数字温度计设计报告

数字温度计设计报告数字温度计设计报告 课程名称：电子课程设计 院别：武警工程学院 专业:指挥自动化 班级：二队一区队 姓名：王凯(03)田腾浩 (23) 指导教师：邹涛 时间: 2010 年 1 月 12 日 主要内容： 设计一个数字温度计，测量范围：0～100OC。温度的实时 LED 数字显示。测量温度信号为模拟量。 基本要求： 1.画出数字温度计的结构框图。 2.画出系统原理电路图。 3.用 MULTISIM 进行仿真实验。 4.按要求完成课程设计报告，交激光打印报告和电子文档。 主要参考资料： [1] 阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001. [2] 彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：高等教育出版社，1997. [3] 孙梅生.电子技术基础课程设计[M].北京：高等教育出版社，1998. [4] 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计[M].北京：电子工业出版社，2002. 完成期限 一、任务技术指标一、任务技术指标 主要内容： 设计一个数字温度计，测量范围：0～100 C。温度的实时 LED 数字显示。测量温度信号为模拟量。 O 基本要求： 1.画出数字温度计的结构框图。 2.画出系统原理电路图。 3.用 MULTISIM 进行仿真实验。 4.按要求完成课程设计报告，交激光打印报告和电子文档 二、总体设计思想二、总体设计思想 1.1.基本原理基本原理 由于温度计的应用很广，所以温度计的设计也不完全一样。以前一般采用热电偶、玻璃液体温度计、双金属 温度计、压力式温度计、热电阻和非接触式温度计等进行温度测量。其中热电偶的温度测量范围较宽，它无需使 用驱动电源即可直接产生电压（温差电势）信号，该信号既可用直流测量仪器（如电位差计、数字电压表、毫伏 计等）读取，以通过热电偶温度特性分度表查出对应的温度；也可以用线性校正电路将小信号电压放大后，通过 显示仪表的刻度读数。在某些输油、输气管道应用中，往往要求对温度进行长时间监测，且要求能够快速准确地 读数。此时，上述各类温度计则难以胜任。而如果将热电偶产生的热电动势转换成数字信号后由单片机进行数据 处理，并通过液晶来显示其温度结果，这种方法反应迅速，测量精度高，功耗小，显示直观。因此，由热电偶、 A/D 转换电路、单片机和液晶模块组成的数字式低功耗高精度温度计可以代替各种机械式温度计来完成特殊情况 下的温度测控工作，且便于实现小型化设计。但在本设计中，数字温度计应用的对象是一般家庭里，主要包括以 下几部分： (1).取样电路 温度传感器就是能将温度信号反映到电信号上去， 这个我们可以用热敏电阻及一些热传感器来实现， 由于热 敏电阻的阻值与温度不成线性关系， 所以这里主要是用温度传感器将温度信号线性地反映到电压上来实现温度取 样，测量温度信号为模拟量。 (2).放大电路 放大电路可以有三极管放大或是用集成运算放大器放大， 由于在这里放大器的功能是为了调节传感器与A/D 转换器的关系， 故可以用集成运算放大器通过负反馈组成任意比例电路， 根据芯片的参数需要而选择适当的放大 倍数。 (3).驱动电路 驱动电路是为了让显示器将A/D所转换的数据无误地表现出来。 这里主要是驱动LED显示及保护LED的电路， 要想让 LED 正常工作，必需提供适当的电压，保证电流不能超过LED 的最大电流，以免烧坏LED 管。在这里主要 包括一些三极管及电阻，配合驱动电路来制LED 控显示。 (4).A/D 转换及分析 A/D 转换主要的任务是对模拟电信号进行分析，将其信号转换成数码显示出来，可能的话还可以对信号进行 分析预处理。这里也主要是采用 MC14433 芯片，采用这个芯片可以大大减少A/D 转换及译码电路，因为它本身输 出就是 BCD 码，而且是按十进制位串行输出的， 同时它还包含了时序电路即用来串行输出用扫描显示用的电路及 超过适用范围时发出提示信号，极大简化了电路，从而提高了电路的稳定性及减少功耗。 (5).显示电路 显示电路可以用各种类型的七段LED 显示，出于对器件考虑，在这里仅用最常见的7 段码显示即可。 2.2.系统框图系统框图 模拟 采样 转化 信 号 A/D 转 换 译 码 电 显示系 放 超过 温度 图图 1 1数字温度计设计框图数字温度计设计框图 三、具体设计三、具体设计 本设计主要构成部分应该是由模拟传感器、线性放大电路、A/D 转换分析、驱动电路及显示五部分组成。下 面从五部分分别进行比较设计,然后总体连接. 1. 传感电路 (1)(1)传感器元件介绍传感器元件介绍: :温度传感器：按照温度传感器输出信号的模式，可大致划分为三大类：数字式温度传感器、 逻辑输出温度传感器、模拟式温度传感器。 一、模拟温度传感器 传统的模拟温度传感器，如热电偶、热敏电阻和RTDS 对温度的监控，在一些温度范围内线性不好，需要进 行冷端补偿或引线补偿；热惯性大，响应时间慢。集成模拟温度传感器与之相比，具有灵敏度高、线性度好、响 应速度快等优点，而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC 上，有实际尺寸 小、使用方便等优点。常见的模拟温度传感器有LM35、LM335、LM45、AD590 电流输出型。这里主要介绍该 类器件的几个典型。 1、AD590 温度传感器 AD590 是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为3~30V，输出电流 223μA（-50℃） ~423μA（+150℃），灵敏度为1μA/℃。当在电路中串接采样电阻R 时，R 两端的电压可作为输出电压。AD590 输出电流信号传输距离可达到1km 以上。作为一种高阻电流源，最高可达20MΩ，所以它不必考虑选择开关或 CMOS 多路转换器所引入的附加电阻造成的误差。适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。 2、 LM135/235/335 温度传感器 LM135/235/335 系列是美国国家半导体公司 （NS）生产的一种高精度易校正的集成温度传感器， 工作特性类 似于齐纳稳压管。该系列器件灵敏度为10mV/K，具有小于1Ω 的动态阻抗，工作电流范围从400μA 到 5mA，精 度为 1℃，LM135 的温度范围为-55℃~+150℃，LM235 的温度范围为-40℃~+125℃，LM335 为-40℃~+100℃。 封装形式有 TO-46、TO-92、SO-8。该系列器件广泛应用于温度测量、温差测量以及温度补偿系统中。 二、逻辑输出型温度传感器 在许多应用中，我们并不需要严格测量温度值，只关心温度是否超出了一个设定范围， 一旦温度超出所规定 的范围， 则发出报警信号， 启动或关闭风扇、 空调、 加热器或其它控制设备， 此时可选用逻辑输出式温度传感器。 LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510 是其典型代表。 1、LM56 温度开关 LM56 是 NS 公司生产的高精度低压温度开关，内置1.25V 参考电压输出端。最大只能带50μA 的负载。电 源电压从 2.7~10V，工作电流最大 230μA，内置传感器的灵敏度为6.2mV/℃，传感器输出电压为6.2mV/℃ ×T+395mV。 2、MAX65