数字温度计设计

课程设计题目数字温度计设计班级学号姓名日期一、实验任务1模拟电压测量在1655C范围内测量输出直流电压误差小于1。2数字显示温度值，在1655C范围内测量误差小于1。3模拟电压测量在1655C范围内测量输出直流电压误差小于1。二、实验原理简要说明按功能可将其分成三部分1传感器部分将代表温度变化的物理量电阻转换为可供显示的物理量电压。实验中热敏电阻RT用实验平台上的电位器代替。2电压放大和线性校正电路将电阻与温度的非线性特性通过放大和校正电路变为电压随温度线性变化的特性。3模数转换和显示电路将线性校正电路的输出电压信号送至模数转换电路，转换成数字信号，去驱动显示电路，显示出被测温度值。注意模数变换以后显示的数字不再是电压值，而是这个电压所对应的温度值。三、实验设计1，总体方案设计,如图所示即为总体设计情况2，电路设计和仿真分析（1）电阻电压转换电路RT85KR185KR285KU1UA741CD3247651VCC15VVEE15VVDD12VR385KR485KR585KR685KU2UA741CD3247651VDD12VVEE15VVCC15V如图所示为电阻电压转换电路基本模型，其中电阻值待定。显然，我们有1212356463531故最后有对热敏电阻进行分析可以得到我们发现电路表达式中常数项与热敏电阻表达式常数项符号不一致，因此修正第二个放大器的同相输入为12V。记VDE12V，VDD12V。则故取3564630986453241114867仿真时发现输出电压并不随热敏电阻的变化而变化，经分析放大器输出已饱和，因此需要对电压进行线性缩小。考虑到TMAXTR0895,因此取1/10故取35646300986453241114867取最后电路如图所示RT85KVCC12VVCC12VVEE12VVEE12VVDD12VR5139KR61KVDE12VR21KR31KR451K27413247651R1139KR121KR52200部分数据仿真结果RT/K12985613725VO/V1592533454547T/1625334655在误差范围内。（2）线性校正电路图1图2当实验结果与预期结果如上图1所示时，可采用图2所示电路修正。当输入电压在V1与V2之间时，电路增益为1；当输入电压小于V1时电路增益变大；当输入电压大于V2时电路增益也变大。VCC12VVEE12VR910KR10145KR1110KD11N4148D21N4148V116VV255VU37413247651仿真结果RT/K823819812985613725173114VO/V1810845054715925330455547659798T/188516253346556680误差小于1（3）精密检波电路该电路实现取绝对值。R5100KR7100KVCC12VVCC12VVEE12VVEE12VU47413247651R8100KU57413247651R1351KD31N4148R1420KC11NF仿真结果RT/K823819812985613725173114VO/V18208510514156246326451544655795T/188516253346556680误差均小于1（4）模数转换电路U174HC161N_6VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U274HC161N_6VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U374HC161N_6VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U4DCD_HEXU5DCD_HEXVSS5VR110KR220KR340KR480KR5100KR6200KR7400KR8800KVCC12VVEE12VU67413247651R9135KU7B7400NU8A7404NU9A7404NV110HZ5VV21KHZ5VVSS5VVCC12VVEE12VU107413247651R1010KR1110K正常工作其中R8的数值影响着示数与输出电压之间的比值，应调整为恰好10被最好。（5）电压比较电路VCC12VVEE12VU27413247651VCC12VVEE12V11KD11N4148R21KU3A7400NV11KHZ5VU4A7404N3，完整的最终电路原理图以及电路中关键元器件的作用说明。VC12VVE12VR910KR10145KR110KD11N4148D21N4148RT185KVC12VVC12VVE12VVE12VVD12VR5139KR61KVDE12VR121KR31KR5251K27413247651R139KR21KR420V116VV255VU37413247651R510KR710KVC12VVE12VU47413247651R810KVC12VVE12VU57413247651R1351KD31N4148R1420KC11NFVC12VVC12VVE12VVE12VU157413247651U167413247651R251KD41N4148R2627KU17A740NV31KHZ5VU18A7404NU674HC161N_6VQA14QB13QC12QD1RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U774HC161N_6VQA14QB13QC12QD1RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U874HC161N_6VQA14QB13QC12QD1RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U9DCD_HEXU10DCD_HEXVS5VVS5VR1510KR1620KR1740KR180KR1910KR2020KR2140KR280KVC12VVC12VVE12VVE12V23135KU12B740NU13A7404NU14A7404NV110HZ5VU197413247651R2410KR2710K仿真结果RT/K823819812985613725173114示数199616253345546579T/188516253346556680发现在温度小于16时，示数偏小，大于33时，温度也偏小，可以通过调整检波电路或者模数转换电路以达到预期效果。修改后电路图VC12VVE12VR910KR10145KR110KD11N4148D21N4148RT182KVC12VVC12VVE12VVE12VVD12VR5139KR61KVDE12VR121KR31KR5251K27413247651R139KR21KR420V116VV255VU37413247651R510KR710KVC12VVE12VU47413247651R810KVC12VVE12VU57413247651R1351KD31N4148R1420KC11NFVC12VVC12VVE12VVE12VU157413247651U167413247651R251KD41N4148R2627KU17A740NV31KHZ5VU18A7404NU674HC161N_6VQA14QB13QC12QD1RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U774HC161N_6VQA14QB13QC12QD1RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U874HC161N_6VQA14QB13QC12QD1RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U9DCD_HEXU10DCD_HEXVS5VVS5VR1510KR1620KR1740KR180KR1910KR2020KR2140KR280KVC12VVC12VVE12VVE12V23134KU12B740NU13A7404NU14A7404NV110HZ5VU197413247651R2410KR2710K仿真结果RT/K823819812985613725173114示数199616253345556680T/188516253346556680误差均小于1。四、实验结果1，电阻电压转换电路RT/K12985613725示数15792493345755T/1625334655实验结果均在误差范围内。2，线性校正电路RT/K823819812985613725173114T/199616253345556680示数1780834054915824933457551665808实验结果均在误差范围内。3，精密检波电路RT/K823819812985613725173114T/199616253345556680示数18050841054915824932945555665807实验结果均在误差范围内。4，最终结果RT/K823819812985613725173114示数189616253345556680T/188516253346556680实验结果均在误差范围内。原始数据五，实验数据整理与分析1，电阻电压转换电路电阻RT/K12985613725仿真结果VO/V1592533454547实际值VO/V15792493345755温度T/1625334655实验数据与仿真结果基本一致，误差小于5。这部分电路一次成功。主要原因是电路简单不容易出错。2，线性校正电路电阻值RT/K823819812985613725173114仿真结果VO/V1810845054715925330455547659798实际值VO/V1780834054915824933457551665808温度T/188516253346556680实验数据与仿真结果基本一致，误差小于5。这部分电路也是一次成功。原因在于电阻电压转换电路实际值与理论值几乎一致，因此不需要修改线性校正电路。而线性校正电路比较简单。3，精密检波电路电阻RT/K823819812985613725173114仿真结果VO/V18208510514156246326451544655795实际值VO/V18050841054915824932945555665807温度T/188516253346556680实验数据与仿真结果基本一致，误差几乎小于5，其中第三组误差较大，约为7，在误差范围之内。这部分电路也是一次成功。原因与之前相同。4，最终结果电阻RT/K823819812985613725173114仿真结果T/199616253345546579实际值T/189616253345556680温度T/188516253346556680我们发现。，第二组、第三组、第七组实验存在1度的误差。原因在于数模转换电路的输出值与精密检波电路的输出值很接近，因此产生了一定的误差。以第七组为例，精密检波电路输出值为455，数模转换电路在显示值为45时输出为473，因此最终示数为45。当然这一结果是符合实验要求的。这一部分电路花费了一天半的时间，对于其中存在的问题会在实验总结部分进行描述。六，实验总结从最后结果来看，本次实验很成功，而且提前完成了全部实验，包括选作部分。实验得以成功完成，跟前期的准备工作是紧密相关的。在实验之前，完成了仿真工作，并记录了仿真数据，确定了电路结构与每一个电路元件的参数。并且对于电路每一个模块进行了单独的仿真与电路图的打印，因此在连接电路时可以依图布局。当然，实验中碰到了不少问题。如前所述，数模转换电路存在很大问题，花费了大量的时间。根据电路图连接好电路后，发现数码管显示数值有问题，非正常计数。而且跳变也全无规律。利用示波器检查，发现输入至数码管的电压根本不是方波，而是矩形波，而且电压并不稳定。几经调试都无