電子電路課程設計論文溫度測量儀報告

1、 . 電子電路課程設計溫度測量儀摘要：本課程設計過數(shù)?；旌想娐穼崿F(xiàn)了測量溫度的功能，設計的流程為：首先用溫度傳感器LM35實現(xiàn)溫度采集并輸出一定大小的電壓，然后利用A/D轉換器ADC0809把模擬信號轉換成數(shù)字信號后送入28C64存儲器中，再利用顯示電路把轉換后的數(shù)字信號顯示出來，同時設計中還包括了利用比較器來實現(xiàn)溫度警報功能的電路。關鍵字：溫度測量 28C64 ADC轉換目錄 第一章技術指標 - 1.1 系統(tǒng)功能要求- 1.2 系統(tǒng)結構要求- 1.3 技術指標- 1.4 設計條件- 第二章 整體方案設計 - 2.1 數(shù)據(jù)處理流程分析- 2.2 整體方案-第三章 單元電路設計- 3.1 溫度傳

2、感器與其放大電路的設計 - 3.2 A/D轉換電路與數(shù)字顯示電路的設計 -3.2.1 設計思路-3.2.2 數(shù)模轉換與顯示電路- 3.3 71KHz方波信號發(fā)生器的設計 - 3.4 超限比較報警電路的設計- 3.5 整體電路圖-第四章 測試與調試- 4.1 數(shù)字顯示電路的調試- 4.2 存儲器和數(shù)字顯示電路的調試- 4.3 信號發(fā)生器電路的測試-4.4 A/D轉換電路與數(shù)字顯示電路的調試- 4.5 超限比較報警電路的調試-第五章設計小結 - 5.1 設計任務完成情況 - - 5.2 問題與改進 - 5.3 心得體會 -參考書目 bibliography-27附錄一 28附錄二 29附錄三 30

3、1、 技術指標1.1 系統(tǒng)整體功能要求溫度測量儀能夠測量和顯示測量的溫度值，當溫度超過設定的值后，發(fā)出超溫的指示或報警。報警溫度的設定可根據(jù)需要自定。1.2系統(tǒng)結構要求溫度測量儀的整體框圖如圖1所示，其中S1為系統(tǒng)復位按鍵，S2為報警溫度設定。圖1：溫度測量儀的整體方案1.3 電氣指標（1）溫度測量圍：0 99 （2）顯示精度:1 （3）測溫靈敏度：20mV/ （4）顯示采用四位數(shù)碼管 （5）溫度報警采用LED發(fā)光二極管或蜂鳴器 （6）報警溫度可以任意設定1.4 設計條件（1）電源條件：穩(wěn)壓電源0V15V可調（2）可供選擇的元器件圍如表1所示。表1:器件表2、 整體方案設計2.1 數(shù)據(jù)處理流程

4、分析溫度測量儀是通過溫度傳感器對被測對象的溫度變化情況進行測量和監(jiān)視的，傳感器輸出的不同電流，經電流-電壓變化后放大成不同的模擬電壓，再經A/D轉換，送入數(shù)字電壓表，將溫度數(shù)值顯示出來。溫度傳感器的原理方框圖如圖2所示。圖2：溫度測量儀的流程方框圖溫度傳感器是溫度監(jiān)測儀的核心部件，它的作用是將溫度值轉換為電流值。按溫度傳感器與被測介質的接觸方式分為：接觸式和非接觸式溫度傳感器兩大類。熱電阻、熱電偶、半導體集成溫度傳感器都屬于接觸式溫度傳感器；紅外測溫傳感器屬于非接觸式傳感器，它通過被測介質的熱輻射或熱對流達到測溫目的。溫度傳感器的測量圍極廣，從零下幾百到零上幾千，測溫精度又各有不同，要根據(jù)測溫

5、的具體要求（如測溫圍、精度）合理選擇合適的溫度傳感器。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出型和電流輸出型兩種，電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度為0K時的輸出電壓為0V，溫度為25時的輸出為：2.9815V。電流輸出型的靈敏度一般為1A/K， 25時在1K電阻上的輸出電壓為：298.15mV。2.2 整體方案整個系統(tǒng)電路在面包板上實現(xiàn)，其中核心模塊為A/D轉換部分與數(shù)字電壓表部分，以下將做較詳盡考慮。3、 單元電路設計3.1 溫度傳感器與其放大電路的設計LM35主要特性： 集成溫度傳感器LM35具有測溫精度高、線性優(yōu)良、體積小、熱容量小、穩(wěn)定性好、輸出電信號大與價格較便宜等優(yōu)點，LM3

6、5靈敏度為10mV/,即溫度為20時，輸出電壓為：200mV。常溫下測溫精度為±0.5以，消耗電流最大也只有70A，自身發(fā)熱時測量精度的影響在± 0.1以。采用+4V以上的單電源供電時，測量溫度的影響圍為：2 150；而采用雙電源供電時，測量溫度圍為：-55 +150，電壓使用圍為4V20V。3.1.1設計思路 因為用戶要求測溫靈敏度 20mV/，而LM35的靈敏度為10mV/的電壓輸出型溫度傳感器，因此傳感器溫度變換后應有一個同相2倍的電壓放大電路，這部分電路可簡單地運用運算放大器TL084來實現(xiàn)。 溫度變換與其電壓放大模塊電路圖圖3： 溫度變換與電壓放大模塊圖說明：圖3

7、中的跟隨電路A1是為了避免后續(xù)電路對Vt的過多影響而增設的電壓跟隨器，以保證Vt能真實地反映溫度場的正確溫度。3.2 A/D轉換電路與數(shù)字顯示電路的設計 3.2.1 設計思路 將Vt的模擬電壓送入A/D轉換器的輸入端，轉換為二進制碼，用該碼作為存儲器EEPROM的地址信號，將事先預置在存儲單元的溫度值取出，經譯碼顯示電路將數(shù)字顯示出來。3.2.2 數(shù)模轉換與顯示電路一、 A/D轉換電路與數(shù)字顯示電路的設計:1、 設計思路:將放大電路的輸出電壓Vt送入A/D轉換器的輸入端，轉換為二進制碼。用該碼作為存儲器EEPROM的地址信號，將事先預置在存儲單元的溫度值取出，經譯碼顯示電路將數(shù)字顯示出來。2、

8、 模數(shù)轉換與數(shù)字顯示電路的數(shù)據(jù)選取電路：3、 A/D轉換器詳解：A/D轉換是將模擬信號轉換為數(shù)字信號，轉換過程通過采樣、保持、量化和編碼四個步驟完成。本設計中采用ADC0809在同一芯片上設計了一個8位的A/D轉換器和8通道模擬開關，因此可以直接輸入8個單端的模擬信號。該器件主要性能如下：<1>采用單+5V電源逐次逼近式A/D轉換，工作時鐘典型值為640KHz，轉換時間約為100s。<2>分辨率為8位二進制碼，總失調誤差：ADC0809為±1LSB。<3>當用+5V電源供電時，模擬量的輸入電平圍05V，不需要零點和滿度調節(jié)。<4>具有8

9、通道閂鎖開關控制，可以直接接入8個單端模擬量。<5>數(shù)字量輸出采用三態(tài)邏輯，輸出符合TTL電平。<6>容易與各種微處理器連接，也可以獨立工作。 ADC0809的管腳圖如下：4、 EEPROM 28C64簡介：模數(shù)轉換乃數(shù)字顯示電路除用到ADC0809外，還用到28C64與兩片4511. 28C64是一個含163=4096個單元的存儲器，每個單元8bit，單元地址從0000H0FFFH。28C64，13地址端輸入，4地址端輸出，其具體功能表詳見數(shù)字電路書。本實驗將28C64的0000H0063H分別存儲0099的BCD碼。即：0000H00H0001H01H0002H02

10、H . . . . 0063H99H5、 顯示電路：本課題中提供了器件4511，故采用4511來驅動一位數(shù)碼管。結構如下：6、 4511管腳圖：3.3 71KHz方波信號發(fā)生器的設計-圖5：方波信號發(fā)生器使用555定時器構成的多諧振蕩器如圖5所示，它無需加激勵，只要接通電源就可以輸出方波。其中Ra=1K,Rb=100K，則若取C=0.0001uF，則 這個頻率已經可以滿足ADC0809的時鐘要求了。3.4 超限比較報警電路的設計設計思路設定一個報警溫度Tg，將Tg折算成對應的比較電壓Vg，即Vg=Tg×20mV/。要想使VtVg時，電路報警，可將兩電壓通過一個電壓比較器后經發(fā)光二極管

11、顯示是否報警。報警電路發(fā)光報警部分：為了實現(xiàn)兩個電壓之間的比較，設計中使用了兩片7485,7485是一個二進制4位數(shù)字比較器，通過比較A3A0與B3B0得出結果。因為本方案的溫度是十進制兩位數(shù)，所以必須使用兩片7485來比較，即8位2進制比較。本方案中報警溫度的設定是通過一個八路開關加上八腳的排阻來實現(xiàn)的，通過控制八路開關的通斷就可以模擬輸出八位二進制數(shù)，前四位代表十位上的數(shù)字，后四位代表各位上的數(shù)字，即可輸出0099。（1） 報警電路比較部分：如圖，使用了兩個7485比較器，分別將28C64取出的數(shù)值的地位和高位與預置電路預設的數(shù)值的地位和高位進行對比。第一個7485比較的是地位，第二個74

12、85比較的是高位，得出的結果決定了警報的與否。這便是警報電路的比較部分。（2） 預設電路：預設電路使用預置一個溫度的數(shù)值作為警報溫度，使得被測溫度達到或超過這個數(shù)值時觸發(fā)報警裝置（這里就是點亮LED燈）。其主要構成便是2組4位二進制發(fā)生器。這里我選用的是排阻接上8位開關的方法來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的產生。要想產生二進制數(shù)就要可以人為控制每一個端口上的電壓高低，高位即為二進制“1”，低位即為二進制“0”。只需要將8位排阻的電源端接高，它的8位電阻端就會變成高位，再將這8個引腳通過8位開關，再去接地，就可以隨意控制這8個端口上的電壓是否為低位。具體的做法是，將8為開關的一側全接地，另一側則分別與8位排阻的電阻

13、端連接。這時，若開關閉和，對應位置上的電阻端為接地狀態(tài)，即低電平。反之，若開關打開，對應位置上的電阻端為接高狀態(tài)，即高電平。 具體的電路如圖所示：（3） 7485詳情：要用以上方案就必須使用7485,7485是一個二進制4位數(shù)字比較器通過比較A3A0與B3B0得出結果。因為本方案的溫度是十進制兩位數(shù)，所以必須使用兩片7485來比較，即8位2進制比較。7485管腳圖：用此電路可直接比較Vt7Vt0與Vg7Vg0.（4） 選擇電路74157：74157是一個A4A1，B4B1根據(jù)1號管腳電平，選擇輸出的芯片。本實驗中切換當前感應溫度與設定溫度就是用到此器件，其具體功能見數(shù)字電路書相關容。本實驗將2

14、8C64輸出的I/07I/00連至兩個74157的A4A1，再將脈沖置數(shù)器的兩個Q1Q4連到74157的兩個B4B1端。改變1管腳電平值實現(xiàn)顯示切換。超限比較與警報電路如圖6所示。圖6：超限比較報警電路綜合以上部分電路設計，從而最終可得出整體電路圖。3.5 整體電路圖圖7：電路圖（包括A/D轉換、顯示、超限警報)圖7所示的整體電路不包含感應溫度顯示與設定溫度顯示之間的切換功能，要實現(xiàn)兩者之間的切換功能，需要在兩片4511之前各連接一片74157，為了使電路較為簡明易懂，這里將兩部分電路分開說明。74157是一個A4A1，B4B1根據(jù)1號管腳電平，選擇輸出的芯片。本實驗中切換當前感應溫度與設定溫

15、度就是用到此器件，其具體功能見數(shù)字電路書相關容。本實驗將28C64輸出的I/07I/00連至兩個74157的A4A1，再將脈沖置數(shù)器的兩個Q1Q4連到74157的兩個B4B1端。同時將兩片74157的數(shù)據(jù)選擇輸入（1管腳）一并接入按鍵開關，通過帶鎖按鍵開關改變1管腳電平值實現(xiàn)顯示切換。74157的連接電路圖如下（顯示設限轉換電路）圖8：顯示設限轉換電路4、 測試與調試 4.1 數(shù)字顯示電路的調試 CD4511管腳圖經過資料閱讀，得到4511的管腳圖。輸入十位顯示輸入個位顯示0000000000000110001100102001020011300113010040100401015010150

16、110601106011170111710008100081001910019第1、2、6、7號管腳是輸入端。給這四個管腳輸入從0000到1001即對應1到9數(shù)字顯示的輸入信號電壓，將3、4接地，5、8接VCC，這樣理論上可以顯示相應的數(shù)字。測試結果如右表：從而得出結論：達到設計要求。4.2 存儲器和數(shù)字顯示電路的調試 第一，在使用存儲器28C64前應做好燒寫工作，以便使其正常工作。查閱28C64的管腳圖，從而得知28C64的管腳號3、4、5、6、7、8、9、10是其輸入端IN0IN7，分別給輸入端接0000000010011001時，在保證后面的CD4511沒有問題的情況下，數(shù)碼管就會顯示出

17、相應的數(shù)值，即0099。值得注意的是：當十位或個位上的輸入超過9的時候，數(shù)碼管是不會顯示的。輸入00001001分別對應數(shù)碼管09的顯示，必須地址顯示十位顯示個位0000 0000000000 0001010000 0010020000 0011030000 1001090001 0000100010 0000200100 0100441010 1010不顯示不顯示注意高低位，不能位置混淆。從而得出結論：達到設計要求。4.3 信號發(fā)生器電路的測試為了驗證71KHz方波信號發(fā)生器輸出的信號是否正確，使用數(shù)字示波器檢測電路輸出端的波形。所得到的波形如下：T=1.4*10-5SF=1/T=71428

18、.571 Hz 結論：達到設計要求。4.4 放大電路、A/D轉換電路與數(shù)字顯示電路的調試 理論值實測值Vout（mv）INo（mv）顯示()Vout（mv）INo（mv）顯示()270540272655202630060030290575293206403232062531為了測試ADC0809的模數(shù)轉換工作是否符合實驗設計要求，使用萬用表的直流電壓表，分別測量LM35的輸出端和ADC0809的輸入端結論：達到設計要求。4.5 超限比較報警電路的調試給LM35加溫或降溫（相當于改變VT），這時數(shù)碼顯示的數(shù)值在變化。再給VG設定報價電壓，是發(fā)光二級管點亮，該電路就可以工作了。設定值實際值是否報警

19、2023是2527是3026否結論：符合設計的要求。第五章設計小結5.1 設計任務完成情況經過整整一周時間的電路組裝和調試，設計并組裝的電路已基本達到要求：能夠正常的測量溫度，顯示溫度基本符合實際；當給振蕩器加熱時，譯碼器的上的數(shù)字會正常的增加；警報用的發(fā)光二極管能夠在超限之后正常點亮。實驗電路圖連接如下5.2 問題與改進第一種可能出現(xiàn)的問題是：芯片有可能是壞的，在燒28C64時，一定要確認是否燒制成功。在連接555定時器時，要準確地確定電阻電容的大小，不能連接錯誤，尤其是管腳號2和6，它們是短路的。還有線路的檢查，一定要細心。有時候一個線路就有可能導致實驗的失敗，在連接成功的基礎之上我們要一

20、根一根的檢查連線的正確性，確保每根線是對的。接在譯碼器上的電阻要小一點，否則譯碼器顯示的數(shù)字不穩(wěn)定。數(shù)碼管的兩邊千萬不能忘記接地，那樣很有可能會燒壞數(shù)碼管，這次的設計當中，很多人的數(shù)碼管都是燒壞了的。其次是設計過程中遇到的問題與其解決方法。在檢測面包板狀況的過程中，出現(xiàn)本該相通的地方被斷了的導線堵塞，用鑷子將其挑出。在檢測74LS47驅動電路的過程中發(fā)現(xiàn)有兩個數(shù)碼管顯示的數(shù)字是沒有規(guī)律的（不是從0到9的顯示），正是由于我們布線的整齊簡明，經過檢查發(fā)現(xiàn)是74LS47其中的兩跟譯碼線與顯示管腳連接出錯，交換，就OK了！在連接晶振的過程中，晶振起振，但是輸出的脈沖明顯不是1HZ的，對照設計電路檢查，

21、發(fā)現(xiàn)CD4060的輸出管腳接錯，接上3號管腳。在制作報時電路的過程中，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器在57分59秒的時候就開始報時，后經檢測電路發(fā)現(xiàn)是由于把74HC30芯片當16引腳的芯片來接，以至接線都錯位，重新接線后能正常報時。在布置地線和5V電壓線時，不甚把兩線接到了一起，導致整個板沒法工作。經過檢查，排除問題。5.3 心得體會      電子課程設計心得體會 通過兩周的電子設計，我學會了如何將書本上學到的知識應用與實踐，學會了一些基本的電子電路的設計、仿真與連接，雖然在這個過程中我遇到了很多麻煩，但是在解決這些問題的過程中我也提高了自身

22、的專業(yè)素質，這次設計不僅增強了自己在專業(yè)方面的信心，鼓舞了自己，更是一次興趣的培養(yǎng)。 這次電子實習，我的課題是“溫度測量儀”，當拿到這個題目時，我認為這個不是很難。但當認真的考慮時，我才發(fā)現(xiàn)一切并非我想的那么簡單。無論一個多么簡單的課題，他所牽涉的知識比較多的，比如我這個選題不僅僅包括許多模電器件和數(shù)電器件，它還包含許多以前我沒有接觸或熟知的器件。所以我在設計時也在不斷的學習，了解每一個器件的結構、工作原理與其運用。經過與搭檔的多次交流，我們才確定了最后的電路方案，然后在多次的電路仿真之中，我們又進行了更加完善的修改，以達到萬無一失。 第三天的任務開始搭建自己設計的電路板。開始，我們都充滿了好奇，畢竟這是第一次走進實驗室去連接電路板。不過才過了一天，所有的好奇心都煙消云散，換而的是苦與累。我這時才知道連接電路板確實是一件苦差事。連接面包板時要人非常的細心，并且要有一定的耐心，因為連接示若稍不注意就會使電路短路或者接錯。經過幾天的堅苦奮斗，終于連接完的。但當我們去測試時卻無法出現(xiàn)預期的結果。然后我沒辦法只得去慢慢檢查，但也查不出個所以然來。我想實際的電路可能與仿真的