，即Vg=Tg×20mV/℃。要想使Vt〉Vg时，电路报警，可将两电压通过一个电压比较器后经发光二极管显示是否报警。电子电路课程设计温度测量仪电子科学与工程学院12报警电路发光报警部分：为了实现两个电压之间的比较，设计中使用了两片7485,7485是一个二进制4位数字比较器，通过比较A3——A0与B3——B0得出结果。因为本方案的温度是十进制两位数，所以必须使用两片7485来比较，即8位2进制比较。本方案中报警温度的设定是通过一个八路开关加上八脚的排阻来实现的，通过控制八路开关的通断就可以模拟输出八位二进制数，前四位代表十位上的数字，后四位代表各位上的数字，即可输出00~99。电子电路课程设计温度测量仪电子科学与工程学院13（1）报警电路比较部分：如图，使用了两个7485比较器，分别将28C64取出的数值的地位和高位与预置电路预设的数值的地位和高位进行对比。第一个7485比较的是地位，第二个7485比较的是高位，得出的结果决定了警报的与否。这便是警报电路的比较部分。（2）预设电路：预设电路使用预置一个温度的数值作为警报温度，使得被测温度达到或超过这个数值时触发报警装置（这里就是点亮LED灯）。其主要构成便是2组4位二进制发生器。这里我选用的是排阻接上8位开关的方法来实现数据的产生。要想产生二进制数就要可以人为控制每一个端口上的电压高低，高位即为二进制“1”，低位即为二进制“0”。只需要将8位排阻的电源端接高，它的8位电阻端就会变成高位，再将这8个引脚通过8位开关，再去接地，就可以随意控制这8个端口上的电压是否为低位。具体的做法是，将8为开关的一侧全电子电路课程设计温度测量仪电子科学与工程学院14接地，另一侧则分别与8位排阻的电阻端连接。这时，若开关闭和，对应位置上的电阻端为接地状态，即低电平。反之，若开关打开，对应位置上的电阻端为接高状态，即高电平。具体的电路如图所示：（3）7485详情：要用以上方案就必须使用7485,7485是一个二进制4位数字比较器通过比较A3——A0与B3——B0得出结果。因为本方案的温度是十进制两位数，所以必须使用两片7485来比较，即8位2进制比较。电子电路课程设计温度测量仪电子科学与工程学院157485管脚图：用此电路可直接比较Vt7——Vt0与Vg7——Vg0.（4）选择电路74157：74157是一个A4——A1，B4——B1根据1号管脚电平，选择输出的芯片。本实验中切换当前感应温度与设定温度就是用到此器件，其具体功能见数字电路书相关内容。本实验将28C64输出的I/07——I/00连至两个74157的A4——A1，再将脉冲置数器的两个Q1——Q4连到74157的两个B4——B1端。改变1管脚电平值实现显示切换。A3B3ALBIAEBIAGBIALBOAEBOAGBOA2A1A0B2B1B0U?A_7485A3B3ALBIAEBIAGBIALBOAEBOAGBOA2A1A0B2B1B0U?A_7485电子电路课程设计温度测量仪电子科学与工程学院16超限比较与警报电路如图6所示。图6：超限比较报警电路综合以上部分电路设计，从而最终可得出整体电路图。电子电路课程设计温度测量仪电子科学与工