電子技術(shù) 》綜合課程設(shè)計

河北建筑工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課程名稱： 電子技術(shù) 綜合課程設(shè)計系： 電氣系 專 業(yè)：樓宇智能化工程技術(shù) 班 級：樓宇073 學(xué) 號：xxxxxxxx學(xué)生姓名：xxxxxxx指導(dǎo)教師：張志榮 魏建新 職 稱：副教授 高級實驗師 2009年1 月 5日目 錄一引言（1）二智能溫度計的基本組成方框 （1）三系統(tǒng)硬件組成（2）（一） 溫度傳感器AD590及其應(yīng)用（2）（二） 放大器（3）（三） A/D轉(zhuǎn)換器MC1443 （3）（四） LED顯示器（4）（五） 系統(tǒng)核心單片機部分閃電存儲器型器件AT89C51（5）（六） 其它（10）四智能溫度計的流程圖（10）五系統(tǒng)主程序（12）六 總結(jié)和體會（22）七 參考文獻 （23） 電子技術(shù) 綜合課程設(shè)計任務(wù)書 一、課程設(shè)計的性質(zhì)、目的：課程設(shè)計主要目的，是通過電子技術(shù)的綜合設(shè)計，熟悉一般電子電路綜合設(shè)計過程、設(shè)計要求、應(yīng)完成的工作內(nèi)容和具體的設(shè)計方法。通過設(shè)計也有助于復(fù)習(xí)、鞏固以往的學(xué)習(xí)模電、數(shù)電內(nèi)容，達到靈活應(yīng)用的目的。在設(shè)計完成后，還要將設(shè)計的電路進行安裝、調(diào)試以加強學(xué)生的動手能力。在此過程中培養(yǎng)從事設(shè)計工作的整體觀念。課程設(shè)計應(yīng)強調(diào)以能力培養(yǎng)為主，在獨立完成設(shè)計任務(wù)同時注意多方面能力的培養(yǎng)與提高，主要包括以下方面：· 獨立工作能力和創(chuàng)造力。· 綜合運用專業(yè)及基礎(chǔ)知識，解決實際工程技術(shù)問題的能力。· 查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和各種工具書的能力。·熟悉常用電子儀器操作使用和測試方法；·工程繪圖能力。· 寫技術(shù)報告和編制技術(shù)資料的能力。二、課程設(shè)計的主要內(nèi)容、基本要求和書寫字體：（一）要求：1 根據(jù)技術(shù)指示設(shè)計各單元電路，寫出設(shè)計過程，進行設(shè)計方案論證、方案對比；2 選擇所用元器件的型號，寫出元器件的功能表，列出元器件清單；3 畫出整機原理圖；4 畫出整機接線圖；5 組裝并調(diào)試設(shè)計電路，自行排除故障（對電路首先進行單元電路調(diào)試，在保證單元電路工作正常的情況下，再進行整機連接）；（二）目錄1、功能要求、2、技術(shù)指標3、選出2-3個方案，劃出功能框圖、寫出實現(xiàn)原理。4、方案比較，確定方案：寫出已確定方案詳細工作原理，計算出參數(shù)。5、確定方案的單元電路功能、引腳圖所用元件明細表等6、總結(jié)7、總電路原理圖三、設(shè)計題目： 1、3 1/2數(shù)字電壓表 2、3 1/2數(shù)字溫度表 3、3 1/2數(shù)字mAs表四、具體要求：（一）根據(jù)題目：利用所學(xué)過知識，通過上網(wǎng)或到圖書館查閱資料，設(shè)計出2-3個實現(xiàn)數(shù)字電壓表的方案；只要求寫出實現(xiàn)工作原理，畫出電原理功能框圖，描述其功能。說明：采用原理、方案、方法不限，可以自行設(shè)計。（二）其中對將要實驗方案3 1/2位數(shù)字電壓表方案、3 1/2數(shù)字溫度表，3 1/2數(shù)字mAs表，須采用中、小規(guī)模集成電路、MC 14433A/D轉(zhuǎn)換器等電路進行設(shè)計，寫出已確定方案詳細工作原理，計算出參數(shù)。（三）技術(shù)指標：1、3 1/2位數(shù)字電壓表方案：測量直流電壓1999-0001V；199.9-0.1V；19.99-0.01V；1.999-0.001V；測量交流電壓1999-199V。2、3 1/2位數(shù)字溫度表方案：測量值：0-1999C 3、3 1/2位數(shù)字mAs表方案：測量值：1999-0001mAs；199.9-0.1 mAs； 五、電子電路設(shè)計的一般方法（一）方案論證（方案比較）與總體設(shè)計（舉例說明）（二）單元電路的設(shè)計步驟（舉例說明）（三）電子元器件的選擇1 、電子元器件選擇原則；2 、模擬集成電路的選擇；3 、數(shù)字集成電路的選擇；4 、晶體二、三極管的選擇；5 、電阻、電容、電感的選擇。（四）參數(shù)計算根據(jù)性價比和預(yù)設(shè)指標，合理選擇參數(shù)進行計算。（五）總體電路畫法1、按照信號流向，從左到右，從上到下依次畫出各單元電路；2、整體電路盡量用計算機畫在一張圖紙上。將獨立和次要圖紙畫在另外圖紙，注明連線編號；3、電路圖中的元件符號必須符合國際標準和國家標準。六、課程設(shè)計報告編寫基本要求1每個學(xué)生必須獨立完成課程設(shè)計報告；2課程設(shè)計報告書寫規(guī)范、文字通順、圖紙清晰、數(shù)據(jù)完整、結(jié)論明確；3課程設(shè)計報告后應(yīng)附參考文獻；4要求課程設(shè)計報告用A4紙打印裝訂成冊，頁邊距：上2.54cm,下2.54cm,左3.5cm,右2cm.。5書寫字體說明：（1） 封面（網(wǎng)上下載）；（2）題目：二號、宋體加粗，主標題（章）四號宋體；（3）次標題（節(jié)）及內(nèi)容：小四宋體；(4)表格：表 五號宋體 （表上方居中）(5)插圖：圖 五號宋體 （圖下方居中）(6)參考文獻標題：小四黑體居中；內(nèi)容：五號宋體，順序為：作者1、作者n、,書名、版本、出版地、出版者、出版年、頁次七、課程設(shè)計的時間安排：第1周上午下午星期一指導(dǎo)教師布置設(shè)計任務(wù)（教室）同上，講解設(shè)計步驟 星期二上網(wǎng)或到圖書館查閱資料上網(wǎng)或到圖書館查閱資料星期三分析設(shè)計準備階段（教室）分析設(shè)計準備階段  星期四指導(dǎo)教師將解或答疑分析設(shè)計準備階段 星期五指導(dǎo)教師將解或答疑分析設(shè)計準備階段 第2周上午下午星期一輸入及采樣電路的設(shè)計數(shù)字電壓表頭設(shè)計星期二數(shù)字電壓表設(shè)計根據(jù)技術(shù)指示設(shè)計各單元電路，寫出設(shè)計過程 （教室、圖書館）星期三連接、調(diào)試設(shè)計電路，自行排除故障，指導(dǎo)教師驗收（實驗室）連接、調(diào)試設(shè)計電路，自行排除故障，指導(dǎo)教師驗收（實驗室）星期四星期五星期六寫出課程設(shè)計報告和編制技術(shù)資料（教室）寫出課程設(shè)計報告和編制技術(shù)資料（教室）星期日考核（教室）考核（教室）八、課程設(shè)計的成績考核與評定：通過總結(jié)報告，并結(jié)合學(xué)生的動手能力，獨立分析解決問題的能力和創(chuàng)新精神，及學(xué)習(xí)態(tài)度綜合考評。成績分優(yōu)、良、中、及格和不及格五等?？己藰藴拾ǎ赫n程設(shè)計技術(shù)報告（50%）；學(xué)生的動手能力（40%）；考勤（10%）。電氣系題目一：3 12數(shù)字電壓表方案1總體設(shè)計：數(shù)字電壓表是將被測模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并進行適時數(shù)字顯示的系統(tǒng)。3 12數(shù)字電壓表是指十進制數(shù)00001999，其中個、十、百位數(shù)字變化范圍0到9，“半位”千位只能是0，1。本方案采用MC14433電路，3 12數(shù)字電壓表各部分功能為：（1）3 12AD轉(zhuǎn)換器：將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；（2）基準電源：提供精密電壓，供AD轉(zhuǎn)換器作為參考電壓：（3）譯碼器：將轉(zhuǎn)換成七段信號；（4）驅(qū)動器：驅(qū)動LED數(shù)碼管正常發(fā)光；（5）顯示器：將譯碼器輸出的七段信號進行數(shù)字顯示，從而可以對所測電壓進行觀察，MC14433的方框圖和引腳引腳引線功能如下：G 被測電壓VX和參考電壓VR的模擬接地端VR 外接參考電壓端（+2V或+200Mv）VX 被測電壓輸入端R1，R1/C1，C1 外接積分電阻R1和積分電容C1元件端。外接元件典型值：當量程為2V時，C = 0.1F,R = 470k；當量程為200mV時，C1 = 0.1F, R1 = 27kC01,C02 外接失調(diào)電容C0端。C0典型值為0.1FDU 數(shù)據(jù)顯示控制端。當DU和EOC（引腳14）連接時，每次A/D轉(zhuǎn)換都輸出CLKI，CLKO 時鐘振蕩器外接電阻RC端， RC的典型值為470k，時鐘頻率隨RC增加而下降VEE模擬負輸入端。典型值為-5VVSS 數(shù)字地，除CLKO端外所有輸出端的低電平基準。當VSS與VAG相連（即數(shù)字地和模擬地相連）時，輸出電壓幅度為VAGVDD（0V+5V）；當VSS與VEE（-5V）相連，輸出電壓幅度為VEEVDD（-5V+10V）。實際應(yīng)用時一般是VSS與VAG相連EOC 轉(zhuǎn)換結(jié)束控制端（輸出）。每當一個A/D轉(zhuǎn)換周期結(jié)束，EOC端輸出一個寬度為時鐘周期1/2寬度的正脈沖過量程標志輸出端。平時為高電平。當VXVR時（被測電壓輸入絕對值大于參考電壓），端輸出低電平DS1DS4 多路選通脈沖輸出端，對應(yīng)DS1千位，對應(yīng)DS4個位。每個選通脈沖寬度為18個時鐘脈沖，兩個相鄰脈沖之間間隔為2個時鐘周期Q0Q3 BCD碼數(shù)據(jù)輸出線。其中為Q0最低位，Q3為最高位。當DS2 、DS3和 DS4選通期間，Q0Q3除了表示千位的0或1外，還表示了轉(zhuǎn)換值的正負極性和欠量程還是過量程VDD 正電源端。典型值為+5VMC14433的外部連接電路盡管MC14433外部連接元件很少，為使其工作于最佳狀態(tài)，也必須注意外部電路的連接和外接元件的選擇，其實際連接電路如圖1118所示。為了提高電源抗干擾的能力，正、負電源分別通過去耦電容0.047F、0.02F與VSS(VAG)相連。數(shù)字電壓表基本組成結(jié)構(gòu)框圖：計數(shù)器量程開關(guān)基準參考電壓邏輯控制AD轉(zhuǎn)換時鐘源七段譯碼驅(qū)動數(shù)字顯示圖11元器件選擇：MC14433 3 12數(shù)字電壓表元器件明細表序號名稱型號單位數(shù)量備注13 12AD轉(zhuǎn)換器MC14433片12到七段鎖存譯碼驅(qū)動器CD4511片13七路達林頓驅(qū)動陣列MC1413片14基準電源MC1403片15CC4051片1674LS194片17LM324片18LED數(shù)碼管個4共陰極9電阻個若干10電容個若干表11方案2總體設(shè)計：本方案采用CC14433 312位DVM電路，CC14433用來實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換、計數(shù)和控制邏輯等主要功能。芯片MC1403則為CC14433提供的基準電壓，由555定時器及整流濾波組成的負電源產(chǎn)生電路為CC14433提供其芯片內(nèi)部模擬電路作用負電源Vee電壓。接通整機電源Vdd后，將待測模擬信號電壓U1a輸入至CC14433的Vx（3）端，經(jīng)芯片內(nèi)部進行A/D轉(zhuǎn)換后，變成相應(yīng)的BCD碼從CC14433的Q3Q0（2320）端輸出，再經(jīng)外接CC4511譯碼后驅(qū)動四位LED七段數(shù)碼管LDD580。同時，CC14433還依次輸出四個與Q3Q0同步的位選通信號DS1DS4，該信號經(jīng)達林頓反相驅(qū)動器反相后再分別接至四個數(shù)碼管陰極，與CC4511輸出的七段譯碼驅(qū)動信號相配合，使相應(yīng)的數(shù)碼管分時輪流選通而顯示各自對應(yīng)的十進制數(shù)字其電路原理簡圖為：模擬輸入譯碼驅(qū)動負電源模數(shù)轉(zhuǎn)換器基準電壓動態(tài)掃描數(shù)碼顯示圖21摸/數(shù)轉(zhuǎn)換器 由CC14433芯片構(gòu)成，它是將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成四位二進制BCD碼，CC14433是CMOS工藝312位雙積分單片ADC，它采用了大規(guī)模集成電路技術(shù)，主要完成A/D轉(zhuǎn)換和相應(yīng)的控制邏輯功能，其原理框圖及外引腳功能圖為圖22VAG（1腳）：被測電壓VX和基準電壓VR的參考地 VR（2腳）：外接基準電壓（2V或200mV）輸入端VX（3腳）：被測電壓輸入端R1（4腳）、R1 C1（5腳）、C1（6腳）：外接積分阻容元件端C10.1f（聚酯薄膜電容器），R1470K（2V量程）；R127K（200mV量程）。C01（7腳）、C02（8腳）：外接失調(diào)補償電容端，典型值0.1f。DU（9腳）：實時顯示控制輸入端。若與EOC（14腳）端連接，則每次A / D轉(zhuǎn)換均顯示。CP1（10腳）、CPo（11腳）：時鐘振蕩外接電阻端，典型值為470K?；鶞孰妷?CC14433A/D轉(zhuǎn)換的精度主要取決于基準電壓Vref的精度。選用了模擬集成精密基準電壓器件MC1403，電壓+2V負電源 由定時器NE555及相應(yīng)R、C元件和整流濾波電路組成，用于為CC14433芯片內(nèi)部模擬部分提供Vef（-5V）工作電源。譯碼驅(qū)動控制 由CC4511BCD七段譯碼器和MC1413達林頓反相驅(qū)動器組成，用于將CC14433輸出的BCD碼轉(zhuǎn)換成顯示驅(qū)動信號和動態(tài)掃描顯示的逐位控制信號。數(shù)字量顯示 由四個七段數(shù)碼管LED組成。顯示器工作時，一方面由CC14433的位選通信號DS1DS4依次輸出高電平信號去控制達林頓反相輸出器MC1413選通控制相應(yīng)的千位、百位、十位和個位數(shù)碼管；另一方面，由CC14433的Q3Q0同步依次輸出各位計數(shù)器的BCD碼，再通過CC4511輸出的譯碼驅(qū)動信號驅(qū)動相相應(yīng)的數(shù)碼管顯示出四位十進制數(shù)字。MC1413電路結(jié)構(gòu)和引腳排列如圖所示，它采用16引腳的雙列直插式封裝。每一驅(qū)動器輸出端均接有一釋放電感負載能量的抑制二極管。元器件選擇：CC14433 3 12數(shù)字電壓表元器件明細表序號名稱型號單位數(shù)量備注1雙積分單片ADCCC14433塊12BCD七段譯碼器驅(qū)動器CC4511塊13精密基準電壓MC1403塊14達林頓反相驅(qū)動器MC1413塊25時基電路NE555塊16三3輸入與非門CC4023塊17雙D觸發(fā)器CC4013塊18雙向移位寄存器CC40194塊19三3輸入與門CC4073塊110四異或門CC4070塊111LED七段顯示數(shù)碼管LDD580只4共陰極12電阻塊若干13電容塊若干14二極管塊若干表21方案論證：MC14433是摩托羅拉公司推出的3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，它集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。相比CC14433而言它外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高。MC14433312數(shù)字電壓表工作過程如下：3 12數(shù)字電壓表通過選位信號DS1DS4進行動態(tài)掃描顯示，由于MC14433電路的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果是采用BCD多路調(diào)制方法輸出，配上顯示譯碼器可以將轉(zhuǎn)換結(jié)果以數(shù)字方式實現(xiàn)4位數(shù)字的LED發(fā)光數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示。DSDS4輸出多路調(diào)制選通脈沖信號，DS選通脈沖為高電平，則表示對應(yīng)的位數(shù)被選通，此時該位數(shù)據(jù)在Q0Q3端輸出，每個DS選通脈沖高電平寬度為18個時鐘脈沖周期，兩個相鄰選通脈沖之間時間間隔2個時鐘脈沖周期。DS和EOC的時序關(guān)系是在EOC 脈沖結(jié)束后，緊接著是DS1輸出正脈沖，以下依次為DS2、DS3和DS4。其中DS1對應(yīng)最高位，DS4對應(yīng)最低位。在對應(yīng)DS2、DS3選通期間，Q0Q3輸出BCD4位數(shù)據(jù)，既以8421碼方式輸出對應(yīng)的數(shù)字09，在DS1選通期間，Q0Q3輸出千位的半位數(shù)0或1，及過量程欠量程和極性標志信號。圖23題目二：3 12數(shù)字溫度表方案1方案論證：溫度是日常生活、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護、化工、石油等領(lǐng)域最常遇到的一個物理量。測量溫度的基本方法是使用溫度計直接讀取溫度。半導(dǎo)體二極管作為溫度傳感器的數(shù)字顯示電子溫度計，半導(dǎo)體二極管的正向壓降決定與正向電流的大小和環(huán)境溫度，當正向電流一定時，正向壓降隨溫度的升高而下降。與其他溫度傳感器相比，在低溫測量方面，二極管溫度傳感器具有靈敏度高線性好簡便的特點。電子溫度計就可以直接測量溫度，得到溫度的數(shù)字值，既簡單方便，又直觀準確?？傮w設(shè)計：3 12數(shù)字溫度表是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并進行數(shù)字顯示的系統(tǒng)。3 12數(shù)字溫度表表是指十進制數(shù)00001999，其中個、十、百位數(shù)字變化范圍0到9，“半位”千位只能是0，1。3 12數(shù)字溫度表電路主要由溫度傳感器，放大器，A/D轉(zhuǎn)換器，LED顯示器，電源等組成。溫度傳感器是把溫度轉(zhuǎn)換成電壓（或電流）的器件，溫度傳感器輸出電壓的大小隨溫度的高低變化而變化，電壓值的變化范圍從幾個微伏到幾個毫伏。不同的溫度傳感器，輸出電壓的范圍也差別很大。放大器的主要功能是把微弱的溫度電壓信號放大到（02）伏或（05）伏的范圍內(nèi)，以便進行A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換器把放大后的模擬溫度電壓信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字溫度電壓信號。經(jīng)過計算處理，得到相應(yīng)的溫度值，送到LED顯示器以數(shù)字形式顯示測量的溫度。LED顯示器用于顯示測量溫度的結(jié)果。3 12數(shù)字溫度表電路基本組成結(jié)構(gòu)框圖：溫度傳感器A/D轉(zhuǎn)換器顯示電路圖23電路中，電阻RR二極管VDVD、晶體管VT構(gòu)成溫度傳感器電路，其中，VD、VD串接作為測溫探頭；RR、VD、VT構(gòu)成恒流源電路，給測溫探頭提供恒定的正向電流。二極管VD起溫度補償作用，保證恒流的溫度穩(wěn)定性。ICL7107是單片CMOS31/2位雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，它包括了線性放大器模擬開關(guān)時鐘振蕩器七段譯碼顯示驅(qū)動器等部件，可直接驅(qū)動共陽極數(shù)碼管。ICL7107被設(shè)計成雙電源（+5V5V）工作，具有自動校零和極性自動轉(zhuǎn)換功能。圖中R和C構(gòu)成振蕩器的振蕩網(wǎng)絡(luò)，IC1輸出的千位數(shù)百位數(shù)十位數(shù)個位數(shù)之段驅(qū)動信號直接連接到四個共陽極LED數(shù)碼管，IC2、IC3為IC1及溫度傳感器電路提供穩(wěn)定的電源。方案2方案論證：最常見到的測量溫度的工具是各種各樣的溫度計，例如，水銀玻璃溫度計，酒精溫度計，熱電偶或熱電阻溫度計等。它們常常以刻度的形式表示溫度的高低，人們必須通過讀取刻度值的多少來測量溫度?？傮w設(shè)計：數(shù)字溫度計可利用AD590電流型集成電路溫度傳感器的輸出電流與溫度的關(guān)系，采用非平衡電橋法組裝的一臺數(shù)字式溫度計。和普通熱力學(xué)溫度計相比，它有以下兩個優(yōu)點：（1）溫度變化引起輸出量的變化呈良好的線性關(guān)系。（2）數(shù)字顯示,使用簡單方便。【原理】（1）AD590是一種新型的電流輸出型溫度傳感器，由多個參數(shù)相同的三極管和電阻組成。當該器件的兩引出端加有某一定的直流工作電壓時（A/D轉(zhuǎn)換器由雙積分型3又1/2位A/D轉(zhuǎn)換器MC14433來完成。因為溫度的變化具有慣性，變化緩慢，MC14433的轉(zhuǎn)換速度完全可以滿足溫度測量的要求。MC14433的方框圖和引腳如圖3所示，它是單片CMOSA/D轉(zhuǎn)換器,它采用雙積分原理實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。因為轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量有三位十進制數(shù)，而最高位只能輸出或，故稱為又1/2位A/D轉(zhuǎn)換器該電路需要外接積分電阻和電容，外接失調(diào)補償電容C。該電路具有自動調(diào)零、自動極性轉(zhuǎn)換功能，它精度高、功耗低、使用方便并能與微機或其他數(shù)字電路兼容。六總結(jié)和體會本課程設(shè)計敘述了智能溫度計的設(shè)計，包括硬件組成和軟件的設(shè)計，該系統(tǒng)在硬件設(shè)計上主要是通過溫度傳感器對溫度進行采集，把溫度轉(zhuǎn)換成變化的電壓，然后由放大器將信號放大，通過A/D轉(zhuǎn)換器，MC14433將模擬溫度電壓信號轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的數(shù)字溫度信號電壓。其硬件設(shè)計中最核心的器件是單片機89C51，它一方面控制A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，另一方面，將采集到的數(shù)字溫度電壓值經(jīng)計算機處理得到相應(yīng)的溫度值，送到LED顯示器，以數(shù)字形式顯示測量的溫度。整個系統(tǒng)的軟件編程就是通過匯編語言對單片機MT89C51實現(xiàn)其控制功能。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，簡單可靠，操作靈活，功能強大，性能價格比高，較好的滿足了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科研的需要。通過本次的設(shè)計，參考了大量的資料，讓我認識到了單片機功能的強大，讓我學(xué)到了很多，受益匪淺！作心得與體會】通過這次制作，我更加意識到了實踐的重要性?？此埔粋€簡單的溫度計，電路也比較簡單。但在實際制作過程中，學(xué)習(xí)電焊，盒蓋的開孔，各個電子元件的布置，對故障的分析和排除，都需要付出努力，要求較強的動手能力。同時，它培養(yǎng)了通過思考解決問題的能力，使得我對科學(xué)實踐有了更深的認識，是我的又一次很好的實踐。我也為老師的兢兢業(yè)業(yè)的敬業(yè)精神所感動！等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下：精度：讀數(shù)的±0.05%±1字模擬電壓輸入量程：1.999V和199.9mV兩檔采用字位動態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千、百、十、個位BCD碼分時在Q0Q3輪流輸出，同時在DS1DS4端輸出同步字位選通脈沖，很方便實現(xiàn)LED的動態(tài)顯示。一、測溫探頭的工作原理如圖所示的電路中，電阻R1-R3二極管V1V3,三極管V1構(gòu)成溫度傳感器電路。其中，VD1,VD2串接作為測溫探頭，R1-R3、VD3、V1構(gòu)成恒流源電路，給測溫探頭提供恒定的正向電流。 大家知道，半導(dǎo)體二極管的正向電壓降取決于正向電流的大小和溫度，當正向電流一定時，正向壓降隨溫度的升高而下降。對于普通的硅二極管1N4148而言，具有約2.1mV/的溫度系數(shù)，當兩個1N4148串接時，總的正向壓降與溫度的關(guān)系約為4.2mV。理論和實降都已證明，在50150的范圍內(nèi)，二極管的測溫精度可達±0.1。與其它溫度傳感器相比，二極管的溫度傳感器具有靈敏度高、線性好、簡便的特點。而且當二極管的正向電流和溫度一定的情況下，其正向壓降是非常穩(wěn)定的。二、測溫顯示原理 測量探頭把待測溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓后，因為要實現(xiàn)溫度的數(shù)字顯示，就必須有模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置。在本電路中，是以Motorola公司生產(chǎn)的A/D轉(zhuǎn)換器MC14433為核心。 MC14433是單片CMOS3 12雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，該A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度高達±0.05%±1字；轉(zhuǎn)換速率為225次秒；輸入阻抗大于1000M歐；外圍元件少，電路結(jié)構(gòu)簡單；量程為1.999V和199.9mV兩檔；輸出8421BCD代碼，經(jīng)譯碼后實際LED動態(tài)掃描顯示。MC14433的第2腳為外接基準電壓Vref輸入端；第3 腳為被測電壓Vin輸入端；第1腳為模擬地，此端為高阻輸入端，是被測電壓和基準電壓的地；第15腳為過量程輸出標志端OR，平時OR為高電平，當|Vin|>Vref即超過量程時，OR為低電平。被測電壓Vin與其準電壓Vin與基準電壓Vref成下列比例關(guān)系（當小數(shù)點定位于4個LED數(shù)碼管的十位數(shù)時）：輸出讀數(shù)VinVref×199.9因為MC14433以掃描方式輸出數(shù)據(jù)，所以只需要用一個譯碼器就能驅(qū)動4只共陰極LED數(shù)碼管，其中千位數(shù)的數(shù)碼管只接“b、c”兩段。4個LED數(shù)碼管的公共陰級分別由MC1413中的4個達林頓復(fù)合晶體管驅(qū)動。負號由千位數(shù)的LED數(shù)碼管“g段”來顯示，顯示負號的“g段”由MC14433的Q2控制，當輸入負電壓時（對應(yīng)溫度為0以下），Q2“0”，顯示負號的“g段”通過R15歐電阻點亮；當輸入正電壓時（對應(yīng)溫度為0以上），Q2“1”使MC1413的另一個達林頓復(fù)合晶體管把流過R15的電流旁路到地，使顯示負號的“g段”熄滅。 小數(shù)點固定在十位數(shù)的LED數(shù)碼管，通過R16給小數(shù)點“dp”提供電流，使小數(shù)點“dp”點亮。最早的溫度計是在1593年由意大利科學(xué)家伽利略發(fā)明的。他的第一只溫度計是一根一端敞口的玻璃管，另一端帶有核桃大的玻璃泡。使用時先給玻璃泡加熱，然后把玻璃管插入水中。隨著溫度的變化，玻璃管中的水面就會上下移動，根據(jù)移動的多少就可以判定溫度的變化和溫度的高低。這種溫度計，受外界大氣壓強等環(huán)境因素的影響較大，所以測量誤差大。荷蘭人華倫海特在1709年利用酒精，在1714年又利用水銀作為測量物質(zhì)，制造了更精確的溫度計。把一定濃度的鹽水凝固時的溫度定為0，把純水凝固時的溫度定為32，把標準大氣壓下水沸騰的溫度定為212，用代表華氏溫度，這就是華氏溫度計。 2.研究意義本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用。它具有結(jié)構(gòu)簡單,不需外接元件,采用一根I/ O 數(shù)據(jù)線既可供電又可傳輸數(shù)據(jù)、并可由用戶設(shè)置溫度報警界限等特點,可廣泛用于食品庫、冷庫、糧庫等需要控制溫度的地方。目前,該產(chǎn)品已在溫控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。設(shè)計是測溫電路，使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來溫度是非電量模擬信號，數(shù)字顯示溫度就必須將這一非電量信號轉(zhuǎn)換成電量（電壓或電流），然后將模擬電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后經(jīng)譯碼顯示器顯示溫度值。硬件部分設(shè)計包括：A/D轉(zhuǎn)換電路、測溫電路、顯示電路、傳感器電路及測溫電路與單片機的接口、顯示電路與單片機的接口等組成的。 溫度是非電量模擬信號，數(shù)字顯示溫度就必須將這一非電量信號轉(zhuǎn)換成電量（電壓或電流），然后將模擬電信號經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后經(jīng)譯碼顯示器顯示溫度值。溫度傳感器精密放大器A/D轉(zhuǎn)換器譯碼顯示電路數(shù)字溫度計框圖溫度傳感元件較多，如熱敏電阻、熱電偶、溫敏二極管、溫敏三極管等。比如溫敏三極管在溫度發(fā)生變化時be結(jié)的溫度系數(shù)為2mV/°C，利用這個特性可以測出環(huán)境溫度的變化。但由于在0°C時溫敏三極管be結(jié)存在的電壓vbe不等于零，因此需要設(shè)計一個調(diào)零電路，使溫敏三極管在0°C時的輸出為零，使顯示器的讀數(shù)也為零。當環(huán)境溫度上升到100°C時，溫敏三極管be結(jié)的電壓增加到200mV，這時應(yīng)使電路的輸出顯示讀數(shù)為100。一般只需要調(diào)好0°C和滿度，輸出讀數(shù)與溫度就能對應(yīng)。設(shè)計要求：溫度是表征物體冷熱程度的物理量，它與人們的生活密切相關(guān)。傳統(tǒng)的溫度計有著太多的自身局限性，從而制約了它在眾多領(lǐng)域中的應(yīng)用。數(shù)字式溫度計的出現(xiàn)，使得這些問題迎刃而解，它不僅拓寬了溫度計的應(yīng)用范圍，而且具有實時性、準確性、高效性等特點。本次數(shù)字溫度計的設(shè)計主要是利用PN結(jié)隨溫度的變化，電壓變化的基本原理而制成的。在溫度變化的情況下，PN結(jié)上取得的電壓相應(yīng)的發(fā)生變化，信號通過LM358集成放大器放大，放大的模擬信號再輸入到ICL7107CPL（3.5位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器），轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號輸出，通過數(shù)碼管顯示，以達到對溫度測量的目的。（1）溫度是一種典型的模擬信號，用數(shù)字電路來進行檢測就必須將這一非電量先變成電（電壓或電流），然后將模擬電信號經(jīng)A/D電路變換成數(shù)字信號，經(jīng)譯碼顯示而得到對應(yīng)的數(shù)字。實現(xiàn)溫度值到電量的傳感元件很多，如熱電阻、熱電偶、熱敏電阻、溫敏二極管及溫敏三極管等。比如溫敏晶體管在溫度發(fā)生變化時,be結(jié)的溫度系數(shù)為-2mV/C，利用這個特性可以測出環(huán)境溫度的變化。但由于在0度時溫敏晶體管的be結(jié)存在一個電壓Vbe，因而需要設(shè)計一個調(diào)零電路，使溫敏晶體管在0度時的輸出為零，即使顯示器的讀數(shù)為零。當環(huán)境溫度上升到200度時，溫敏管be結(jié)的壓降會增加為-400mV，這時應(yīng)使電路的輸出顯示讀數(shù)為200。一般只要調(diào)整好0度和滿刻度，輸出讀數(shù)與溫度就能對應(yīng)。（2）實現(xiàn) 7/2位數(shù)字輸出的A/D電路MC1443，如前所述這種芯片的輸入模擬量為0200V，因而要將來自傳感器的0400mV的低壓信號進行放大。如果采用CC7107A/D轉(zhuǎn)換器組成數(shù)字電壓表，則被測電壓Vin與參考電壓Vref之間滿足下式： 輸出讀數(shù)=2000Vin/Vref利用Vin和Vref之間的比例關(guān)系，調(diào)節(jié)Vref可以使?jié)M刻度時的輸出數(shù)字和輸入信號Vin對應(yīng)。其基本工作電路（圖一）包括取樣電路、電壓比較器、模擬開關(guān)、積分器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換電路、控制電路、顯示電路、穩(wěn)壓電源。具有較高的精度和穩(wěn)定性，操作簡便用于維修醫(yī)用線設(shè)備的毫安秒表由外殼、積分器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、顯示器和單片微機電路組成。其中：積分器的積分電容并接模擬開關(guān)，積分器的輸出接模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入端，后者的數(shù)據(jù)輸出口和轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出腳分別接單片微機電路的數(shù)據(jù)輸入口和檢測輸入腳，單片微機電路的數(shù)據(jù)輸出口接顯示器，其兩個控制腳分別接模擬開關(guān)的控制端和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的啟動轉(zhuǎn)換腳。它可連續(xù)測量、存儲和顯示線設(shè)備的值。該測溫儀由數(shù)字式溫度傳感器、單穩(wěn)態(tài)定時電路、計數(shù)電路、譯碼與LED數(shù)碼管顯示電路等組成。測溫范圍為050，精度為0.1，數(shù)字顯示。根據(jù)SWC數(shù)字式溫度傳感器的測溫原理，將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以其輸出的串行脈沖個數(shù)表示其所測溫度數(shù)。標定每個脈沖表示0.1的溫度增量，則050應(yīng)對應(yīng)輸出0500個脈沖，他的轉(zhuǎn)換速度應(yīng)小于50 ms，電源電壓為12 V。定時電路產(chǎn)生的定時寬度為50 ms的閘門脈沖電壓，一路經(jīng)微分電路對計數(shù)器進行清零，另一路直接加至數(shù)字式溫度傳感器SWC的K端，溫度采集驅(qū)動后，即輸出串行脈沖，經(jīng)放大電路放大后，計數(shù)電路對其進行計數(shù)，再經(jīng)譯碼器譯碼輸出驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管，進行動態(tài)顯示。設(shè)計原理圖如圖1所示。2 電路設(shè)計2.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路該電路主要由NE555和R2，C1等組成，如圖2所示。其閾值電平Vth1=2VDD3=9 V，觸發(fā)電平Vth2=VDD3=4 V。接通電源后，+VDD經(jīng)R1加到2腳，使V2=VDD>Vth2，而定時電容C1的電壓為零，使V6=0<Vth1定時器保持初始復(fù)位狀態(tài)，輸出端3腳為低電平。當按一下啟動按鈕開關(guān)AN時，2腳接地，使V2=0<Vth2，觸發(fā)定時器從復(fù)位狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹梦粻顟B(tài)，輸出端3腳變?yōu)楦唠娖?定時寬度為。同時+VDD經(jīng)R2給C1充電，Vc1上升到使Vc1=V6=Vth1時，定時器又從置位狀態(tài)變?yōu)閺?fù)位狀態(tài)，3腳變?yōu)榈碗娖?。環(huán)境溫度對工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)和人們的日常生活都有很大的影響，而溫度的測量也就成為人們生產(chǎn)生活中一項必不可少的工作。傳統(tǒng)的測溫儀測量費時，準確度也較低，本文采用SWC溫度傳感器設(shè)計了一種數(shù)字測溫儀，利用他可以快速、準確地測得溫度。1 設(shè)計思想該測溫儀由數(shù)字式溫度傳感器、單穩(wěn)態(tài)定時電路、計數(shù)電路、譯碼與LED數(shù)碼管顯示電路等組成。測溫范圍為050，精度為0.1，數(shù)字顯示。根據(jù)SWC數(shù)字式溫度傳感器的測溫原理，將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以其輸出的串行脈沖個數(shù)表示其所測溫度數(shù)。標定每個脈沖表示0.1的溫度增量，則050應(yīng)對應(yīng)輸出0500個脈沖，他的轉(zhuǎn)換速度應(yīng)小于50 ms，電源電壓為12 V。定時電路產(chǎn)生的定時寬度為50 ms的閘門脈沖電壓，一路經(jīng)微分電路對計數(shù)器進行清零，另一路直接加至數(shù)字式溫度傳感器SWC的K端，溫度采集驅(qū)動后，即輸出串行脈沖，經(jīng)放大電路放大后，計數(shù)電路對其進行計數(shù)，再經(jīng)譯碼器譯碼輸出驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管，進行動態(tài)顯示。設(shè)計原理圖如圖1所示。2 電路設(shè)計2.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路該電路主要由NE555和R2，C1等組成，如圖2所示。其閾值電平Vth1=2VDD3=9 V，觸發(fā)電平Vth2=VDD3=4 V。接通電源后，+VDD經(jīng)R1加到2腳，使V2=VDD>Vth2，而定時電容C1的電壓為零，使V6=0<Vth1定時器保持初始復(fù)位狀態(tài)，輸出端3腳為低電平。當按一下啟動按鈕開關(guān)AN時，2腳接地，使V2=0<Vth2，觸發(fā)定時器從復(fù)位狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹梦粻顟B(tài)，輸出端3腳變?yōu)楦唠娖?定時寬度為。同時+VDD經(jīng)R2給C1充電，Vc1上升到使Vc1=V6=Vth1時，定時器又從置位狀態(tài)變?yōu)閺?fù)位狀態(tài)，3腳變?yōu)榈碗娖健?.2 溫度采集電路設(shè)計溫度采集電路由數(shù)字式溫度傳感器SWC和放大管VT1等組成，如圖3虛線框內(nèi)所示。SWC數(shù)字式溫度傳感器，又稱集成數(shù)字脈沖式感溫探頭，他是一種三端器件，控制線K，信號線S，公共線G，具有加電啟動和寬脈沖觸發(fā)兩種方式，一旦K線加電或?qū)捗}沖觸發(fā)，經(jīng)復(fù)位時間Td之后，信號線將輸出一串脈沖，每個脈沖為0.1增量，脈沖個數(shù)就是被測溫度的數(shù)字量，重復(fù)對SWC進行加電啟動，可實現(xiàn)對被測溫度的連續(xù)采樣。在本電路中，采用寬脈沖觸發(fā)，當SWC的K端加入50 ms的閘門脈沖電壓(NE555的輸出)后，即啟動，輸出的串行脈沖經(jīng)過VT1放大后，加到MC14553的11腳進行計數(shù)。2.3 計數(shù)電路設(shè)計計數(shù)部分由3位動態(tài)掃描計數(shù)器MC14553為核心構(gòu)成，如圖3所示。其內(nèi)部3個負沿觸發(fā)的BCD計數(shù)器以同步工作方式級聯(lián)在一起，每位BCD計數(shù)器輸出端都有一個4位鎖存器，可將任意時刻的計數(shù)值加以儲存，并與多路轉(zhuǎn)換配合，完成3組計數(shù)器值的分時輸出。數(shù)字選擇器輸出提供輸出同步信號，完成動態(tài)顯示方式。由于循環(huán)掃描周期多在1ms左右，遠小于人的視覺暫留時間，所以可以得到穩(wěn)定的數(shù)字顯示。圖3電路中，計數(shù)器的11腳為計數(shù)端，當他為高電平時，MC14553的12腳標準脈沖不能加入，所以NE555的輸出經(jīng)過C3，R5組成的微分電路后，產(chǎn)生一個正尖脈沖電壓，通過清零端13腳先對計數(shù)器進行清零，同時，MC14553閂鎖解除，開始對數(shù)字式傳感器SWC輸出的標準串行脈沖進行計數(shù)，等11腳再輸入高電平時，計數(shù)器又閂鎖，同時10腳也為高電平，計數(shù)器的數(shù)據(jù)鎖存。這樣，在50 ms的脈寬時間內(nèi)，顯示器就可以把已知周期的標準脈沖計數(shù)顯示出來。2.4 譯碼與顯示電路設(shè)計譯碼與顯示電路如圖4所示，MC14511是具有鎖存譯碼驅(qū)動功能的BCD譯碼器，屬于CMOS器件，高電平輸出電流可達25 mA，可直接驅(qū)動數(shù)碼管。SM4205是共陰極數(shù)碼管。由于計數(shù)器輸出的為BCD代碼，MC14511將其鎖存后譯成數(shù)碼管所需要的驅(qū)動信號，使數(shù)碼管SM4205顯示出BCD碼的數(shù)值。3 安裝與調(diào)試按照以上各個部分的原理圖，對電路進行級聯(lián)，并焊接電路板。接好電源，進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)兩個問題。(1)數(shù)碼管不顯示所測溫度值。經(jīng)檢測，發(fā)現(xiàn)NE555的輸出波形失真，這是干擾所致，于是給電源兩端并了一個100F的電解電容和0.1 F的瓷介電容，再次通電測試后，發(fā)現(xiàn)干擾大大減少了，此時數(shù)碼管也開始顯示所測溫度值。(2)集成電路MC14511發(fā)燙。于是將MC14511與數(shù)碼管相連的47 的限流電阻換成300 的電阻，測試后發(fā)現(xiàn)MC14511不再發(fā)熱了，但此電阻發(fā)熱較大，經(jīng)過多次試驗，將此電阻調(diào)整為3.3 k后一切正常。