简易数字温度计设计Word文档下载推荐.docx

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三、途径和方法

利用模拟电子技术和数字电子技术的相关知识设计一个数控温度计，可以先查阅相关资料〔网上查找或参考相关书籍手册〕，明确课题的方向和目的，然后学习完成课题所需的理论知识，了解温度信号采集电路、555振荡电路、频率计电路、LED显示电路设计的工作原理；

在理解的根底上确定设计电路方案，完成电路设计，画出原理图及PCB印制幅员，通过仿真分析验证设计的正确性，最后提交课程设计说明书一份。

四、时间安排

课题讲解：

2小时

阅读资料：

10小时

撰写设计说明书：

12小时

修订设计说明书：

6小时

五、主要参考资料

[1]X丽霞.数字电子技术[M].:

高等教育,2006:

174-196.

[2]杨素行.模拟电子技术根底简明教程[M].：

高等教育,2007:

40-92.

[3]高桔祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程-根本技能训练与单元电路设计[M].:

电子工业,2007:

24-57.

[4]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M].:

电子工业,2005.1:

43-66.

[5]彭介华.电子技术课程设计指导[M].:

高等教育,2002.12:

37-228.

[6]陈永甫.新编555集成电路应用800例[M].:

电子工业出版,2000:

80-130.

[7]萧宝瑾.protel99SE操作指导与电路设计实例〔第一版〕[M].：

XX理工大学，2004：

198-230.

[8]张义申，陆坤.电子设计技术[M].:

电子科技大学出版,1996:

48-62.

指导教师〔签字〕：

教研室主任〔签字〕：

批准日期：

年月日

摘要

温度在现实生活中起着相当重要的作用，在电子科技越来越兴旺的当今时代，工业生产中对温度的测量又有了更准确的要求。

在本次简易数字温度计的课程设计中，将采用基于热敏电阻的温度信号采集，用NE555多谐振荡电路将温度转化成频率输入频率计中，用CD40110驱动数码管直接实现数字信号的显示，实现数字温度的设计。

省去了另加编码器和译码器的设计，所以线路更加简单，直观。

为了实现课程要求，温度范围要控制在-20℃~+45℃，温度误差要控制在+0.1℃；

因此，电路的设计合理度就尤为重要，这次设计中电路的设计模块有四个核心电路构成。

四个核心电路为：

温度转换为频率电路、频率显示电路、555振荡电路、译码显示电路。

关键词：

热敏电阻，NE555多谐振荡器，CD40110,频率计，译码显示

1绪论

1.1课题描述

本课题的目的为设计一个简易数字温度计，本课题要求设计出一个能够实现±

0.1℃精度的数字温度计，并要求输出温度范围为-20～+45℃。

利用相关的电子技术知识实现本次课程设计的整个过程，包括查阅资料，参考书籍文献；

首先形成对本次课题的设计思路，包括需要选用的电路和元器件，所选用的电路要严格按照课程设计任务书的要求；

下一步要对各个电路模块进展原理图设计以及电路仿真，此过程中会用到Protel制图软件和Multisim仿真软件来实现局部结果。

1.2根本工作原理及总体框图

本次设计采用温度频率转变电路，根据温度与频率的线性关系先将温度转变为频率，将转换的频率输入频率计中，频率计电路中通过放大整形路、主门电路、计数器、锁存器、七段译码输出，在七段显示器中将频率显示出来，显示的频率即为对应的温度值。

它用热敏电阻采集温度信号，用NE555将温度转化为频率输入频率计中，用CD40110驱动数码管直接实现数字信号的显示，实现数字温度计的设计；

省去了另加编码器和译码器的设计，所以线路更简单、直观。

总体框图如图1所示。

图1整体工作框图

2硬件芯片及元器件说明

2.1555芯片

2.1.1555的工作原理

它有五个局部组成：

电阻分压器：

由三个5KΩ的电阻串联构成，为电压比较器C1和C2提供基准电压；

电压比较器：

由C1和C2组成，提供的基准电压分别为2/3Vcc和1/3Vcc.TH为C1的反相输入端，也称为555的高触发端，TR非为C1的反相输入端，也为555的低触发端；

根本RS触发器：

具有置零，置一，保持和无效四个工作状态，正常工作时，电压比较器C1和C2的输出端分别为RS触发器的置零和置一输入端。

放电管VT：

总是与输出端u0的状态相反，当Q=u0=1时，放电管截至；

当Q=u0=0时，放电管导通，电容开场放电；

缓冲器：

主要是提供电路的带负载能力。

555定时器的原理图如图2所示。

图2555定时器原理图

2.1.2555的各个引脚功能

1脚：

外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

8脚：

外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围3~18V。

一般用5V。

3脚：

输出端Vo，2脚：

低触发6脚：

TH高触发端4脚：

是直接清零端。

当此端接低电平，那么时基电路不工作，此时不管TR和TH处于何电平，时基电路输出为“0〞，该端不用时应接高电平，5脚：

VC为控制电压端。

假设此端外接电压，那么可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

7脚：

放电端。

该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

2.1.3555的功能介绍

不难看出555的输入和输出具有反相特性，并且输出端Q与放电管D有着相反的状态；

规律为输入端都高：

u0=0，VT导通；

都低：

u0=1，VT截至；

中间状态：

u0保持，VT保持。

555的真值表如表1所示。

表1555的真值表

2.2CD4017芯片

CD40175位Johnson计算器，具有10个译码输出端，CP，CR，INH输入端。

时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。

INH为低电平时，计算器在时钟上升沿计数；

反之，计数功能无效。

CR为高电平时，计数器清零。

Johnson计数器，提供了快速操作，2输入译码选通和无毛刺译码输出。

防锁选通，保证了正确的计数顺序。

译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。

在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。

CD4017的引脚图如图3所示。

图3CD4017的引脚图

2.3CD40110芯片

CD40110能完成十进制的加法、减法、进位、借位等计数功能，并能直接驱动小型七段LED数码管，其逻辑功能见表1，其引脚排列如图1〔a〕所示。

R〔5脚〕为清零端，R＝1时，计数器异步清零。

CP为时钟端，CPu〔9脚〕为加法计数时钟，CPD〔7脚〕为减法计数时钟。

Qco〔10脚〕加计数进位输出，QBO〔11脚〕减计数借位输出。

TB〔4脚〕为触发器使能端，TE＝0时，计数器工作，TE＝1时，计数器处于制止状态，即不计数。

LE〔6脚〕为锁存控制端，LE＝1，显示数据保持不变，但它的内部计数器仍正常工作。

a，b，c，d，e，f，g〔1，15，14，13，12，3，2脚〕为信号输出端，与七段显示器连接，CD40110的引脚图如图4所示。

CD40110的功能表如表2所示。

图4CD40110的引脚图

表2CD40110的功能表

2.4元器件介绍

所用元器件的序号，编号，类型和名称以及数量经过核对，如表3所示。

表3元器件清单

序号

编号

名称

型号

数量

1

Ds,Ds2

显示器

DCD-HEX-REDGREN

2

Q1,Q2

译码驱动器

CD40110

3

U1,U2,U3

与非门

74LS00

4

U4,U6

多谐振荡器

NE555

5

U5

计数器

CD4017

6

R1~R7

电阻

7

RQ

热敏电阻

8

C1~C7

电容

9

D1,D2

二极管

1N4148

10

D3

发光二极管

11

RP

可变电阻

10K

3电路硬件模块设计

3.1温度转换成频率电路设计

通过热敏电阻对温度进展采集，通过温度与频率近乎线性关系，以此来确定输出频率与其对应的温度，不同的温度对应不同的频率值，故我们可以通过频率值的改变来判断温度值，再由数码管表示出来。

该硬件电路模块的核心构成部件为NE555多谐振荡器，多谐振荡器主要应用于简易温控报警器，双音门铃和模拟声响发生器等实际电路中。

多谐振荡器是一种无稳态电路，它在接通电源后，不需要外加触发信号。

3.1.1NE555工作原理介绍

在由NE555组成的多谐振荡器中，电容C的充电时间T1和放电时间T2各为

〔1〕

〔2〕

故电路的振荡周期为

振荡频率为

〔3〕

〔4〕

通过改变R和C的参数来改变振荡频率，温度的改变可以改变热敏电阻R2的阻值，而R2的改变又可以直接导致振动频率f的变化，即可通过频率的变化反响温度的变动。

在室温下〔设室温为30度〕可测得负温度系数的热敏电阻的阻值为10K，取电容C为1uF,那么有以上公式可得2R1=（1/fCln2）-R2,得那么取R1为20K。

温度转换成频率温度设计电路如图5所示。

图5NE555振荡电路工作原理图

3.1.2NE555引脚及符号说明

对各个引脚的使用进展说明：

1引脚接地GND，2引脚触发，3引脚输出〔OUT）,4引脚复位，5引脚控制电压，6引脚为门限（阈值〕，7引脚为放电端，8引脚为电源电压Vcc。

R1,R2,C是外接定时元件，定时器的

（2）端与（6）端连接起来接uc，晶体管集电极〔7〕接到R1,R2的连接处P。

NE555的引脚图如图6所示。

图6NE555的引脚图

3.2频率显示电路设计

3.2.1放大整形电路设计

此电路由三极管和几个74LS00与非门组成，其作用是为了把被测信号放大,然后整形为与其同频率的方波。

电路如图7所示。

图7放大整形电路

3.2.2555振荡电路

此电路一个555芯片、两个电阻和两个电容组成。

电路如图2.22所示。

由于低电平T1= 

R1 

Cln2高电平T2=〔R1+R2〕Cln2，高电平T2=〔R1+R2〕Cln2可通过改变R1和R2的值来改变T1，T2的值，为了使电路发出一个适宜的震荡信号，可以令C=100uf，R1=1KΩ，R2可以用一个5.1 

KΩ的电阻和一个10K的可变电阻来代替。

电路如图8所示。

图8555振荡电路原理图

3.2.3译码显示电路 

译码显示电路由计数器电路、锁存器电路、译码显示组成。

计数器电路由一片CD4017芯片组成，计数器工作时每个高电平维持一个时钟周期，每输入10个时钟脉冲，输出一个进位脉冲来计数。

锁存器电路由CD40110组成，CD40110为十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器，具有加减计数，计数