电子技术课程设计报告docx.docx

电子技术课程设计报告一、实验名称数字温度计二、实验目的在学生学习了电子技术的理论基础知识之后，让学生在实际操作中熟悉常用的电子电路元件，掌握基本的常用电路，熟悉电子电路系统设计的一般方法，了解并掌握EDA仿真软件的应用以及常用仪器仪表的使用，培养学生的独立分析问题和解决问题的能力，为以后从事电子系统设计、开发和应用打好基础。三、实验要求采用温度传感器设计一个数字温度计，实时测量环境温度。测量温度采用数码管显示，格式为：XXX.X，其中第一位为符号位，后两位整数温度值和最后一位为小数温度值。基本指标要求：1、测量温度范围：050，测量精度0.5 。 2、超限报警，报警温度可设定，并且能进行数字显示。四、实验仪器及器件ICL7107：A/D转换且驱动数码管 AD590：温度传感器LM324：集成运算放大器数码管：共阳极，4个电位器：1kW，200kW电容若干电阻若干导线若干示波器一个万用表一个直流电源一个五、课题分析及方案论证1、数字温度计的组成数字温度计组成框图如图1 所示，它由温度传感器、AD转换器、数码显示和超限报警等模块组成。温度传感器敏感环境温度，并将温度信号转换为电压信号或电流信号；温度传感器输出的模拟信号经过电压或电流比较器，比较器的输出端接LED灯，可以实现温度超限报警功能；AD转换器将温度传感器输出的模拟信号转换成数字信号；经过转换后的数字信号连接数码管，以数字方式实时显示温度。 图1 数字温度计组成框图日常生活中，温度的测量范围为-3055，精度控制为0.5，因此本项目采用AD590单片集成两端式感温电流源温度传感器、3.5位A/D转换器ICL7107及4个八段数码管设计数字温度计，集成运放使用LM324。ICL7107在进行模拟/数字信号转换的同时，还可直接驱动LED显示器，其内部集成有双积分模数转换器、BCD七段译码器、显示驱动器、时钟和参考源，并具有自动调零和自动转换极性的性能。数码管显示格式为：XXX.X，代表1位符号位，2位整数温度值和1位小数温度值。2、数字温度计电路设计(1) AD590及其构成电压输出电路AD590是半导体结效应式温度传感器，PN结正向压降的温度系数为-2mV/，利用硅热敏晶体管PN结的温度敏感特性测量温度的变化测量温度，其测量温度范围为-50-150。AD590输出电流值(A级)等于绝对温度(开尔文)的度数。使用时一般需要将电流值转换为电压值，转换原理见图2。图中，VCC为激励电压，取值12V；输出电流I0以绝对温度零度-273为基准，温度每升高1，电流值增加1A。温度t对应输出电流I0为：Io t= 273 A + t 1 A/;式中：273A为摄氏零度时输出的电流值；t为测得的摄氏温度。温度t对应输出电压U0为： Uot=2.73+t/100 (V); 图2 AD590电压输出电路原理图AD590构成的电压输出电路如图3 所示，电路具有偏置和增益调节装置功能。为了改善输出电压的性能，电路中采用了电压跟随器，图中运放U3A实现的功能即是电压跟随。由于AD590输出的是绝对温度，而实际显示的是摄氏温度，设计差动放大电路，运放U3B实现的功能即是减法运算。设运放U3B的正相输入端为U2，反相输入端为U1，调整电位器使U1=2.73V，则图6-3输出电压值U与传感器测得的摄氏温度呈线性关系，计算公式为：U=10K10KU2 U1 =t100（V）图3 AD590电压输出电路原理图(2) A/D转换器ICL7107及其外围电路ICL7107是高性能、低功耗的三位半A/D转换电路，包含七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统。可以直接驱动LED数码管，是一块应用非常广泛的集成电路。ICL7107将高精度、通用性和真正的低成本很好地结合在一起，它有低于10V的自动校零功能，零漂小于1V/，低于10pA的输入电流，极性转换误差小于一个字。由ICL7107组成的ADC电路如图4所示，A/D转换的参考电压选择为1V，AD590电压输出电路的模拟量输出经过阻容滤波网络接到ADC的输入端，ADC的输出端与数码管相连，极性输出端接最高位数码管，千位输出接十位显示数码管，百位输出接个位显示数码管，个位输出接小数点后一位显示数码管，实现温度值的模数转换并显示功能。选用数码管进行温度显示 ，不需要进行显示译码，根据 ICL7107的驱动能力选择合适的限流电阻，直接驱动数码共阳极数码管。图4 A/D转换器实现及数码管显示电路(3) 超限报警电路超限报警电路采用比较电路来设计，将AD590电压输出电路的输出信号送到电压比较器进行比较，再将电压比较器的输出连到LED灯上，就可以实现温度的超限报警，并且调节滑动变阻器即可实现报警阈值的人工设定，电路图如图5 所示。我们将阈值设定为上限40，下限为20。图5 超限报警电路六、EDA仿真分析1、仿真环境 Multisim2、仿真结果极其分析(1)温度采集功能电路仿真 根据已经分析的电路原理，搭建EDA仿真电路，其中AD590用298uA恒流恒流源代替（25）。根据理论计算，在此情况下，采集电路部分的输出应为2.5V左右，如图6 中所示，说明在仿真条件下，温度传感器的采集部分电路正确。图6 温度采集功能电路仿真 (2)报警功能电路仿真在报警功能电路的仿真中，首先让仿真的环境温度高于上限温度值，这时报警灯亮，如图7 所示。图7 温度高于上限温度值时的仿真再让仿真的环境温度低于下限温度值，这时报警灯也亮，如图8 所示。图8 温度低于下限温度值时的仿真让仿真的环境温度在下限温度值和上限温度值之间时，报警灯不亮，如图9所示。图9 仿真的环境温度在下限温度值和上限温度值之间七、调试及结果分析根据设计的电路原理图以及仿真电路，我们在实验箱上搭建出了实际电路。从温度采集部分开始搭建，并用万用表测量该部分电路的输出电压是否正确，当这部分电路调试完成后，再继续搭建AD转换部分。经过一系列的发现错误、改正错误的过程后，我们成功搭建出了一个数字温度计的电路，能够完成实验要求中要求的功能。温度计准确测量了室内温度并在数码管上正常显示了出来，室温大约为30.7左右。然后用手加热AD590，数码管上显示的温度随之逐渐升高；放开手之后，数码管上显示的温度又逐渐降低。由于环境的限制，为了使现场测试易于进行，我们调节电位器将报警温度上限值设置为33，下限值设置为31，测试过程中可以发现，在室温下电路报警；用手加热AD590，温度升到高于31时电