数字式温度计课程设计报告

数字式温度计终期报告电子线路课程设计终期报告数字式温度计设计一、方案设计1、 系统组成框图：2、 系统各模块电路图及原理：温度传感器 温度传感器采用LM35D温度传感器，其管脚图和输出特性图如图所示：用最小二乘法拟合得到关系式U=7.05+10.02t，即其灵敏度为10.02mV/信号放大处理电路为了使测量精度更高，需要对对LM35D输出信号进行校准处理，电路图如下：A/D转换器A/D转换器采用MC14433，其连接方式如图所示：其中，MC14433的各引脚说明如下：1、 Pin1（VAG）模拟地，为高科技阻输入端，被测电压和基准电压的接入地。2、 Pin2（VR）基准电压，此引脚为外接基准电压的输入端。MC14433只要一个正基准电压即可测量正、负极性的电压。此外，VR端只要加上一个大于5个时钟周期的负脉冲（VR），就能够复为至转换周期的起始点。3、 Pin3（Vx）被测电压的输入端，MC14433属于双积分型A/D转换器，因而被测电压与基准电压有以下关系：4、 Pin4-Pin6（R1/C1，C1）外接积分元件端。积分电容一般选0.1uF聚脂薄膜电容，在2.000V满量程时，电阻R1约为470k，本设计中需要2.000V的量程，所以选择470k的电阻。5、 Pin7、Pin8（C01、C02）外接失调补偿电容端，电容一般也选0.1uF聚脂薄膜电容即可。6、 Pin9（DU）更新显示控制端，此引脚用来控制转换结果的输出。如果在积分器反向积分周期之前，DU端输入一个正跳变脉冲，该转换周期所得到的结果将被送入输出锁存器，经多路开关选择后输出。否则继续输出上一个转换周期所测量的数据。这个作用可用于保存测量数据，若不需要保存数据而是直接输出测量数据，将DU端与EOC引脚直接短接即可。本设计中不需要保存数据，所以直接将DU端与EOC引脚短接。7、 Pin10、Pin11（CLK1、CLK0）时钟外接元件端，MC14433内置了时钟振荡电路，对时钟频率要求不高的场合，可选择一个电阻即可设定时钟频率，时钟频率为66kHz时，外接电阻取300k即可。8、 Pin12（VEE负电源端。VEE是整个电路的电压最低点，此引脚的电流约为0.8mA，驱动电流并不流经此引脚，故对提供此负电压的电源供给电流要求不高。9、 Pin14（EOC）转换周期结束标志位。每个转换周期结束时，EOC将输出一个正脉冲信号。10、 Pin15（）过量程标志位，当|Vx|VREF时，输出为低电平。本设计中最高温度为100，对应输入电压为1.000V,所以|Vx|一般不会大于VREF。11、 Pin16、17、18、19（DS4、DS3、DS2、DS1）多路选通脉冲输出端。DS1、DS2、DS3和DS4分别对应千位、百位、十位、个位选通信号。当某一位DS信号有效（高电平）时，所对应的数据从Q0、Q1、Q2和Q3输出，两个选通脉冲之间的间隔为2个时钟周期，以保证数据有充分的稳定时间。12、 Pin20、21、22、23（Q0、Q1、Q2、Q3）BCD码数据输出端。该A/D转换器以BCD码的方式输出，通过多路开关分时选通输出个位、十位、百位和千位的BCD数据。13、 Pin24（VDD）正电源电压端。31/2位显示电路 本模块采用CD4511译码器、MC1413驱动器和七段LED数码管，原理图如下：3、 系统整体电路图及原理介绍整个系统的原理图如下：数字式温度计测量原理：首先，LM35D温度传感器将温度信号转化为电信号，根据其输出特性，电信号的范围为0 V-1.000V，电信号经过调校后输出到MC14433 A/D转换器的输入端，因为温度传感器的输出和温度是线性关系，又有公式，所以输出读数和温度也是线性关系，比如0对应度数000.0、26.3对应读数026.3、37对应读数037.0、100对应读数100.0。这个电信号（模拟）进入A/D转换器后变为数字信号从Q0-Q3输出，这时的数字信号为BCD码，经过译码器后输入到数码管显示。但是数码管有四个，而Q0-Q3只能控制一个数码管，那么如何实现四个数码管同时点亮并共同显示温度呢？这个就要靠MC14433 A/D转换器了，不得不说，这是个比较强大的A/D转换器。MC14433的20到23号管脚DS4、DS3、DS2、DS1是多路选通脉冲输出端，例如，当DS1为高电平时，Q0-Q3输出百位的BCD码，而DS1通过MC1413选中百位的数码管，其他数码管的显示同理。在时钟信号的作用下，Q0-Q3轮流输出百、十、个、十分位的BCD码，同时DS1-DS4选中对应位的数码管，又因为其轮流显示的频率很高，所以在人眼看来是四个数码管同时点亮并共同显示温度。2、 调试步骤1、 在万能板上将电路焊好后，用万用表测试有短路、开路等，然后接入电源，先确认各器件有无发热现象，然后观察输出结果。在第一次通电时，数码管全亮，不能正确显示结果，于是我们开始排查原因，最后发现是MC1413的未接入+5V电源。接入后，数码管不显示数字，我猜测是因为基准电压未调，传感器输入电压超过基准电压导致MC14433不能工作。于是我们进入下一步。2、 调节基准电压为2V。这个过程看起来简单，但是在实际操作中却非常麻烦。因为调节基准电压的电位器和基准电压的测试点在电路板的两面，我只好调节一点电位器，就把板子翻过来测基准电压，然后再调节一点电位器如此循环多次，终于将基准电压调为2V。3、 观测结果。电路板能正常工作，显示正常。3、 测试数据及实验结果以商用温度计为标准，对比数据如下： 单位：商用温度计读数202530354045505560数字是温度计读数20.325.530.135.340.545.550.455.360.2657075808565.270.175.080.085.2 数字温度计的数据误差在规定的范围之内，且有较好的线性，可见温度计有着可靠的输出结果。4、 器材清单：器件名称数量单价总价MC1441119.209.20CD451115.405.40MC140313.203.200P0712.502.50LM35D12.802.80MC141316.706.70电位器20.751.50电阻110.100.10电容40.100.10电解电容20.250.507660S14.504.50开关10.500.50USB插口10.500.50二极管10.250.25电源线13.003.00万能板17.507.50数码管12.002.00杜邦线若干4.50导线若干2.40总计58.455、 结论本方案直接采用MC14433译码器将温度传感器的模拟信号转化为数字信号，再将数字信号译码后显示在数码管上。相比基于单片机的温度计，本方案的这种组合逻辑电路的数字温度计具有延时短、误差小等优点。但是在作品中，由于没有在商场上买到31/2的数码管，于是采用4位的数码管，由于没有配套驱动的原因无法显示小数