数显温度计报告

数显温度计设计与制作报告学院电子工程学院班级卓越001012班姓名冉艳伟（00101201）张方林（00101202）数显温度计设计与制作报告一、设计任务设计并制作一台以5V电源供电（可取自于USB插口或手机充电器），具有摄氏度和华氏温度显示功能的数字温度计，量程-20℃~+100℃（或-20℉~+100℉），分辨率0.1℃（或0.1℉）。二、设计方案其原理框图参考图1，工作过程如下：半导体温度传感器LM335输出正比于开氏温度的电压值U1（10mV/K），将电压U1减去2730mV后，得到正比于摄氏温度的电压U2（10mV/℃），再经过U3=1.8U2+320mV的运算后，得到正比于华氏温度的电压U3（10mV/℉）。开关选择U2或U3送入2V数字表头，它具有1mV分辨率，即温度分辨率为0.1℃或0.1℉。最后将数字表头的小数点固定于十位，显示值即为温度值。如果没有2V表头，也可以将输出电压值10:1分压后，送入普通数字万用表的200.0mV档，亦可完成温度值的显示。本实验中的运放使用一片LM335二运放。为了使用方便，本设计采用单5V供电，运放所需的-5V电压利用电荷泵芯片（ICL7660）来提供。考虑到5V电源电压可能不稳定，参与运算所需的2730mV、320mV等固定电压由2.5V基准源芯片（TL431）分压或放大得到。开氏-摄氏-2730mVLM335温度传感器摄氏-华氏x1.8+320mVTL4312.5V基准+5V/-5V变换电路摄氏度华氏度至各运放Vee2V数字表头（或数字万用表）U1=10mV/KU2=10mV/˚CU3=10mV/˚F图1数字温度计原理框图三、设计原理1.设计原理图仿真电路如下：2.原理分析及元件参数计算左上角的运放是一个相减器。R1，R2，R6，R7均取100KΩ大电阻，减小温度传感器内阻的影响。Uo=Ui-2.73v。正下方是一个基准源对外输出2.73v直流信号。Uo=2.5*（1+R3/R4）R3约为940Ω，R4约为10KΩ，得Uo近似为2.73v。右下角的运放是同向相加器。其同相端一个接上一级的信号。一个接0.178（即0.32/1.8）v的直流信号。由同向相加器的输入输出特性得：Uo=（1+R9/R8）*((R10||R13)/(R14+R10||R13))*(Ui1+Ui2)R10=R13=R14=10KΩ,R8=25000Ω,R9约为110000Ω.代入得Uo=1.8（Ui+0.178）=1.8Ui+0.32右上角是分压电路。对2.73分压得到了0.178v。四、仿真结果温度U1U2U3理论值仿真值理论值仿真值理论值仿真值-23℃2.52.5-0.23-0.231-0.094-0.0930℃2.732.730-0.3*0.320.32127℃330.270.2700.8060.807100℃3.733.7311.0012.122.120五、元件清单电阻100kΩ7个30kΩ1个10kΩ1个6.8kΩ1个1kΩ1个510Ω1个470Ω1个电位器2kΩ1个200kΩ1个LM335：半导体温度传感器LM335：通用型二运放2V数显表头（DVM）ICL7660：电荷泵芯片TL431：2.5V基准源开关六、完成制作，电路，正面、背面以及工作中的照片正面：背面：布局图：七、温度测量及误差分析U1U2U3温度值理论实测理论实测理论显示值3050mV320mV318mV896.0mV894.3mV32.0℃31.8℃2950mV220mV217mV716.0mV712.5mV22.0℃21.7℃2986mV256mV254mV780.8mV777.2mV25.6℃25.4℃2962mV232mV234mV737.6mV735.8mV23.2℃23.4℃2977mV247mV246mV764.6mV762.8mV24.7℃24.6℃上表中测量结果存在误差，可能是因为所用运放非理想运放，如存在偏置电流，失调电压等因素，而理论计算是根据理想运放来计算的，导致实验误差。另外实验室提供的元件本身存在误差，如实验室应提供的电阻本身误差5%，也是实验误差产生的一个重要因素。八、总结与体会本次设计与制作已经完成，回想这两周来的电子设计制作经历，感触甚是深刻。通过本次课程设计，使我们对电子设计及制作产生了较为浓厚的兴趣，这不仅加强了自己对理论知识的理解和巩固，还能提高自己的动手能力，可以说受益匪浅。本次设计主要分为四部分：设计、仿真、制作及调试。这四个步骤在整个课程设计过程中起着重要的作用。本次课程设计的任务是：根据老师给出的设计题目的要求选择合适的电路，确定元件参数，对原理图进行电路仿真。在整个设计制作过程中用到了Multisim仿真软件。通过本次仿真，使我们更熟练的运用Multisim进行电路仿真。仿真完成后接下来就是制作了，我们先对电路进行了布局，这使我们后来的引线很方便。焊接时一定要做到细心加耐心，不要急于求成。当然对于一个初学者而言，刚开始焊出来的板子确实谈不上美观，不过当熟练之后，焊出美观的板来就不成什么问题了。最能体现一个人的耐心程度，也最能学到东西的阶段还是在调试过程。在整个过程中既要求熟练掌握设计的原理，懂得运用所学电学的基本理论，还要求善于查错，改错。如果在调试过程中无法达到预期结果，就要从整个设计制作过程中认真分析，细心查找错误，一步一步仔细排查。在找到错误之后，切不可马上放弃这块板子重新做，如果不懂如何做，可以请教在这方面能力较强的同学，尽量做到以较少的改动来改正错误。这样可以节约时间。当调板不成功，尤其是花了很久时间都未能成功的时候，不要急燥，要静下心来分析。我们在调试过程中也遇到了问题，当检查时发现，原来我们用的一根地线是一根漆包线，外层不导电，导致电路部分未接地。在修改之后，终于，一直期盼出现的结果出来了。从这一次制作过程的心得体会当中，我们意识到在以后的设计中还需要做到再细心、再耐心、再专心。回想从制作开始到结束，没有哪一步不是注入了自己的心血，心情就激动不已，此次设计必将让我们的理论水平和实践能力上升到一个新的台阶，同时也让我们认识到实践的重要性。