三位半数码管温度计制作设计报告讲解

1、课程设计三位半数字显示温度计设计报告设计时间： 2014.1.92014.1.9班 级：1212级应用电子技术4 4班姓 名： 比尔威廉姆斯 _报告页数： 1313页广东工业大学课程设计报告设计题目：3位半数字显示温度计学院：信息工程学院专业： 应用电子技术（ 4） 班学号：333333333333333333姓名：比尔威廉姆斯合作者：比尔盖茨成绩评定优秀_目录一设计思路，方案设计及选择，设计原理二. 电路参数设计与计算和兀器件选择依据三. 设计原理图和安装布线图四. 设计原理图和安装布线图五. 调试过程六. 测试的曲线，总结设计过程，分析设计结果七.心得体会LM35封装：如图:设计思路，方案

2、设计及选择，设计原1设计思路按照上面框图，大致可分为三部分电路：温度采集部分（采用LM35 ）, A/D转换及数码管驱动部分（采用7106或7107）,数码管按实际情况综合考虑。2方案设计及选择万案1:采用LM35 , ICL7107 ,万案2: 采用 LM35 , ICL7107 ,万案3:采用LM35 , ICL7107 ,万案4: 采用 LM35 , ICL7107 ,采用四块分立七段 LED显示； 采用标准的弦 3 1/2位LED显示;采用4位组合LED显示；采用LCD显示。经讨论，考虑到标准位 LED显示采购困难和实践制作能力限制（采用焊锡制而非PCB），所以电路规模受到较大限制，所

3、以不采用4位组合LED显示和LCD显示。最终决定采用方案1.3.设计原理:（1）LM35资料: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0C开始。LM35有多种不同封装型式。在常温下，LM35不需要额外的校准处理即可达到1/4 C的准确率。其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其引脚如图一所示，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；两种接法的静止电流-温度关系，在静止温度中自热效应低（0.08 C ），单电源模式在 25C下静止电流约 50A,工作电压较宽，可在4 20V的供电电压范围内正常工作非常省电。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（

4、约50A）,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。其计算公式：规格参数：1、工作电压：直流 430V ;2、工作电流：小于 133讣3、输出电压：+6V-1.0V4、输出阻抗：1mA负载时0.1幼5、精度：0.5 C精度（在+25 C时）；6、漏泄电流：小于 60（1A;7、比例因数：线性+10.0mV/C；8、非线性值：1/4 C；9、校准方式：直接用摄氏温度校准；10、 额定使用温度范围：-55+150 C。11、 指定工作温度范围， LM35D 0 C to +100 C（2） ICL

5、7107 资料：ICL7107的特点： ICL7107是31/2位双积分型A/D转换器，属于 CMoS大规模集成电路，它的最大显示值为士 1999,最小分辨率为100uV，转换精度为0.05 士 1个字。、 能直接驱动共阳极 LED数码管，不需要另加驱动器件，使整机线路简化，采用士 5V两组电源供电，并将第 21脚的GND接第30脚的IN 。 在芯片内部从 V+与COM之间有一个稳定性很高的 2.8V基准电源，通过电阻分压器可获得所需的基准电压 VREF。 能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动极性显示功能。 输入阻抗高，对输入信号无衰减作用。 整机组装方便，无需外加有源器件，配上电阻、电容和

6、 LED共阳极数码管，就能构成一只直流数字电压表头。 噪音低，温漂小，具有良好的可靠性，寿命长。 芯片本身功耗小于 15mw （不包括LED ）。 不设有一专门的小数点驱动信号。使用时可将LED共阳极数数码管公共阳极接V+. 可以方便的进行功能检查。ICL7107引脚功能V +和V-分别为电源的正极和负极。au-gu,aT-gT,aH-gH :分别为个位、十位、百位笔画的驱动信号，依次接个位、十位、百位LED显示器的相应笔画电极。Bek :千位笔画驱动信号。接千位LEO显示器的相应的笔画电极。PM :液晶显示器背面公共电极的驱动端，简称背电极。Oscl-OSc3 :时钟振荡器的引出端，外接阻容

7、或石英晶体组成的振荡器。COM :模拟信号公共端，简称“模拟地”，使 用时一般与输入信号的负端以及基准电压的 负极相连。TEST :测试端，该端经过 500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地，故也称“逻辑地”或“数 字地”。VREF + VREF-:基准电压正负端。CREF :外接基准电容端。INT : 27是一个积分电容器， 必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的 元件IN +和IN-:模拟量输入端，分别接输入信号的正端和负端。AZ :积分器和比较器的反向输入端，接自动调零电容CAz。BUF :缓冲放大器输出端，接积分电阻Rint。ICL7107工作原理：1自动稳零阶段：tAZ =

8、 1000TCL+2000T cL- ( 1000TCLV IN ) /V REF式中：TCL为时钟脉冲feL的周期1000TCLVIN/VREF为反积分时间2.信号积分阶段：C对模拟信号进行采样积分，时间固定为1000个计数脉冲时间。积分结束后积分器的输出电压：VINTO=1/( R RINT C C INI)/ 0 kVkV IN dt积分时间为0tRNT为积分电阻，CNI为积分电容，K为缓冲器电压放大系数，VIN为模拟输入，t为积分时间1000个计算脉冲信号积分阶段固定时间为t INT=1000TCL3.反积分阶段：DE C实现对输入模拟信号极性相反的参考电压SEF进行积分，DE时，参考

9、电容上的 VREF进入缓冲器进行放大，放大后VREF进入积分器积分，从 VNTO开始输出电压为：UbE=UNT+1/ RINTCNI j kVREF dt积分器迫压至0的时间为t 2-t 1,将VNTO积分值代入并对第 2项积分：0=- (t tikU IN ) / ( RlNT C INI )+ + 【(t2-t1)kVREF 】/ ( RINTCINI ).又可得： VIN=【(t 2-t 1)VEF /t 1.若计数脉冲表示时间 t 1有1000个计算脉冲，t 2-t 1就有T个计数脉冲，所以VN=(VREFT)/1000.因为VREF为常数，所以VN与积分器在反积分时迫压至O时的时间成

10、正比。T用计数脉冲个数表示。 通过译码器就可接收计数器状态，实现模数转换，若VREF=1000mv那么VN的数值=T的数值.3数码管资料:在本次设计当中，由于ICL7107的特点，它只能驱动共阳极数码管，故我们 要选用共阳极七段数码管。在连接数码管时，我们要注意数码管各个管脚所对应 的字母，不能接错或接漏，而且在管脚之前要接上电阻，以免烧坏芯片和数码管。 LED数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向压降较大，正向电 阻也较大。在一定范围内，其正向电流与发光亮度成正比。由于常规的数码管起辉电流只有12 mA，最大极限电流也只有 1030 mA，所以它的输入端在 5 V电源或高

11、于TTL高电平 (3.5 V)的电路信号相接时，一定要串加限流电阻，以免损坏器件。b、使用电压：段：根据发光颜色决定;小数点：根据发光颜色决定数码管使用条件：a、段及小数点上加限流电阻c、使用电流：静态：总电流80mA（每段10mA）；动态：平均电流4-5mA 峰值电流100mA 数码管使用注意事项说明：a、 数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角;b、 焊接温度：260度；焊接时间：5sc、表面有保护膜的产品，可以在使用前撕下来。由以上资料得：通过ICL7107对LM35输出电压的采集，并使ICL7107驱动数码管。只要给ICL7107设置正确的外部电路参数，就能实现既定的功能1 .电路参

12、数设计与计算和元器件选择依据外部条件选择:11 丨 13 15fos(=1/ (2R:)s(Coscln 3) =0.45/( R OS(COS().通常Cos=1OOpF,采用为2.5次/秒时，而输入脉冲频率必须满足1000TCLX 4=20mS N式子中N为整数，取值为：1,2,3,4,N一般取 N=5 二TCL=0.025S f osc=40kHz,所以 R)sc=110kQ。实际产品只有 120 kQ ,所以选择120 k Q。2.积分电阻RNT保证ICL7107在输入电压范围内线性工作，RINT要足够大，可由下式求得：RiNT =VFs/i iNT一般I INT=4卩A，而VFs=2

13、V,得RNT=500KQ。主要考虑到信号输入最大电压本来在1V以内，但是为了让 7107绝对在线性的工作，所以 VFS选择最大为2V。3.积分电容：CNT，它的大小主要决定于在 A/D转换器额定转换速率和额定电流下使积分器输出不饱和为原则所以：CINT=(4000 I INT)/ (fOsCVIs)当转换速率为2.5 次/秒，|INT=4卩A，积分输出电压 VIS为3V时，CNT=0.1卩F，它一般可选0.10.2卩F。转换速率提高，在其他条件不变，要Vs要相同，则 CNT下降，反之CNT上升。4. 自动稳零电容 CAE=0.047卩F。因为7107的转换精度为0.05V 1字，所以在 VFs

14、=2V, 分辨率为 1 字/1 mv。5.CREF可以用1卩F.使翻转误差在1字以内。6. 参考电压VREF：满度值时，T=2000, VN二Ws。(T为计数脉冲个数，下同) 所以 VREF=0.5VFs，输出读数 =T=1000XViN/ VREF。当VIN=10X 100mV输出读数为1000设计原理图和安装布线图;1,原理图:5vR5U2C2HI47nFC4100nFU1RV1C1R1VIN+V+A1B1C1D1ACOMF1G1A2VIN-VBUFFCAZD2VINTF2G2CREF+A3B3C3D3E3CREF-VREF+ VREFG3AB4TESTOSC1POLOSC2OSC3VGN

15、DTC7107布线图:所以VREF=1000mV,同理VN=1OX 50mV 输出读数为500.所以 VREF=l000mV.VOUT2R4LM35R2500kC5100nFHF100nF37110k100PF40391315232307281029271334163522192021333643869142523241512111817T-丄JcL7inj _K四设备和元件清单:器件名或仪器名参数数量数字万用表VC890D电压源（自制）ICL7107一片8位共阳数码管4片1kQ510 KQ120 K Q电阻200Q各一个电位器10k一个LM35一个100 nF3个电容47nF 和 100pF

16、各一片印刷板一片至C7排针，杜邦线和导线若干五调试过程:刚刚焊完，忍不住激动的心情， 立马接通电源测试，结果连小数点都不能显示，这种结果出 现后最大可能就是电源直接与地短接了，用万用表测试以后果然是这个原因。第2次的结果在意料之中，只显示了一个小数点。 在测试完芯片的引脚电压后，发现显示驱动的引脚输出在1.95V到2.20V之间，所以猜想有可能是数字地未接，发现果然是，与此同时，还发现 IN 未接地。接上后又只能能显示乱码，即可猜想应该为焊接短断路，所以观察数码管的显 示规律后理论上可判断可能是那几个引脚短接。经过检查并解决了问题，最后调节VREF=1V,正常显示，作品制作成功。六：测试的曲线

17、，总结设计过程，分析设计结果1,为了验证设计电路的正确性以及它的实验数据，我们对实物进行验证，通过 测量LM35的输出电压和数码管的显示值得到如下表格LM35 输出压V0.220.240.2600.280.300.320.340.36数码管显示值C22.024.026.028.030.032.34.036.0LM35 输出压V0.360.410.460.51数码管显示值C36.041.046.051.0产品检验的参考电压为：V+:+4.7VV-:-4.6v2、总结设计过程和分析设计结果：此次的设计过程进展比较顺利，主要是前期做了较为充分的准备，包括查找芯片的各种资料， 传感器的各种资料，在较为

18、充分了解ICL7107原理的基础上计算得来的外部电路参数，是此次顺利成功的关键。由于实际制作水平受限，未能像其他同学一样采用PCB板，而是采用焊接制板，所以电路规模受到较大的限制。所以也未能制作出能使用独立电源的方便自己使用的温度计，不能不说是一种遗憾。当然，也采用了isis 进行原理图设计，但是由于软件出于盗版问题，仿真不了。但出于对计算参数结果准确度的信心和考虑到 仿真软件不一定奏效的原因。讨论后，决定直接实践。所以采用了AltiumDesig ner 10进行原理图布线。这也是出于为了减少在实际电路板走线过程的错 误和合理设计电路布局的考虑。由于上学期已在焊接电路板方面有过课程的学 习，所以这次焊锡制板过程较为成功，只有在少数地方出