《 3位半数字显示温度计 》设计报告

1、 3位半数字显示温度计 设计报告设计时间： 班 级： 姓 名： 报告页数： 广东工业大学课程设计报告设计题目_ 学院 专业 班 学号 姓名 (合作者 号 ) 成绩评定_教师签名_ 一、 设计任务与要求: 设计任务： lm35， 位a/d转换器、数字显示器设计 一个日常温度数字温度计。 课程目标： 1、加深对以上三门课程所学内容的理解； 2、能够在设计中综合运用所学知识解决实际问题； 3、初步掌握工程设计的一般方法，具备一定的工程设计能力。 4培养独立思考和独立解决问题的能力，培养科学精神和严谨的工作作风 。 标及技术要求： 温度显示范围：050； 数字显示分辨率：0.1； 精度误差0.5； 电

2、路工作电源可在59v范围内工作. 二、 设计方案及比较（设计可行性分析）：方案思路一-基于lm35芯片以51单片机作为核心的三位半数字显示温度计：外接一个温度采集lm35,根据采集器的输出参数特性利用tx-1c开发板编程相关程序直接处理温度信息并将处理结果显示在开发板自带的液晶屏上方案思路二-基于lm35芯片以icl7106作为核心的三位半数字显示温度计:1. 模拟信号采集部分：lm35采集温度信息转化为可处理的模拟信号并将该信号输入至数模转换部分2. 模数转换部分: 用icl7106芯片以及相关原件组成的外围电路组成一个直流电压测量电路或一个数字电压表，利用icl7106将模拟部分输出的模拟

3、信号转换为数字信号,并通过7106自带的bcd译码器输出液晶屏所需输入信号3. 液晶屏显示部分：液晶屏链接icl7106对应的输出接口输入显示信号，显示该数字电压表的测量值以达到温度信号的3位半数字显示效果.方案思路三-基于lm35芯片以icl7107作为核心的三位半数字显示温度计:1. 模拟信号采集部分：lm35采集温度信息转化为可处理的模拟信号并将该信号输入至数模转换部分2. 模数转换部分: 用icl7107芯片以及相关原件组成的外围电路组成一个直流电压测量电路或一个数字电压表，利用icl7107将模拟部分输出的模拟信号转换为数字信号,并通过7107自带的bcd译码器输出数码管所需输入信号

4、3. 数码管显示部分：液晶屏链接icl7107对应的输出接口输入显示信号，显示该数字电压表的测量值以达到温度信号的3位半数字显示效果.多方案的分析以及最优方案的选择与取舍: 方案一的核心是单片机的实践使用,但考虑到本次课程设计的学习重点包括了学习查阅相关工作手册以懂得ic芯片的使用方法，电路仿真,cad软件的使用，掌握一定的电子安装工艺，以及常用电子元器件的技术参数选择等，殊认为虽然选择方案一也能学习到很多，但选择方案二或方案三则更能体会到本次课程设计中包含的精髓. 方案二与方案二的区别在于icl7107以及icl7106芯片的选择以及相对应显示原件的不同.icl7107对应的编码输出驱动的是

5、数码管，而icl7106对应的面码输出驱动的是液晶显示屏.除此之外7107与7106芯片的功能和外围电路几近相同.而液晶屏幕与数码管相比,能耗更低，显示更丰富.但考虑到三位半数字显示温度计无需过多显示方式，而且液晶显示为背光显示，在光线强度较高的情况下，显示效果较差,考虑到该温度计在日常使用中经常会遇到日光照射的情况，所以最终选择的显示原件是led数码管,对应的数模转换芯片为icl7107，即方案选择为“案思路二-基于lm35芯片以icl7107作为核心的三位半数字显示温度计:”三、 系统设计总体思路 1.确定了方案选择后便确定了lm35.icl7107以及共阳数码管的选用了.根据前期的准备以

6、及预设计方案就可以得到大致的原理框图. 2.之后便是根据原理框图，参考各芯片的工作手册设计芯片的偏置电路，外围电路参数与各个部分之间的衔接方式.作出电路原理图.并在电脑上使用multism(protues)仿真修改得到最终电路原理图 3.根据电路原理图购买相关元器件以及万用板，根据实际购得的大小以及所需孔数设计电路布线图. 4.根据布线图焊接电路板. 5最终调试产品并做最终修改. 四、 系统原理框图及工作原理分析系统原理框图:双积分a/d转换电路计数器锁存器译码器驱动电路控制逻辑电路4分频电路显示器(4位led数码管)外围震荡电路a/d转换电路（icl7107）温度传感器(lm35)模拟信号采

7、集系统显示系统模数转换系统工作原理分析: 温度传感器将感受到外界的温度经传感器内部电路处理后输出一个与外界摄氏温度成线性比例的电压信号。此信号差动输入到a/d转换器，a/d转换器的双积分器输出信号通过控制逻辑电路向数据锁存器发出一个锁存信号，锁存器将计数器的数据锁存并经译码驱动电路，驱动显示器工作，显示感应的温度数值。五、 系统电路设计及参数计算，主要元器件介绍及选择以及数据指标的测量 (一)主要元器件选择1.温度传感器: 感测温度的产品有多种类型，依特性可概分为膨胀变化型、颜色变化型、电阻变化型、电流变化型、电压变化型、频率变化型等，常用的有热敏电阻、热电偶、热电阻、双金属片传感器、集成温度

8、传感器。集成温度传感器是将传感器、信号处理电路集成一体，因而极大地提高了它得性能。它具有测温精度高、线性优良、体积小、稳定性好、输出信号大、热容量小等优点而广泛被应用。集成温度传感器按输出形式可分为电压型和电流型。按照预期的实验方案，我们需要的是电压变化形的温度传感器,而常见的电压变化型的温度传感器有lm35、lm335，其不同点为 lm35 之输出电压是与摄氏温标呈线性关係，而 lm335 则是与凯氏温标呈线性关系。由于我们日常生活使用的温度计量标准为摄氏温标，所以，本次设计产品所用到的芯片为lm35.2显示系统: 能实现3位半数字显示的简易系统有数码管led与液晶管lcd,正如前文所说,其

9、中液晶屏幕与数码管相比,能耗更低，显示更丰富.但考虑到三位半数字显示温度计无需过多显示方式，而且液晶显示为背光显示，在光线强度较高的情况下，显示效果较差,考虑到该温度计在日常使用中经常会遇到日光照射的情况，所以最终选择的显示原件是led数码管。3.模数转换系统 模数转换电路的作用是将输入连续变化的模拟信号变换为与其成正比的数字量信号输出。 在进行模数(即ad)转换时，通常按取样、保持、量化、编码四个步骤进行。较常见和使用较多、市面上易找的有双积分型ad转换器。(双积分型ad转换器的优点：转换精度高，成本低；转换精度与积分电阻，积分电容的精度无关。转换器精度与时钟频率的漂移无关；（表明其时钟振荡

10、器不一定采用价格较贵的石英晶体，使用普通的r、c已满足要求）抗干扰能力强；外围电路简单。) 其中选用可直接驱动（led）的双积分型ad转换器icl7107或直接驱动液晶显示（lcd）的双积分型ad转换器icl7106,可以减少芯片外译码驱动电路的设置，大大的简化了产品电路. icl7107与icl7106的外围电路大致相同，区别在于前者驱动的是led后者是lcd,所以按照之前显示系统的选择，此处模数转换系统我们选择的是icl7107芯片.(由于7107的低电平输出特性，因此选择的数码管应为共阳数码管)(二)主要元器件的介绍icl7107:lm35:温度传感器lm35中文资料(引脚图,封装,参数

11、及应用电路)温度传感器lm35中文资料(引脚图,封装,参数及应用电路)lm35 是由国半公司所生产的温度传感器，其输出电压与摄氏温标呈线性关系，转换公式如式，0 时输出为0v，每升高1，输出电压增加10mv。lm35 有多种不同封装型式，外观如图所示。在常温下，lm35 不需要额外的校准处理即可达到1/4的准确率。与正负双电源两种，其接脚如图所示，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-温度关系如图 所示，在静止温度中自热效应低(0.08)，单电源模式在25下静止电流约50a，工作电压较宽，可在420v的供电电压范围内正常工作非常省电。to-92封装引脚图 so-8 ic式

12、封装引脚图 to-46金属罐形封装引脚图to-220 塑料封装引脚图供电电压35v到-0.2v 输出电压6v至-1.0v 输出电流10ma指定工作温度范围lm35a -55 to +150lm35c, lm35ca -40 to +110lm35d 0 to +100封装形式与型号关系to-46金属罐形封装引脚图 lm35h,lm35ah,lm35ch,lm35cah,lm35dh to-220 塑料封装引脚图 lm35dt to-92封装引脚图 lm35cz,lm35caz lm35dz so-8 ic式封装引脚图 lm35dm electrical characteristics电气特性(

13、注 1, 6） parameter 参数conditions 条件lm35alm35caunits (max.)单位 typical 典型tested limit 测试极限(注4)design limit设计极限(注5)typical典型tested limit 测试极限(注4) design limit设计极限(注5) accuracy 精度（注7 ） ta=+25 0.2 0.5 -0.2 0.5 - ta=10 0.3 -0.3 -1.0 ta=tmax 0.4 1.0 -0.4 1.0 - ta=tmin 0.4 1.0 -0.4 -1.5 nonlinearity非线性(注8) tm

14、intatmax 0.18 -0.35 0.15 -0.3 sensor gain传感器增益(average slope)平均斜率tmintatmax +10.0 +9.9, -+10.0 -+9.9 mv/ -+10.1 -+10.1 load regulation 负载调节(注3) 0il1ma ta=+25 0.4 1.0 -0.4 1.0 -mv/ma tmintatmax 0.5 -3.0 0.5 -3.0 mv/ma line regulation 线路调整（ 注3) ta=+25 0.01 0.05 0.01 0.05 -mv/v 4vvs30v 0.02 -0.1 0.02 0

15、.1 mv/v quiescent current 静态电流(注9) vs=+5v, +25 56 67 -56 67 -a vs=+5v 105 -131 91 -114 a vs=+30v, +25 56.2 68 56.2 68 -a vs=+30v 105.5 133 91.5 -116 a change of quiescent current 变化静态电流(注3) 4vvs30v, +25 0.2 1.0 -0.2 1.0 -a 4vvs30v 0.5 -2.0 0.5 2.0 a temperature coefficient of quiescent current 静态电流/

16、温度系数-+0.39 -+0.5 +0.39 -+0.5 a/ minimum temperature for rated accuracy 最低温度 额定精度in circuit of figure 1,il=0 +1.5 -+2.0 +1.5 -+2.0 long term stability 长期稳定性t j=tmax,for 1000 hours 0.08 -0.08 - electrical characteristics电气特性(注 1, 6）parameter 参数conditions 条件 lm35 lm35c, lm35d units (max)单位 typical典型 te

17、sted limit 测试极限(注4)designlimit 设计极限(注5)typical典型tested limit 测试极限(注4)designlimit 设计极限(注5)accuracy,精度 lm35, lm35c (注7) ta=+25 0.4 1.0 -0.4 1.0 - ta=10 0.5 -0.5 -1.5 ta=tmax 0.8 1.5 -0.8 -1.5 ta=tmin 0.8 -1.5 0.8 -2.0 accuracy, 精度 lm35d (注7) ta=+25 -0.6 1.5 - ta=tmax 0.9 -2.0ta=tmin0.9 -2.0 nonlineari

18、ty 非线性(注8) t mintatmax 0.3 -0.5 0.2 -0.5 sensor gain 传感器增益(average slope) 平均斜率t mintatmax +10.0 +9.8, -+10.0 -+9.8, mv/ -+10.2 -+10.2 load regulation 负载调节(注3) 0il1ma ta=+25 0.4 2.0 -0.4 2.0 -mv/ma t mintatmax 0.5 -5.0 0.5 -5.0 mv/ma line regulation 线路调整(注3) ta=+25 0.01 0.1 -0.01 0.1 -mv/v 4vvs30v 0.

19、02 -0.2 0.02 -0.2 mv/v quiescent current 静态电流(注9) vs=+5v, +25 56 80 -56 80 -a vs=+5v 105 -158 91 -138 a vs=+30v, +25 56.2 82 -56.2 82 -a vs=+30v 105.5 -161 91.5 -141 a change of quiescent current 变化静态电流(注3) 4vvs30v, +25 0.2 2.0 -0.2 2.0 -a 4vvs30v 0.5 -3.0 0.5 -3.0 a temperature coefficient of quies

20、cent current 静态电流温度系数-+0.39 -+0.7 +0.39 -+0.7 a/ minimum temperature for rated accuracy 最低温度 额定精度in circuit of figure 1,il=0 +1.5 -+2.0 +1.5 -+2.0 long term stability 长期稳定性t j=tmax, for 1000 hours 0.08 /font-相关文章 共阳数码管:使用条件：a、段及小数点上加限流电阻；b、使用电压根据发光颜色决定；c、使用电流：动态平均4-5ma，峰值电流100ma。注意事项：a、数码管表面不要用手触摸；b

21、、焊接温度：260度；焊接时间不大于5s；c、表面有保护膜的产品可以在使用前撕下来。 (三)参数的计算与选择:参考电容为0.1uf(3334)：该值得选择范围为0. 1mfcref1mf.当存在较大的共模电压和使用200mv的满量程时，可选用较大的电容1uf以防止翻转误差.但绝大多数情况下,0.1uf的电容效果最佳.譬如本次设计，所以本电路中的参考电容设计值为0.1uf.积分电阻为470k（28）：rint=vinfs/iint.在量程为2v的时候,输出电流都尽量落在4ua的线性区间内,且积分电流又必须远大于至可以忽略印刷版上的漏电流,所以积分电阻取值应为500k左右，参考相关容易购得的成品电

22、阻的参数，最终选择的是常用电阻470积分电容0.22uf(27):根据工作手册，icl7107接+5v供电电压,com端接地，时钟频率约为48khz时，cint标称值为0.22uf自动调零电容0.047uf（29）：为了兼顾噪音情况和过载时的加载速度，根据工作手册选择参考值0.047uf蒸蛋电阻100k(39):所有频率范围内，根据工作手册，参考值都为100k，所以使用参考值.震荡电容100pf(38):根据f=0.45/rc,带入震荡电容=100，f=48khz得cosc约为94pf，能找到的相近电容为100pf.参考电压1v(35,36):满量程时有vin=2vref,因为设计的满量程为2

23、v所以参考电压取值为1v(通过两个串接电阻分压得到，使用的电阻分别为15k的电阻和10k的电位器)。限流电阻330k欧米茄: 根据限流电阻=(输出电压-发光二极管耐压)/正向最大工作电流.估算而来.可以根据亮度需求再做调整，估算值为2001k六、 电路原理图,仿真图像图以及布线图电路原理图,仿真图像图:布线图:七、 产品制作及调试制作过程简述:1.按照布线图从将各个原件由低到高焊接到万用板上，其中插座先焊其中一对对角即可.2.确定各原件焊点位置无误后按布线图连线.3.将ic插到插座上,焊上正负电源线与地线.调试过程简述:1.检查连线无误后通电，发现短暂输出666后数码管仅仅显示小数点,测量得知

24、7107gnd脚没有接好，插入的时候被插弯了,更换问题解决.(后来又在出现该问题，不过确定gnd脚正常后发现v-输入只有3v多，原来是实验室电压源示数和实际输出存在偏差，用万用表将其输出挑到-5v后问题解决.)2.后来是发现十位偶尔会输出如h的奇怪数字,在收集了十位能输出的所有图形后推断出是g或c将e短路了，将相临的ge端各自电路重新焊后示数恢复.3.调节电位器后，显示数字与10倍l35输出几乎相等且用电烙铁加热lm35时两数同步变化,其他如数码管的亮度，4050.c的示数,刷新频率都正常第一次调试完成.4.后来在验收前夕偶尔发现温度计示数与温度无关,不定时跳变.以为是芯片烧坏，但在更换710

25、7后，无好转,测试各管脚发现vin+，vin-间电压有误,发现是vin-端接地时焊接不牢固,重焊后恢复,最终调试完成,八、 实验结果和数据处理vin/mv215235256274314333357408450500显示数值21.623.825.427.431.533.435.641.144.949.9九、 实验总结: 本次课程设计难度较低，但对于缺乏实践应用知识的我们来说，仍然存在着不低的难度.在设计系统框图时，由于icl7107自带译码驱动,所以最终框图只有区区的3个部分,但ad模数转换部分涉及内容较多且难度大。lm35与数码管的应用简单，本次课程设计的难点与重点在于对于ad模数芯片工作各个

26、环节的理解,参数的计算以及各个引脚外围电路接法.十、 实验心得 为其两周的课程设计终于要迎来它的结束.也算是颇有感触.首先由于之前是几个基础课的考试占用大量的时间,导致我们的前期收集工作是在一天之内赶出来的，但这并不影响我们后续的进展.设计的第一步设计好系统的工作原理，然后我们需要对所用的4个（后来在考虑简化电路的时候减少了一个反转极性芯片和电源稳压输出5v的芯片）的芯片的工作原理，工作条件以及各自的电路接法有了一个系统的学习后，我们开始使用仿真软件设计电路图.这时候问题就出来了，常用的multisim几乎没有任何我们需要的芯片模型，无论哪个版本,在网上也找不到相关的模型,直到后来我们发现一个叫protues的仿真软件有比较多的数字电路芯片原件，包括了我们的icl7107,icl7660,lm35等,为此我们专门临时学习了怎么去使用这个软件，最后在仿真的时候却频频失败.在无数次擦人电压指针与调整参数后我们才发现，原来protues上的icl7107（使用同类型的tc7107替代）的com端固定输出2v电压并且由于protues的算法特性,当这个输出接地时，会由于电压模拟冲突而导致仿真崩溃,