电子电路课程设计论文温度测量仪报告

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1、 . 电子电路课程设计温度测量仪摘要：本课程设计过数模混合电路实现了测量温度的功能，设计的流程为：首先用温度传感器LM35实现温度采集并输出一定大小的电压，然后利用A/D转换器ADC0809把模拟信号转换成数字信号后送入28C64存储器中，再利用显示电路把转换后的数字信号显示出来，同时设计中还包括了利用比较器来实现温度警报功能的电路。关键字：温度测量 28C64 ADC转换目录 第一章技术指标 - 1.1 系统功能要求- 1.2 系统结构要求- 1.3 技术指标- 1.4 设计条件- 第二章 整体方案设计 - 2.1 数据处理流程分析- 2.2 整体方案-第三章 单元电路设计- 3.1 温度传

2、感器与其放大电路的设计 - 3.2 A/D转换电路与数字显示电路的设计 -3.2.1 设计思路-3.2.2 数模转换与显示电路- 3.3 71KHz方波信号发生器的设计 - 3.4 超限比较报警电路的设计- 3.5 整体电路图-第四章 测试与调试- 4.1 数字显示电路的调试- 4.2 存储器和数字显示电路的调试- 4.3 信号发生器电路的测试-4.4 A/D转换电路与数字显示电路的调试- 4.5 超限比较报警电路的调试-第五章设计小结 - 5.1 设计任务完成情况 - - 5.2 问题与改进 - 5.3 心得体会 -参考书目 bibliography-27附录一 28附录二 29附录三 30

3、一、 技术指标1.1 系统整体功能要求温度测量仪能够测量和显示测量的温度值，当温度超过设定的值后，发出超温的指示或报警。报警温度的设定可根据需要自定。1.2系统结构要求温度测量仪的整体框图如图1所示，其中S1为系统复位按键，S2为报警温度设定。图1：温度测量仪的整体方案1.3 电气指标（1）温度测量围：0 99 （2）显示精度:1 （3）测温灵敏度：20mV/ （4）显示采用四位数码管 （5）温度报警采用LED发光二极管或蜂鸣器 （6）报警温度可以任意设定1.4 设计条件（1）电源条件：稳压电源0V15V可调（2）可供选择的元器件围如表1所示。表1:器件表二、 整体方案设计2.1 数据处理流程

4、分析温度测量仪是通过温度传感器对被测对象的温度变化情况进行测量和监视的，传感器输出的不同电流，经电流-电压变化后放大成不同的模拟电压，再经A/D转换，送入数字电压表，将温度数值显示出来。温度传感器的原理方框图如图2所示。图2：温度测量仪的流程方框图温度传感器是温度监测仪的核心部件，它的作用是将温度值转换为电流值。按温度传感器与被测介质的接触方式分为：接触式和非接触式温度传感器两大类。热电阻、热电偶、半导体集成温度传感器都属于接触式温度传感器；红外测温传感器属于非接触式传感器，它通过被测介质的热辐射或热对流达到测温目的。温度传感器的测量围极广，从零下几百到零上几千，测温精度又各有不同，要根据测温

5、的具体要求（如测温围、精度）合理选择合适的温度传感器。集成温度传感器的输出形式分为电压输出型和电流输出型两种，电压输出型的灵敏度一般为10mV/K，温度为0K时的输出电压为0V，温度为25时的输出为：2.9815V。电流输出型的灵敏度一般为1A/K， 25时在1K电阻上的输出电压为：298.15mV。2.2 整体方案整个系统电路在面包板上实现，其中核心模块为A/D转换部分与数字电压表部分，以下将做较详尽考虑。三、 单元电路设计3.1 温度传感器与其放大电路的设计LM35主要特性： 集成温度传感器LM35具有测温精度高、线性优良、体积小、热容量小、稳定性好、输出电信号大与价格较便宜等优点，LM3

6、5灵敏度为10mV/,即温度为20时，输出电压为：200mV。常温下测温精度为0.5以，消耗电流最大也只有70A，自身发热时测量精度的影响在 0.1以。采用+4V以上的单电源供电时，测量温度的影响围为：2 150；而采用双电源供电时，测量温度围为：-55 +150，电压使用围为4V20V。3.1.1设计思路 因为用户要求测温灵敏度 20mV/，而LM35的灵敏度为10mV/的电压输出型温度传感器，因此传感器温度变换后应有一个同相2倍的电压放大电路，这部分电路可简单地运用运算放大器TL084来实现。 温度变换与其电压放大模块电路图图3： 温度变换与电压放大模块图说明：图3中的跟随电路A1是为了避

7、免后续电路对Vt的过多影响而增设的电压跟随器，以保证Vt能真实地反映温度场的正确温度。3.2 A/D转换电路与数字显示电路的设计 3.2.1 设计思路 将Vt的模拟电压送入A/D转换器的输入端，转换为二进制码，用该码作为存储器EEPROM的地址信号，将事先预置在存储单元的温度值取出，经译码显示电路将数字显示出来。3.2.2 数模转换与显示电路一、 A/D转换电路与数字显示电路的设计:1、 设计思路:将放大电路的输出电压Vt送入A/D转换器的输入端，转换为二进制码。用该码作为存储器EEPROM的地址信号，将事先预置在存储单元的温度值取出，经译码显示电路将数字显示出来。2、 模数转换与数字显示电路

8、的数据选取电路：3、 A/D转换器详解：A/D转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程通过采样、保持、量化和编码四个步骤完成。本设计中采用ADC0809在同一芯片上设计了一个8位的A/D转换器和8通道模拟开关，因此可以直接输入8个单端的模拟信号。该器件主要性能如下：采用单+5V电源逐次逼近式A/D转换，工作时钟典型值为640KHz，转换时间约为100s。分辨率为8位二进制码，总失调误差：ADC0809为1LSB。当用+5V电源供电时，模拟量的输入电平围05V，不需要零点和满度调节。具有8通道闩锁开关控制，可以直接接入8个单端模拟量。数字量输出采用三态逻辑，输出符合TTL电平。容易与各种微处理器

9、连接，也可以独立工作。 ADC0809的管脚图如下：4、 EEPROM 28C64简介：模数转换乃数字显示电路除用到ADC0809外，还用到28C64与两片4511. 28C64是一个含163=4096个单元的存储器，每个单元8bit，单元地址从0000H0FFFH。28C64，13地址端输入，4地址端输出，其具体功能表详见数字电路书。本实验将28C64的0000H0063H分别存储0099的BCD码。即：0000H00H0001H01H0002H02H . . . . 0063H99H5、 显示电路：本课题中提供了器件4511，故采用4511来驱动一位数码管。结构如下：6、 4511管脚图：

10、3.3 71KHz方波信号发生器的设计-图5：方波信号发生器使用555定时器构成的多谐振荡器如图5所示，它无需加激励，只要接通电源就可以输出方波。其中Ra=1K,Rb=100K，则若取C=0.0001uF，则 这个频率已经可以满足ADC0809的时钟要求了。3.4 超限比较报警电路的设计设计思路设定一个报警温度Tg，将Tg折算成对应的比较电压Vg，即Vg=Tg20mV/。要想使VtVg时，电路报警，可将两电压通过一个电压比较器后经发光二极管显示是否报警。报警电路发光报警部分：为了实现两个电压之间的比较，设计中使用了两片7485,7485是一个二进制4位数字比较器，通过比较A3A0与B3B0得出

11、结果。因为本方案的温度是十进制两位数，所以必须使用两片7485来比较，即8位2进制比较。本方案中报警温度的设定是通过一个八路开关加上八脚的排阻来实现的，通过控制八路开关的通断就可以模拟输出八位二进制数，前四位代表十位上的数字，后四位代表各位上的数字，即可输出0099。（1） 报警电路比较部分：如图，使用了两个7485比较器，分别将28C64取出的数值的地位和高位与预置电路预设的数值的地位和高位进行对比。第一个7485比较的是地位，第二个7485比较的是高位，得出的结果决定了警报的与否。这便是警报电路的比较部分。（2） 预设电路：预设电路使用预置一个温度的数值作为警报温度，使得被测温度达到或超过

12、这个数值时触发报警装置（这里就是点亮LED灯）。其主要构成便是2组4位二进制发生器。这里我选用的是排阻接上8位开关的方法来实现数据的产生。要想产生二进制数就要可以人为控制每一个端口上的电压高低，高位即为二进制“1”，低位即为二进制“0”。只需要将8位排阻的电源端接高，它的8位电阻端就会变成高位，再将这8个引脚通过8位开关，再去接地，就可以随意控制这8个端口上的电压是否为低位。具体的做法是，将8为开关的一侧全接地，另一侧则分别与8位排阻的电阻端连接。这时，若开关闭和，对应位置上的电阻端为接地状态，即低电平。反之，若开关打开，对应位置上的电阻端为接高状态，即高电平。 具体的电路如图所示：（3） 7

13、485详情：要用以上方案就必须使用7485,7485是一个二进制4位数字比较器通过比较A3A0与B3B0得出结果。因为本方案的温度是十进制两位数，所以必须使用两片7485来比较，即8位2进制比较。7485管脚图：用此电路可直接比较Vt7Vt0与Vg7Vg0.（4） 选择电路74157：74157是一个A4A1，B4B1根据1号管脚电平，选择输出的芯片。本实验中切换当前感应温度与设定温度就是用到此器件，其具体功能见数字电路书相关容。本实验将28C64输出的I/07I/00连至两个74157的A4A1，再将脉冲置数器的两个Q1Q4连到74157的两个B4B1端。改变1管脚电平值实现显示切换。超限比

14、较与警报电路如图6所示。图6：超限比较报警电路综合以上部分电路设计，从而最终可得出整体电路图。3.5 整体电路图图7：电路图（包括A/D转换、显示、超限警报)图7所示的整体电路不包含感应温度显示与设定温度显示之间的切换功能，要实现两者之间的切换功能，需要在两片4511之前各连接一片74157，为了使电路较为简明易懂，这里将两部分电路分开说明。74157是一个A4A1，B4B1根据1号管脚电平，选择输出的芯片。本实验中切换当前感应温度与设定温度就是用到此器件，其具体功能见数字电路书相关容。本实验将28C64输出的I/07I/00连至两个74157的A4A1，再将脉冲置数器的两个Q1Q4连到741

15、57的两个B4B1端。同时将两片74157的数据选择输入（1管脚）一并接入按键开关，通过带锁按键开关改变1管脚电平值实现显示切换。74157的连接电路图如下（显示设限转换电路）图8：显示设限转换电路四、 测试与调试 4.1 数字显示电路的调试 CD4511管脚图经过资料阅读，得到4511的管脚图。输入十位显示输入个位显示0000000000000110001100102001020011300113010040100401015010150110601106011170111710008100081001910019第1、2、6、7号管脚是输入端。给这四个管脚输入从0000到1001即对应1到

16、9数字显示的输入信号电压，将3、4接地，5、8接VCC，这样理论上可以显示相应的数字。测试结果如右表：从而得出结论：达到设计要求。4.2 存储器和数字显示电路的调试 第一，在使用存储器28C64前应做好烧写工作，以便使其正常工作。查阅28C64的管脚图，从而得知28C64的管脚号3、4、5、6、7、8、9、10是其输入端IN0IN7，分别给输入端接0000000010011001时，在保证后面的CD4511没有问题的情况下，数码管就会显示出相应的数值，即0099。值得注意的是：当十位或个位上的输入超过9的时候，数码管是不会显示的。输入00001001分别对应数码管09的显示，必须地址显示十位显

17、示个位0000 0000000000 0001010000 0010020000 0011030000 1001090001 0000100010 0000200100 0100441010 1010不显示不显示注意高低位，不能位置混淆。从而得出结论：达到设计要求。4.3 信号发生器电路的测试为了验证71KHz方波信号发生器输出的信号是否正确，使用数字示波器检测电路输出端的波形。所得到的波形如下：T=1.4*10-5SF=1/T=71428.571 Hz 结论：达到设计要求。4.4 放大电路、A/D转换电路与数字显示电路的调试 理论值实测值Vout（mv）INo（mv）显示()Vout（mv）

18、INo（mv）显示()270540272655202630060030290575293206403232062531为了测试ADC0809的模数转换工作是否符合实验设计要求，使用万用表的直流电压表，分别测量LM35的输出端和ADC0809的输入端结论：达到设计要求。4.5 超限比较报警电路的调试给LM35加温或降温（相当于改变VT），这时数码显示的数值在变化。再给VG设定报价电压，是发光二级管点亮，该电路就可以工作了。设定值实际值是否报警2023是2527是3026否结论：符合设计的要求。第五章设计小结5.1 设计任务完成情况经过整整一周时间的电路组装和调试，设计并组装的电路已基本达到要求：

19、能够正常的测量温度，显示温度基本符合实际；当给振荡器加热时，译码器的上的数字会正常的增加；警报用的发光二极管能够在超限之后正常点亮。实验电路图连接如下5.2 问题与改进第一种可能出现的问题是：芯片有可能是坏的，在烧28C64时，一定要确认是否烧制成功。在连接555定时器时，要准确地确定电阻电容的大小，不能连接错误，尤其是管脚号2和6，它们是短路的。还有线路的检查，一定要细心。有时候一个线路就有可能导致实验的失败，在连接成功的基础之上我们要一根一根的检查连线的正确性，确保每根线是对的。接在译码器上的电阻要小一点，否则译码器显示的数字不稳定。数码管的两边千万不能忘记接地，那样很有可能会烧坏数码管，

20、这次的设计当中，很多人的数码管都是烧坏了的。其次是设计过程中遇到的问题与其解决方法。在检测面包板状况的过程中，出现本该相通的地方被断了的导线堵塞，用镊子将其挑出。在检测74LS47驱动电路的过程中发现有两个数码管显示的数字是没有规律的（不是从0到9的显示），正是由于我们布线的整齐简明，经过检查发现是74LS47其中的两跟译码线与显示管脚连接出错，交换，就OK了！在连接晶振的过程中，晶振起振，但是输出的脉冲明显不是1HZ的，对照设计电路检查，发现CD4060的输出管脚接错，接上3号管脚。在制作报时电路的过程中，发现蜂鸣器在57分59秒的时候就开始报时，后经检测电路发现是由于把74HC30芯片当1

21、6引脚的芯片来接，以至接线都错位，重新接线后能正常报时。在布置地线和5V电压线时，不甚把两线接到了一起，导致整个板没法工作。经过检查，排除问题。5.3 心得体会电子课程设计心得体会通过两周的电子设计，我学会了如何将书本上学到的知识应用与实践，学会了一些基本的电子电路的设计、仿真与连接，虽然在这个过程中我遇到了很多麻烦，但是在解决这些问题的过程中我也提高了自身的专业素质，这次设计不仅增强了自己在专业方面的信心，鼓舞了自己，更是一次兴趣的培养。这次电子实习，我的课题是“温度测量仪”，当拿到这个题目时，我认为这个不是很难。但当认真的考虑时，我才发现一切并非我想的那么简单。无论一个多么简单的课题，他所

22、牵涉的知识比较多的，比如我这个选题不仅仅包括许多模电器件和数电器件，它还包含许多以前我没有接触或熟知的器件。所以我在设计时也在不断的学习，了解每一个器件的结构、工作原理与其运用。经过与搭档的多次交流，我们才确定了最后的电路方案，然后在多次的电路仿真之中，我们又进行了更加完善的修改，以达到万无一失。第三天的任务开始搭建自己设计的电路板。开始，我们都充满了好奇，毕竟这是第一次走进实验室去连接电路板。不过才过了一天，所有的好奇心都烟消云散，换而的是苦与累。我这时才知道连接电路板确实是一件苦差事。连接面包板时要人非常的细心，并且要有一定的耐心，因为连接示若稍不注意就会使电路短路或者接错。经过几天的坚苦

23、奋斗，终于连接完的。但当我们去测试时却无法出现预期的结果。然后我没办法只得去慢慢检查，但也查不出个所以然来。我想实际的电路可能与仿真的电路会产生差错，毕竟仿真的是在虚拟的界面完成的。所以在接下来的几天我都在慢慢调试和修改中度过，想想那几天过的真的好累，在一次次的失败中修正却还是得不到正确的结果。好几次都想放弃，但最后还是坚持下来。经过多次调试，最后还是得到正确的结果，那一刻，我感觉如释重负，感觉很有成就感。两个星期的电子实习已经过去，但是使我对电子设计有了更的了解，使我学了很多，具体如下：1.基本掌握手工连接面包板，能够独立的完成简单面包板的安装。熟悉电子产品装工艺的生产流程；2.熟悉了有关电

24、子设计与仿真软件的使用，能够熟练使用普通万用表；3.熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能与其使用围，能够灵活的运用4.增强自己解决问题的能力，利用网上和图书馆的资源，搜索查找得到需要的信息；5.明白了团队合作的重要性，和搭档相互讨论，学会了怎么更好解决问题我也看到了自己对于电路设计这一类学习的不足，认识到了自己的理论知识与实践动手之间的不同。这两者之间应该需要更好的磨合。此外，对于温度测量仪这一次课程设计中出现的器件我也有了更深刻的认识，例如ADC0809，28C64这一类元件的作用以与注意事项等等。我认识到了理论与实践缺一不可，应当充分结合。参考书目1数字电子技术基础， 明义主编 ，中南大学出版2Multism ，软件，Interactive Image Technologies， Ltd ，出品3军 ，51单片机高级实例开发指南 ，航空航天大学，2009.4王建校，建国 ，51系列单片机与C51程序设计 ， 科学，2002. 5刚，文楷，基于FPGA数字钟设计J6单片机原理与应用， 建忠 电子科技大学出版 ，2002年2月 78051单片机课程设计实训教材，明萤.清华大学26 / 26