《-3位半数字显示温度计-》设计报告

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1、标准 文案 3 位半数字显示温度计 设计报告 设计时间 设计时间 班班 级 级 姓姓 名 名 报告页数 报告页数 标准 文案 广东工业大学课程设计报告 设计题目 学院 专业 班 学号 姓名 合作者 号 成绩评定 教师签名 标准 文案 一 一 设计任务与要求设计任务与要求 设设计任务 计任务 LM35 位 A D 转换器 数字显示器设计 一个日常温度数字温 度计 课程目标 课程目标 1 加深对以上三门课程所学内容的理解 2 能够在设计中综合运用所学知识解决实际问题 3 初步掌握工程设计的一般方法 具备一定的工程设计能力 4 培养独立思考和独立解决问题的能力 培养科学精神和严谨的工作作风 标及技术

2、要求 标及技术要求 温度显示范围 0 50 数字显示分辨率 0 1 精度误差 0 5 电路工作电源可在 5 9V 范围内工作 二 二 设计方案及比较 设计可行性分析 设计方案及比较 设计可行性分析 方案思路一方案思路一 基于基于 LM35 芯片以芯片以 51 单片机作为核心的三位半数字单片机作为核心的三位半数字 显示温度计 显示温度计 外接一个温度采集 LM35 根据采集器的输出参数特性利用 TX 1C 开发板编程相关程序直接 处理温度信息并将处理结果显示在开发板自带的液晶屏上 方案思路二方案思路二 基于基于 LM35 芯片以芯片以 ICL7106 作为核心的三位半数字作为核心的三位半数字 显

3、示温度计显示温度计 1 模拟信号采集部分 LM35 采集温度信息转化为可处理的模拟信号并将该信号输入至数 模转换部分 2 1 3 标准 文案 2 模数转换部分 用 ICL7106 芯片以及相关原件组成的外围电路组成一个直流电压测量电 路或一个数字电压表 利用 ICL7106 将模拟部分输出的模拟信号转换为数字信号 并通过 7106 自带的 BCD 译码器输出液晶屏所需输入信号 3 液晶屏显示部分 液晶屏链接 ICL7106 对应的输出接口输入显示信号 显示该数字电压 表的测量值以达到温度信号的 3 位半数字显示效果 方案思路三方案思路三 基于基于 LM35 芯片以芯片以 ICL7107 作为核

4、心的三位半数字作为核心的三位半数字 显示温度计显示温度计 1 模拟信号采集部分 LM35 采集温度信息转化为可处理的模拟信号并将该信号输入至数 模转换部分 2 模数转换部分 用 ICL7107 芯片以及相关原件组成的外围电路组成一个直流电压测量电 路或一个数字电压表 利用 ICL7107 将模拟部分输出的模拟信号转换为数字信号 并通过 7107 自带的 BCD 译码器输出数码管所需输入信号 3 数码管显示部分 液晶屏链接 ICL7107 对应的输出接口输入显示信号 显示该数字电压 表的测量值以达到温度信号的 3 位半数字显示效果 多方案的分析以及最优方案的选择与取舍多方案的分析以及最优方案的选

5、择与取舍 方案一的核心是单片机的实践使用 但考虑到本次课程设计的学习重点包括了学习 查阅相关工作手册以懂得 IC 芯片的使用方法 电路仿真 CAD 软件的使用 掌握一定的电 子安装工艺 以及常用电子元器件的技术参数选择等 殊认为虽然选择方案一也能学习到 很多 但选择方案二或方案三则更能体会到本次课程设计中包含的精髓 方案二与方案二的区别在于 ICL7107 以及 ICL7106 芯片的选择以及相对应显示原件 的不同 ICL7107 对应的编码输出驱动的是数码管 而 ICL7106 对应的面码输出驱动的是液 晶显示屏 除此之外 7107 与 7106 芯片的功能和外围电路几近相同 而液晶屏幕与数

6、码管相比 能 耗更低 显示更丰富 但考虑到三位半数字显示温度计无需过多显示方式 而且液晶显示为 背光显示 在光线强度较高的情况下 显示效果较差 考虑到该温度计在日常使用中经常会 遇到日光照射的情况 所以最终选择的显示原件是 LED 数码管 对应的数模转换芯片为 ICL7107 即方案选择为 案思路二 基于 LM35 芯片以 ICL7107 作为核心的三位半数 字显示温度计 三 三 系统设计总体思路系统设计总体思路 1 确定了方案选择后便确定了 LM35 ICL7107 以及共阳数码管的选用了 根据前期的 准备以及预设计方案就可以得到大致的原理框图 2 之后便是根据原理框图 参考各芯片的工作手册

7、设计芯片的偏置电路 外围电路参 数与各个部分之间的衔接方式 作出电路原理图 并在电脑上使用 Multism protues 仿真修改 标准 文案 得到最终电路原理图 3 根据电路原理图购买相关元器件以及万用板 根据实际购得的大小以及所需孔数设 计电路布线图 4 根据布线图焊接电路板 5 最终调试产品并做最终修改 四 四 系统原理框图及工作原理分析系统原理框图及工作原理分析 系统原理框图系统原理框图 双积分 A D转换 电路 计数器 锁存器 译码器 驱动电路 控制逻辑电路 4分频电路 显示器 4位LED数码管 外围震荡电路 A D转换电路 ICL7107 温度传感器 LM35 模拟信号 采集系统

8、 显示系统模数转换系 统 工作原理分析工作原理分析 温度传感器将感受到外界的温度经传感器内部电路处理后输出一个与外界摄氏温 度成线性比例的电压信号 此信号差动输入到 A D 转换器 A D 转换器的双积分器输出信 号通过控制逻辑电路向数据锁存器发出一个锁存信号 锁存器将计数器的数据锁存并经译 码驱动电路 驱动显示器工作 显示感应的温度数值 标准 文案 五 五 系统电路设计及参数计算 主要元器件介绍及选择以系统电路设计及参数计算 主要元器件介绍及选择以 及数据指标的测量及数据指标的测量 一一 主要元器件选择主要元器件选择 1 温度传感器温度传感器 感测温度的产品有多种类型 依特性可概分为膨胀变化

9、型 颜色变化型 电阻变化 型 电流变化型 电压变化型 频率变化型 等 常用的有热敏电阻 热电偶 热电阻 双金属片传感器 集成温度传感器 集成温度传感器是将传感器 信号处理电路集成一体 因而极大地提高了它得性能 它具有测温精度高 线性优良 体积小 稳定性好 输出信 号大 热容量小等优点而广泛被应用 集成温度传感器按输出形式可分为电压型和电流型 按照预期的实验方案 我们需要的是电压变化形的温度传感器 而常见的电压变化型的温度 传感器有 LM35 LM335 其不同点为 LM35 之输出电压是与摄氏温标呈线性关係 而 LM335 则是与凯氏温标呈线性关系 由于我们日常生活使用的温度计量标准为摄氏温标

10、 所以 本次设计产品所用到的芯片为 LM35 2 显示系统显示系统 能实现 3 位半数字显示的简易系统有数码管 LED 与液晶管 LCD 正如前文所说 其中 液晶屏幕与数码管相比 能耗更低 显示更丰富 但考虑到三位半数字显示温度计无需过多显 示方式 而且液晶显示为背光显示 在光线强度较高的情况下 显示效果较差 考虑到该温 度计在日常使用中经常会遇到日光照射的情况 所以最终选择的显示原件是 LED 数码管 3 模数转换系统模数转换系统 模数转换电路的作用是将输入连续变化的模拟信号变换为与其成正比的数字量信 号输出 在进行模 数 即 A D 转换时 通常按取样 保持 量化 编码四个步骤进行 较 常

11、见和使用较多 市面上易找的有双积分型 A D 转换器 双积分型 A D 转换器的优点 转换精度高 成本低 转换精度与积分电阻 积分电容的精度无关 转换器精度与时钟频率的漂移无关 表明其时钟振荡器不一定采用价格较贵的石英晶 体 使用普通的 R C 已满足要求 抗干扰能力强 外围电路简单 其中选用可直接驱动 LED 的双积分型 A D 转换器 ICL7107 或直接驱动液晶显示 LCD 的双积分型 A D 转换器 ICL7106 可以减少芯片外译码驱动电路的设置 大大的 简化了产品电路 ICL7107 与 ICL7106 的外围电路大致相同 区别在于前者驱动的是 LED 后者是 LCD 标准 文案

12、 所以按照之前显示系统的选择 此处模数转换系统我们选择的是 ICL7107 芯片 由于 7107 的低电平输出特性 因此选择的数码管应为共阳数码管 二二 主要元器件的介绍主要元器件的介绍 ICL7107 标准 文案 标准 文案 标准 文案 标准 文案 标准 文案 标准 文案 标准 文案 标准 文案 标准 文案 标准 文案 标准 文案 标准 文案 标准 文案 标准 文案 LM35 温度传感器温度传感器 LM35LM35 中文资料中文资料 引脚图引脚图 封装封装 参数及应用电路参数及应用电路 温度传感器温度传感器 LM35LM35 中文资料中文资料 引脚图引脚图 封装封装 参数及应用电路参数及应用

13、电路 LM35 是由国半公司所生产的温度传感器 其输出电压与摄氏温标呈线性关系 转换公式如式 0 时输出为 0V 每升高 1 输出电压增加 10mV LM35 有多种不同封装型式 外观如图所示 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 其接 脚如图所示 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 温度关系如图 所示 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 50 A 工作电压 较宽 可在 4 20V 的供电电压范围内正常工作非常省电 TO 92 封装引脚图 SO 8 IC 式封装引脚图

14、标准 文案 TO 46 金属罐形封装引脚图 TO 220 塑料封装引脚图 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 150 LM35C LM35CA 40 to 110 LM35D 0 to 100 封装形式与型号关系封装形式与型号关系 TO 46 金属罐形封装引脚图 LM35H LM35AH LM35CH LM35CAH LM35DH TO 220 塑料封装引脚图 LM35DT TO 92 封装引脚图 LM35CZ LM35CAZ LM35DZ SO 8 IC 式封装引脚图 LM35DM Electrical

15、Characteristics 电气特性 注 1 6 LM35ALM35ALM35CALM35CA Parameter 参数 Conditions 条件 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 Units Max 单位 TA 25 0 2 0 5 0 2 0 5 TA 10 0 3 0 3 1 0 Accuracy 精度 注 7 TA TMAX 0 4 1 0 0 4 1 0 标准 文案 TA TMIN 0

16、4 1 0 0 4 1 5 Nonlinearity 非线性 注 8 TMIN TA TMAX 0 18 0 35 0 15 0 3 TMIN TA TMAX 10 0 9 9 10 0 9 9 Sensor Gain 传感器增益 Average Slope 平均斜率 10 1 10 1 mV TA 25 0 4 1 0 0 4 1 0 mV mA Load Regulation 负载调节 注 3 0 IL 1mA TMIN TA TMAX 0 5 3 0 0 5 3 0 mV mA TA 25 0 01 0 05 0 01 0 05 mV V Line Regulation 线 路调整 注 3 4V VS 30V 0 02 0 1 0 02 0 1 mV V VS 5V 25 56 67 56 67 A VS 5V 105 131 91 114 A VS 30V 25 56 2 68 56 2 68 A Quiescent Current 静 态电流 注 9 VS 30V 105 5 133 91 5 116 A 4V VS 30V 25 0 2 1 0 0 2 1 0 A Chan