数字温度计的设计数字电子技术课程设计报告.docx

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数字温度计的设计数字电子技术课程设计报告

数字电子技术课程设计报告

数字温度计的设计

专业：

电子信息科学与技术

班级：

2015级2班

姓名：

巩光众

学号：

201501100206_______

指导老师：

张瑞

电子通信与物理学院

日期：

2016年12月23日

目录

设计目的…………………………………………………………......3

设计要求……………………………………………………………..4

总体方案……………………………………………………………...4

电路设计及原理……………………………………………………...5

各单元电路剖析……………………………………………………...5

仿真调试……………………………………………………………...7

设计中遇到的困难……………………………………………………9

结论…………………………………………………………………...9

附录…………………………………………………………………...10

实践目的

数字电子技术基础课程设计是继“数字电子技术基础”理论课之后开出的实践环节，是锻炼学生动手能力，巩固所学理论知识的重要教学环节。

数字电子技术基础课程设计的目的是通过指导学生循序渐进独立完成数字电路的设计任务，加深学生对理论知识的理解，提高学生的动手能力，独立分析问题、解决问题的能力。

训练学生综合运用学过的数字电子技术基础的基本知识，独立设计比较复杂的数字电路系统的能力。

数字电子技术课程设计是通过数字电子技术课程的各教学环节（课堂教学和实验）学习之后进行的，应选取综合性和实用性较强的课题，内容的复杂程度和工作量应适中，应使学生达到如下要求：

1、让学生初步掌握典型数字电路的试验、设计方法。

根据设计任务、技术指标、对课题进行分析；通过查阅资料、理论计算，得到设计方案；选择元器件，搭接线路，实现方案；画出电路原理图，进行仿真，分析实验结果，写出设计总结报告。

2、通过对典型数字电路的设计和仿真，掌握利用EDA软件设计电路的方法。

3、培养学生一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力。

学会自己分析解决问题的方法，对设计中遇到的问题，通过独立思考，查阅工具书，参考文献，寻找答案；掌握电路调试的一般规律，对实验中出现一般故障，能通过“观察、判断、实验、再判断”的基本方法去解决；能对实验结果进行独立分析和评价。

4、学会使用电子仪器仪表进行逻辑电路的检测、故障分析和排除。

通过独立思考问题、查阅工具书、参考文献、寻找解决问题的途径；掌握常用基本电路调试、测试的一般规律、测试仪器仪表的使用。

5、让学生树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风。

严格的科学训练和工程设计实践，使学生逐步树立严肃认真，一丝不苟，实事求是的科学作风，并培养学生在实际工作中具有一定的生产观念，经济观点和全局观点。

设计要求

1.要求

（1）查阅资料选择温度传感器。

（2）设计温度测量电路（确定温度与电压之间的转换关系）。

（3）设计温度显示电路（显示的数字应反映被测量的温度）。

（4）画出数字温度计电路图，读数范围0～100℃，读数稳定。

2.器材

（1）温度传感器AD590等。

（2）运算放大器μA7411片。

（3）模数转换器ADC08091片。

（4）译码器：

（自选）需将二进制数转换成BCD码。

（5）BCD码的七段码显示器74LS483片。

（6）数码管（共阴性）3只。

（7）电阻、电容若干。

（8）555定时器1片。

（9）面包板2块。

总体方案

1.数字温度计的原理图

2.总体方案

数字温度计设计的总体思路是将温度通过温度传感器转化为模拟信号，通过放大电路对信号进行放大，之后通过A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，通过译码器将转换后的二进制编码转换为8421BCD码，然后通过七段译码器转换成相应数字的二进制编码（如果用四输入的共阴极数码管可省去此步）最后通过三个七位共阴极数码管将温度显示出来。

本方案采用AD590单片集成两段式敢问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8位A/D转换器AD0809转换成数字信号.

电路设计及原理

1.电路图

2.程序流程图

各单元电路剖析

1.温度采集电路

AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。

AD590测温范围为－55℃～＋150℃，满足人们日常生产和生活中的温度范围。

AD590电源电压可在4V～6V范围变化，可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。

AD590产生的电流与绝对温度成正比，它有非常好的线性输出性能，温度每增加1℃，其电流增加1μA。

 在测量温度时，AD590往往要接到需要电压输入的系统中，图5.2是用两个AD590和一个运算放大器进行温度测量的基本电路，其输出电压VO=（T1-T2）50mv/℃，若T2=0℃，则为待测温度，当T1=T2时，由于AD590之间的失配或者有小的温度差，用电阻R1和R2能够调掉偏置。

2.模数转换电路

AD590测温电路输出的电压信号为模拟信号，要进行数码显示，还需将此信号转换成数字信号。

为此我们通过A/D转换器ADC0809将输入的模拟值转换成数字值，经AT89C51单片机处理后输出到P1以控制温度显示电路。

ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片，分辨率8位，转换时间100μs，输入电压范围为0～5V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为5V。

该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线上，无须附加逻辑接口电路。

具体硬件连接图如图2所示。

AD590温度采集及模数转换电路

3.七段译码显示电路

由发光二极管组成的七段码LED显示器是单片机应用产品中最常用的廉价输出设备，用于显示各种数字和字符。

该数字温度计的温度显示由4位七段码LED显示器组成，单片机以并行通信方式从P1.0～P1.7口输出段码和控制信号，通过7447TTLBCD译码器译码，用4个共阴极LED动态显示温度的各个数位。

仿真调试

1.AD590的仿真

由于在multisim中无法找到AD590此类感温元件，故我才用电压源与电阻的组合电路替代AD590，如图所示，温度每升高一度，AD590输出电流增大1Ua，对应输出电压增大1mv，图中输出电压范围为273mv-373mv分别对应1c-100c。

2.测温电路

3.实物图

由于在multisim中找不到单片机和ADC0809等器件，所以采用实物图替代。

设计中遇到的困难

1.部分原器件在multisim中找不到,如AD590,ACD0809等.

2.设计译码及显示电路时找不到合适的器件将A/D转换后的八位二进制码转换为8421BCD码.

3.部分电路连接出错.

结论

数字电子技术基础是学习电子类专业同学必学的基础，越来越普遍的被用于电子电路设计中。

进行数字电子技术课程设计对巩固所学知识，及以后进行电路设计工作都有着重要的意义。

此次我选择了数字温度计这个课题，并进行了相关设计。

通过广泛查阅资料，我完成了设计工作。

本次设计我引入了单片机的部分知识设计整个电路，取得了不错的效果。

但因multisim元件库不完全等原因无法将电路图清晰的表示出来，也无法完成仿真，这是一个缺憾。

从本次设计实践中我学到了很多知识，也受到了很多启发，对以后我的学习与工作一定有很大的意义。

附录

1.AD590温度传感器

AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。

AD590测温范围为－55℃～＋150℃，满足人们日常生产和生活中的温度范围。

AD590电源电压可在4V～6V范围变化，可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。

AD590产生的电流与绝对温度成正比，它有非常好的线性输出性能，温度每增加1℃，其电流增加1μA。

AD590温度与电流的关系如下表所示：

2.UA741运算放大器的资料

uA741M，uA741I，uA741C（单运放）是高增益运算放大器，用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。

这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。

3.ADC0809A/D转换器资料

ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。

它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。

由下图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。

多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。

三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

4.　AT89C51单片机

Atmel公司的生产的AT89C51单片机是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，内部除CPU外，还包括128字节RAM，4个8位并行I/O口，5个中断优先级，2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，片内集成4K字节可改变程序Flash存储器，具有低功耗，速度快，程序擦写方便等优点，完全满足本系统设计需要。

单片机P0口作为ADC0804转换数据的输入端，P2.0接ADC0804的INTR端检测数据转换是否结束。

P1.0～P1.3的输出信号接到译码器7447上作为数码管的显示，P1.4～P1.7则作为４个数码管的位选信号控制。

P3口有特殊的功能，P3.6用于控制ADC0804的启动，P3.7用于控制读取ADC0804的转换结果。

5.元件清单：

数码管5个AD590温度传感器1个晶体管5个

电容4个uA741M，uA741I，uA741C运放3个ADC0809A/D转换器电阻等其他元件

指导教师评语