数字温度计设计.docx
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数字温度计设计.docx
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数字温度计设计
实习(设计)报告
姓名
班级
学号
实习(设计)科目
实习(设计)地点
实习(设计)时间
江苏师范大学科文学院印制
实习(设计)
科目
电子技术综合课程设计实习
实习
设计
指导
教师
姓名
职务
所在部门
电气工程学院
电气工程学院
电气工程学院
电气工程学院
实习
设计
小组
成员
实习
设计
要求
(1)对该课程必须有认真的态度,设计实习期间必须保证出勤;
(2)必须有刻苦钻研精神,认真完成设计实习任务;
(3)遵守实验室的各项规章制度。
不按规程使用仪器仪表,造成损坏或丢失的,应按价赔偿。
实习
设计
任务
(1)组装一台测量电动机转速表;
(2)设计一个综合电子系统(要求至少用到三个以上芯片)(自选);
(3)用Multisim软件对设计的电路进行仿真验证;
(4)设计实习结束后编写完整的实习设计报告。
第一篇电子技术课程综合设计--------数字温度计
摘要:
随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现,自动化越来越多的走进人们的生活,从高高在上,触不可及的姿态但现在逐渐被人们所熟知,所掌握,真正服务于大众。
数字温度计就是基于自动化的一个发明。
传统的温度计通常以热敏电阻为测量元件,虽然成本很低,但它的测量精度有限,测量范围也有限,甚至存在一定的危险性。
而本次设计的数字温度计可以通过温度传感器(AD590)感知温度,再通过数模转换,由非电量转换为电量输出,将温度量变为数字量,最后由共阴极七段LED数码管显示相应的动态数字。
人们通过数码管显示的数字可以直接读出温度。
具有读数直接方便,测量范围大精度高等特点,被广泛应用于各种日常生活及工业领域。
1.1设计数字温度计的意义5
1.绪论
1.1数字温度计设计的意义:
在人们的日常生活、工业生产、气象预报中温度的测量都起着极其重要的作用,因此对各种温度计的研究都有重要的意义。
近年来,随着数字技术的发展,温度的测量控制及报警也得到了很大的进步,一系列温度测量芯片及各种温度测量装置如同雨后春笋一般冒出。
温控芯片在工业农业等领域逐渐发展、壮大,已经形成较为成熟的一门技术。
本次课程设计是我学习电路模电数电之后的一次小实习设计,是电子电路学习过程中的一次实践。
实践出真知,相信本次实践能让我学到很多知识。
本次课程设计用一些已知的芯片搭建一个实用电子产品的雏形,巩固和加深对于数电模电的理论知识学习和实际操作中的动手能力,训练产品制作的素质,为以后的毕业设计和工作后可能从事的科研开发工作打基础。
1.2主要研究内容及任务:
设计一个数字温度计,用AD590单片集成两段式感应电流源温度传感器对温度进行采集,采集的电压经过放大电路将信号放大,然后经过A/D转换器转换成数字信号,在进行模拟/数字信号转换的同时,还可直接驱动LED显示器,将温度显示出来;选择合适的器件,用proteus画出设计电路图;通过仿真实现任务要求的全部功能。
验收合格后,写出完整的课程设计报告。
2.数字温度计设计过程描述
2.1描述主要的设计思路
本设计采用AD590单片集成感温电流源温度传感器对温度进行采集,采集的电压经过放大电路将信号放大,然后经过A/D转换器转换成数字信号,,在进行模拟/数字信号转换的同时,还可直接驱动LED显示器,将温度显示出来。
2.2总体设计方案框图
图2.2.1系统方案方框图
原理框图如上图所示,由图可知,数字温度计首先采集温度,然后转换为电压值,再将其放大,通过A/D转换,驱动够共阴极的数码管,最后在LED显示器上显示出来。
2.3各部分电路设计
2.3.1温度采集
+
-
10k
图2.3.1温度采集分电路
AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的具体电路,广泛应用于不同的温度控制场合。
由于AD590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好,常用于测温和热电偶的冷端补偿。
AD590是一恒定源器件,输出的电流值与它所测的绝对温度有精确的线性关系,在摄氏零度(对应绝对温度为273.2K)输出电流为273.2uA,灵敏度为1uA/K,当温度升高或降低时,输出电流为1uA/K的增大或减少,从而将被测温度线性转换为电流形式输出。
在测量电路中,将电流转换成电压,则可用电压形式来表示温度的大小。
AD590在摄氏零度时,输出电流值为273.2uA,它与热力学温度273.2K相对应。
而人们习惯用摄氏温标表示温度,摄氏温标与开氏温标转换关系即T(K)=273.2+t(℃).......................................(1.1)
在信号处理时,将开氏温度转换为摄氏温度。
AD590的工作电压可以在4V~30V范围内选用,但某一工作电压一经确定后,应尽可能使其稳定,因为工作电压波动将引起AD590输出电流在一定程度上的相对漂移,造成测量误差。
AD590输出电流在远距离传输时,虽然它对导线产生的压降不敏感,但应避免传输导线回路受电磁干扰影响产生感应电动势而导致回路电流变换,造成测量误差。
2.3.2单稳态电路
图2.3.2单稳态电路芯片图
单稳态电路使用了555芯片。
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极性工艺制作的称为555,用CMOS工艺制作的称为7555,除单定时器外,还有对应的双定时器556/7556。
555定时器的电源电压范围宽,可在4.5V~16V工作,7555可在3~18V工作,输出驱动电流约为200mA,因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
555定时器成本低,性能可靠,只需要外接几个电阻、电容,就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
555定时器的管脚功能表如下所示:
管脚号
功能
1
接地(GND)
2
触发
3
输出
4
复位
5
控制电压
6
门限(阈值)
7
放电
8
电源电压(VCC)
本次设计中,555定时器用来产生定时电压。
2号端口接电阻
,再接至电源电压,6号接电阻
,再接至电源电压。
7号则通过一个电容
接地。
4号、8号都直接接电源电压。
1号、5号接地,通过电容
起到电路的保护作用。
产生的定时宽度为
,加至SWC的K极和计数器的10、12脚。
2.3.4计数电路
图2.3.3计数电路芯片图
计数电路采用了NC14553芯片,是一种三位BCD码计数器。
对于本次设计中使用的NC14553来说
的输出经
、
微分后,以正脉冲作为
的计数清零脉冲。
SWC的K极加进50ms的闸门脉冲后,即启动,输出的串行脉冲,经BG1放大后,加到
的11脚进行计数。
2.3.5译码驱动
图2.3.4译码驱动芯片图
输 入
输 出
LE
BI
LI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示
X
X
0
X
X
X
X
1
1
1
1
1
1
1
8
X
0
1
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
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0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
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0
1
0
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1
0
1
1
0
1
2
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
4
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1
0
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0
1
1
0
1
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5
0
1
1
0
1
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0
0
1
1
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1
1
6
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7
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0
1
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9
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0
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0
0
0
消隐
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0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
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0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
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0
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
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1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
消隐
1
1
1
X
X
X
X
锁 存
锁存
CD4511芯片的功能表如下所示:
CD4511芯片的管脚如下所述:
A0~A3
二进制数据输入端
/BI
输出消隐控制端
LE
数据锁定控制端
/LT
灯测试端
Ya~Yg
数据输出端
VDD
电源正电压
VSS
电源负电压
在译码驱动电路中,3、4、16号管脚直接接电源正电压,5、8号管脚直接接地,9到15号管脚每个引脚都接一个电阻,以驱动共阴极数码管。
7号、1号、2号、6号则分别接至MC14533的9号、7号、6号和5号管脚。
本次设计中,IC3采用BCD---七段锁存/译码/驱动器CD4511,将IC2送出的BCD码进行译码,并驱动共阴极七段LED数码管,进行动态显示
2.3.6LED显示器
图2.3.5LED数码管
每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动,或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。
优点是编程简单,显示亮度高,缺点是占用I/O端口多。
可以将所有数码管通过分时轮流控制各个数码管的的COM端,就使各个数码管轮流受控显示。
将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起,另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路,位选通由各自独立的I/O线控制,当单片机输出字形码时,所有数码管都接收到相同的字形码,但究竟是那个数码管会显示出字形,取决于单片机对位选通COM端电路的控制,所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开,该位就显示出字形,没有选通的数码管就不会亮。
显示的数字就是相应的温度数值。
3.整机电路图设计
3.1整机电路图
图3.1.1整机电路图
本次课程设计采用的是Multisim软件仿真,如上图所示的整机电路图。
Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。
工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图,并对电路进行仿真。
Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容,这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计,这也使其更适合电子学教育。
通过Multisim和虚拟仪器技术,PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
3.2器件清单
器件名称
数量
传感器AD590
1
芯片NE555
1
芯片MC14553
1
芯片CD4511
1
各种阻值电阻
17
各种阻值电感
6
三极管
4
光电三极管
1
4.仿真结果
5.总结与体会
本次课程设计是设计一个数字温度计。
它可以在给定环境温度(测量范围内)中测量出温度读数,能达到稳定且精确的效果。
另由于温度探头使用的是AD5890,所以只要将探头部分放进需要测量温度的环境里,这个系统便还可以实现很多领域的温度自动控制。
可以大大提高系统的利用率,避免重复设计可以大大节约其他设计中的时间精力。
本次设计数字温度计使我们进一步巩固了书本上的知识,做到了学以致用,另外为了完成这个设计,我也学到了很多新知识,特别是单片机及各种芯片。
在阅读大量资料后,根据书本上的一个简易设计删去了一些设计,也增加了一些自己的想法。
但一开始使用CAD画整机电路图,虽然很简单很轻松,很多元件也可以直接在元件库中找到,但CAD最大的问题是只能生成PCB板,无法进行仿真模拟。
后来改为用Multisim仿真,画整机电路图时出现了很多问题。
有些元器件都无法从库中直接寻找到,通过XX一步一步找到,浪费了很多时间精力。
最后勉强做出仿真效果,但电路图已经超出了我的学识,可见以后要多多阅读,扩宽知识面,争取见多识广,还能保留自己的想法。
最后,很感谢有这种课程设计的机会让我学会了很多新知识,也大大锻炼了我的实际动手能力。
以后有机会希望还能学到protues等实用的软件,并熟练应用。
参考文献
[1]陈永甫,周琰.555集成电路应用800例.电子工业出版社.1992:
2.
[2]刘凯,韩红,杨林等.机电设备电控与维修.北京理工大学出版社,2014:
8.
[3]陈书旺,张秀清,董建杉等.传感应用及电路设计.化学工业出版社,2008:
3.
[4]吕思忠,施齐云.数字电路实验与课程设计.哈尔滨工程大学出版社,2001:
9.
[5]李春明,郑期彤.数字电路与逻辑设计.清华大学出版社,2016:
6.
[6]NigelCook(美).实用数字电子技术.清华大学出版社,2006:
10.
实习(设计)成绩评定表
班级姓名学号
1、实习(设计)名称:
电子技术综合课程设计实习
2、实习(设计)题目:
数字温度计
3、实习(设计)时间:
4、实习(设计)地点:
5、主要内容简述:
(1)组装一台数字转速表;
(2)通过本次课程设计的数字温度计可以测量各种的温度,测量范围很广,精度很高,也可以带小数位。
另在使用了数码管后,读数很直接方便。
(3)编写实习报告及课程设计说明书
6、指导教师评语:
7、指导小组复评意见:
8、成绩:
指导教师签名:
2017年1月6日
指导小组组长签名:
2017年1月6日
教研室主任签名:
2017年1月6日
- 配套讲稿:
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- 数字 温度计 设计