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1、摘 要 现代社会科学技术的发展可以说是突飞猛进，很多传统的东西都被成本更低、功能更多使用更方便的电子产品所替代，尤其是单片机等集成电路的发展使很多电子产品都能比较容易的实现数字化智能化控制。本课程设计是温度传感器采用 LM35 的环境温度简易测控系统，用于替代传统的低精度、不易读数的温度计。本系统采用三位数码显示，直观方便。显示精度为 1，可检测温度范围 0150，完全能够满足生活以及普通生产中环境温度的测控需求，并且拥有响应速度快、省电等优点。但是本系统采用 ADC0804单路转换，抗干扰能力稍弱。但系统预留了足够的扩展空间，并提供了简单的扩展方式供参考，实际使用中可根据需要改成多路转换，既
2、可以增加湿度等测控对象，也能减少外界因素对系统的干扰。目 录1.设计内容及要求12. 方案论证12.1 温度传感器12.2译码显示电路12.2.1 显示12.2.2 数码管驱动12.3 AD转换器的选择22.4 放大器的选择23. 单元电路设计、参数计算和器件选择23.1 单元电路设计及参数计算23.1.1 LM35温度传感器电路23.1.2 TL082放大电路33.1.3 NE55543.1.4 AD转换电路53.1.5 ROM电路53.1.6 译码显示电路63.2 器件选择63.2.1 温度传感器的选择63.2.2 AD转换的选择103.2.3 程序存储器ROM的选择143.2.4 数码管
3、的选择153.2.5 NE555173.2.6 TL082194. 组装、调试204.1 软件调试204.2 硬件调试204.2.1 使用的主要仪器和仪表204.2.2 调试电路的方法和技巧214.2.3 测试的数据和波形并与计算结果比较分析214.2.4 调试中出现的故障、原因及排除方法215. 设计总结215.1 设计的收获和体会215.2 今后的改进意见22参考文献23附录24附录 图纸24附录 元件清单25附录III程序代码261.设计内容及要求 设计并制作一个温度测量与显示系统，基本原理如图1-1所示。具体要求如下： 图1-1 温度采集系统框图 （1）被测温度范围099C；（2）显示
4、测量的温度值，精度不低于1C。 参考元器件：LM35/45，OP07/NE5532/TL082，AT28C16，CD4511。 说明：测试时验证环境温度和90C热水的测量值。2. 方案论证2.1 温度传感器LM35有两种供电模式：单电源模式和正负双电源的供电模式。正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；两种接法的静止电流-温度关系，在静止温度中自热效应低(0.08)，单电源模式在25下静止电流约50A，工作电压较宽，可在420V的供电电压范围内正常工作非常省电。由于本温度测量系统不需要测量负温度，故采用单电源模式2.2译码显示电路2.2.1 显示方案一：采用7段LED数码管。LED数码管使用L
5、ED模组作为背光源，具有耗电低、配置灵活、线路简单、安装方便、耐转动、价格低廉且寿命长等优点。方案二：采用LCD数码管。LCD数码管使用“CCFL（冷阴极荧光管）”作为背光源，CCFL灯管的发热量大，耗电高，老化较快，LCD发光不稳定均匀、功耗大，含有害化学物质等但价格相对便宜。LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。LED与LCD的功耗比大约为1:10，而且更高的刷新速率使得LED在视频方面有更好的性能表现，可提供宽达160的视角，故采用方案一。2.2.2 数码管驱动方案一：选用CD4511译码驱动芯片。CD4511能够提供较大的上拉电流，可直接驱动数码管方案二：利用单片机
6、本身的上拉电阻，虽然外围电路简单，但灌电流和数码管驱动电流不可兼得，即流过数码管电流满足要求，则灌电流会超出单片机的承受极限；灌电流在单片机允许范围内，则流过数码管电流过小。故该方案驱动能力较弱。为使数码管足够亮，选方案一。2.3 AD转换器的选择方案一：DC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8个单断模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0808/ADC0809是单片、CMOS、逐次比较,a位模/数变换器。片内包含s位模/数变换器、通道多路转换器与微制器兼容的控制逻辑。8通道多路转换器能直接连通
7、8个单端模拟信号中的仟何一个。由于ADC0808/ADC0809设计时考虑到若干种模/数变换技术的长处，所以该芯片非常适用于过程控制、微控制器输人通道的接口电路、智能仪器和机床控制等领域。方案二：ADC0804是属于连续渐进式（SuccessiveApproximationMethod）的A/D转换器，这类型的A/D转换器除了转换速度快（几十至几百us）、分辨率高外，还有价钱便宜的优点，普遍被应用于微电脑的接口设计上。ADC0804与ADC0809都是8位A/D转换器.多数功能都一样.只不过ADC0804是单路的. ADC0809是8通道多路开关8位A/D转换器.根据不本次试验，选择方案二。2
8、.4 放大器的选择TL082是一通用的J-FET双运算放大器。其特点是：a. 较低的办入偏置电压和偏置电流；b. 输出设有短路保护电路；c. 输入级具有较高的输入阻抗；d. 内建频率补偿电路；e. 较高的压摆率:16V/us(典型值);f. 最大工作电压：Vccmax=+/-18V.故选择TL082为放大运算。3. 单元电路设计、参数计算和器件选择3.1 单元电路设计及参数计算3.1.1 LM35温度传感器电路 正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；两种接法的静止电流-温度关系，在静止温度中自热效应低(0.08)，单电源模式在25下静止电流约50A，工作电压较宽，可在420V的供电电压范围内
9、正常工作非常省电。由于本温度测量系统不需要测量负温度，故采用单电源模式，由于LM35的工作电流小于133uA，故需要在电源与LM35之间接入电阻，电阻阻值R=5/13310uA约为43K。故LM35电路图如下所示图3-1 LM35电路图3.1.2 TL082放大电路 图3-2 TL082电路图3.1.3 NE555 图3-3 N5555电路图多谐振荡器多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。接通电源后，假定是高电平，则T截止，电容C
10、充电。充电回路是VCCR1R2C地，按指数规律上升，当上升到时（TH、端电平大于），输出翻转为低电平。是低电平，T导通，C放电，放电回路为CR2T地，按指数规律下降，当下降到时（TH、端电平小于），输出翻转为高电平，放电管T截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡，经分析可得输出高电平时间 T=(R1+R2)Cln2输出低电平时间T=R2Cln振荡周期 T=(R1+2R2)Cln输出方波的占空比3.1.4 AD转换电路 图3-3 ADC0804电路图3.1.5 ROM电路 图3-5 ROM电路图3.1.6 译码显示电路 图3-5 译码显示电路图电路设计中数码管采用共阴极数码管，在数码管与CD
11、4511之间加入电阻保护数码管，以防数码管被烧坏，并且确保数码管的亮度最佳。因为是共阴极数码管，所以公共端接地。3.2 器件选择3.2.1 温度传感器的选择 LM35是一种得到广泛使用的温度传感器。由于它采用内部补偿，所以输出可以从0开始。LM35有多种不同封装型式。在常温下，LM35 不需要额外的校准处理即可达到 1/4的准确率。其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其引脚如图一所示，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；两种接法的静止电流-温度关系，在静止温度中自热效应低(0.08)，单电源模式在25下静止电流约50A，工作电压较宽，可在420V的供电电压范围内正常工作非常省电。工作电
12、压430V，在上述电压范围以内，芯片从电源吸收的电流几乎是不变的（约50A），所以芯片自身几乎没有散热的问题。这么小的电流也使得该芯片在某些应用中特别适合，比如在电池供电的场合中，输出可以由第三个引脚取出，根本无需校准。 目前，已有两种型号的LM35可以提供使用。LM35DZ输出为0100，而LM35CZ输出可覆盖40110，且精度更高，两种芯片的精度都比LM35高，不过价格也稍高。图3-1 LM35封装规格参数1、工作电压：直流430V；2、工作电流：小于133A3、输出电压：+6V-1.0V4、输出阻抗：1mA负载时0.1；5、精度：0.5精度（在+25时）；6、漏泄电流：小于60A；7、
13、比例因数：线性+10.0mV/；8、非线性值：1/4；9、校准方式：直接用摄氏温度校准；10、额定使用温度范围：-55+150。11、引脚说明：电源负GND；电源正VCC；信号输出S；传感器参数供电电压35V到-0.2V输出电压6V至-1.0V输出电流10mA指定工作温度范围LM35A -55 to +150LM35C, LM35CA -40 to +110LM35D 0 to +100 表3-1 LM35电气特性表 45555特别y表Parameter 参数Conditions条件LM35ALM35CAUnits (Max.)单位Typical 典型Tested Limit 测试极限(注4)Design Limit设计极限(注5)Typical典型Tested Limit 测试 极限(注4)Design Limit设计极限(注5)Accuracy 精度（注7 ）TA=+250.20.5-0.20.5-TA=100.3-0.3-1.0TA=TMAX0.41.0-0.41.0-TA=TMIN0.41.0-0.4-1.5Nonlinearity非线性(注8)TMINTATMAX0.18-0.3
