数字电子基础课程设计——数字体温计(温度计)

武汉理工大学《数字电子电路》课程设计说明书——————————————————————————————————————————————课程设计任务书学生姓名：专业班级：电信..班指导教师：刘运苟工作单位：信息工程学院题目：16数字体温计初始条件：具备数字电子电路的理论知识；具备数字电路基本电路的设计能力；具备数字电路的基本调试手段；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、3位LED显示；2、检测温度0—45摄氏度；3、绝对误差0.1度；4、安装调试并完成符合学校要求的设计说明书；5、设计电源；6、焊接：采用实验板完成，不得使用面包板。时间安排：第十九周一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试指导教师签名：2013年5月30日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《数字电子电路》课程设计说明书——————————————————————————————————————————————摘要本次课设题目是数字温度计电路，本说明书围绕数字电子技术基础中模数转换电路、相应芯片的管脚功能，以及模电中的电压比较器进行了简要的分析，为设计建立了理论基础。其次，从实验设计电路出发，对仿真的过程及结果进行了简述与分析，与实验要求进行比对，最后进行了实物的制作与调试，给出了相应的焊接工艺，结果分析，材料列表。并在报告书的结尾部分，给出了本次课程设计的心得感受，相应的总结体会。关键词：模数转换、proteus仿真、电压比较器、温度传感器武汉理工大学《数字电子电路》课程设计说明书——————————————————————————————————————————————AbstractsInthisdesign，Iwasaskedtodesignadevicethatcandetectthetemperature.Thereportmainlydescribesthebasicknowledgesaboutthetheoreticaltreatmentandthethoughtofthedesign.Also,weusedtheproteustosimulatetherealpart.Thereportgivestheanalysis,thephotosoftheresults,thefinishedproduct,andthecomparebetweenthetheoryandrealism.Attheendofthereport,IgivesomepersonalfeelingandtheexperienceIgotinthesedays.Keywords:voltagecomparatorproteusDigitalAnalogConverter武汉理工大学《数字电子电路》课程设计说明书——————————————————————————————————————————————目录1.概论1.1设计目的及意义................................................11.2设计任务及要求................................错误!未定义书签。2.总体方案的选择与论证..............................错误!未定义书签。2.1温度采集模块的方案及选择......................................12.2信号转换模块的方案及选择......................................12.3显示模块的方案及选择..........................................13.电路设计.........................................错误!未定义书签。3.1直流稳压电源的设计............................................13.2温度采集模块的电路设计及原理..................................13.3信号转换模块的电路设计及原理.................................103.4显示模块的电路设计及原理.....................................103.5电路中参数的设置.............................................113.6总电路图.....................................................114.电路仿真及分析...................................错误!未定义书签。5.电路的安装与调试................................................146.误差分析.........................................错误!未定义书签。7.实物展示........................................................168.总结.............................................错误!未定义书签。9.参考文献........................................................19武汉理工大学《数字电子电路》课程设计说明书——————————————————————————————————————————————11.概论1.1设计目的及意义1.巩固数电知识的学习，熟练分立元件的实际应用；2.进一步巩固简熟悉数字体温计的电路结构及电路原理；3.掌握proteus的使用方法；4.学会用简单的元器件及芯片制作简单的数字体温计，增强动手能力；5.学会调试电路并根据结果分析影响实验结果的各种可能的因素。1.2设计任务及要求1.2.1设计任务利用所学知识，自选相关电子器件，设计一个数字体温计。1.2.2要求1、3位LED显示；2、检测温度0—45摄氏度；3、绝对误差0.1度；4、安装调试并完成符合学校要求的设计说明书；5、设计电源；6、焊接：采用实验板完成，不得使用面包板。武汉理工大学《数字电子电路》课程设计说明书——————————————————————————————————————————————22.总体方案的选择与论证分析本次课程设计的相关要求，总体上，本次设计可分为以下几个部分：温度采集电路、模数转换电路、电压比较电路、发光二级管报警电路。具体方框图如图1。2.1温度采集模块的设计与论证温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。方案一：采用二极管做温度传感器晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度而变化的。例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1℃时，下降-2mV，利用这种特性，一般可以直接采用二极管（如玻璃封装的开关二极管1N4148）或采用硅三极管（可将集电极和基极短接）接成二极管来做PN结温度传感器。这种传感器有较好的线性，尺寸小，其热时间常数为0.2—2秒，灵敏度高。测温范围为-50—+150℃。典型的温度曲线如图1所示。同型号的二极管或三极管特性不完全相同，因此它们的互换性较差。方案二：用可编程器件DS18B20做温度传感器DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。温度采集电路电压比较电路发光二级管报警电路模数转换电路数码管显示电路图1电路原理框图武汉理工大学《数字电子电路》课程设计说明书——————————————————————————————————————————————3DS18B20产品的特点（1）、只要求一个端口即可实现通信。（2）、在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。（3）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。（4）、测量温度范围在－55。C到＋125。C之间。（5）、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。（6）、内部有温度上、下限告警设置。但是18B20需要单片机软件控制，与本次设计要求不符。方案三：用LM35做温度传感器LM35是一种得到广泛使用的温度传感器。由于它采用内部补偿，所以输出可以从0℃开始。在上述电压范围以内，芯片从电源吸收的电流几乎是不变的（约50μA），所以芯片自身几乎没有散热的问题。这么小的电流也使得该芯片在某些应用中特别适合，比如在电池供电的场合中，输出可以由第三个引脚取出，根本无需校准。在使用单一电源时，LM35的一个缺点是无法指示低至零度的温度。据称利用LM35可测出20mV的电压，这一值相当于2℃（一些情况下甚至可测出0～2mV的电压！），但要指示零度或更低的温度时，最好还是再提供一个负电源和一只下拉电阻。通过比较和对本次设计要求的的考虑，决定采用方案三以LM35作温度传感器。2.2信号转换模块的设计与方案选择数字电子计算机所处理和传送的都是不连续的数字信号，而实际中遇到的大都是连续变化的模拟量，模拟量经传感器转换成电信号的模拟量后，需经模/数转换变成数字信号才可输入到数字系统中进行处理和控制，因而作为把模拟电量转换成数字量输出的接口电路-A/D转换器是现实世界中模拟信号向数字信号的桥梁，是电子技术发展的关键和瓶所在。方案一：用可编程器件A/D做转换器如果利用ADC0801进行一次A/D转换，其工作过程为：先由外电路给片选端武汉理工大学《数字电子电路》课程设计说明书——————————————————————————————————————————————4输入一个低电平，选中此芯片使之进入工作状态，此时输出为高电平，表示转换没有完成，芯片输出为高阻态。和为高电平时芯片不工作。当外电路给端输入一个低电平时启动芯片，正式开始A/D转换。转换完成后，输出为低电平，允许外电路取走～数据，此时外电路使和为高电平，A/D转换停止。外电路取走～数据后，使为低电平，表示数据已取走。若要再进行一次A/D转换，则重复上述控制转换过程。图1-2为ADC0801的应用电路图：图2ADC0801的应用接线图方案二：采用ICL7107做转换器ICL7107是高性能，低功耗的三维半A/D转换电路。它包含有段译码器，显示驱动器，参考源和时钟系统。可直接驱动发光二极管（LED）。ICL7107将高精度、通用性很好的结合在一起，有低于10μV的自动效零功能，零漂小于1μV/°C。主要特点：(1)保证零电平输入时，各两量程的读值均为零(2)很低的噪声武汉理工大学《数字电子电路》课程设计说明书——————————————————————————————————————————————5(3)差动输入和差动参考源，直接LED显示驱动(4)不需外接有源电路(5)低功耗通过比较和对本次设计要求的考量，最终决定采用方案二进行设计。2.3显示模块的设计与方案选择通过转换模块对模拟量的转换，使显示模块接收到的是数字量，现实更精确简单。图3液晶显示方案一：采用液晶显示液晶显示器(lcd)是现在非常普遍的显示器。它具有体积小、重量轻、省电、辐射低、易于携带等优点。液晶显示器（lcd）的原理与阴极射线管显示器（crt）大不相同。lcd是基于液晶电光效应的显示器件。包括段显示方式的字符段显示器件；矩阵显示方式的字符、图形、图像显示器件；矩阵显示方式的大屏幕液晶投影电视液晶屏等。液晶显示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通电时导通，使液晶排列变得有秩序，使光