电子电路课程设计——温度测量仪摘要：本课程设计中通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 温度传感器及其放大电路的设计 ------3.2 A/D 转换电路及数字显示电路的设计 --3.2.1 设计思路 -----------------------3.2.2 数模转换及显示电路--------------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 转换电路及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 …………………………………………………………………301、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）温度测量范围：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 0V～15V 可调（2）可供选择的元器件范围如表 1 所示表 1:器件表2、整体方案设计2.1 数据处理流程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。
温度传感器的测量范围极广，从零下几百℃到零上几千℃，测温精度又各有不同，要根据测温的具体要求（如测温范围、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 1μA/K， 25℃时在 1KΩ 电阻上的输出电压为：298.15mV2.2 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 转换部分及数字电压表部分，以下将做较详尽考虑3、单元电路设计 3.1 温度传感器及其放大电路的设计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、输出电信号大及价格较便宜等优点，LM35 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℃以内，消耗电流最大也只有 70μA，自身发热时测量精度的影响在± 0.1℃以内采用+4V 以上的单电源供电时，测量温度的影响范围为：2℃～ 150℃；而采用双电源供电时，测量温度范围为：-55℃～ +150℃，电压使用范围为 4V～20V。
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② 温度变换及其电压放大模块电路图图 3： 温度变换及电压放大模块图说明：图 3 中的跟随电路 A1 是为了避免后续电路对 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 转换电路及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 数模转换及显示电路一、 A/D 转换电路及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、 模数转换及数字显示电路的数据选取电路：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 100μs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，模拟量的输入电平范围0～5V，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 0000H——0FFFH28C64，13 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0000H——0063H 分别存储 00——99 的 BCD 码即：0000H→00H0001H→01H0002H→02H. .. .0063H→99H5、 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：..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=1KΩ,Rb=100KΩ，则若取C=0.0001uF，则 kHzTFSS71/ 104.0.2.056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=Tg×20mV/℃要想使 Vt〉Vg 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 A3——A0 与 B3——B0 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00~99。
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） 7485 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 A3——A0 与 B3——B0 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ABLIEGO10U?_75..7485 管脚图：用此电路可直接比较 Vt7——Vt0 与 Vg7——Vg0.（4） 选择电路 74157：74157 是一个 A4——A1，B4——B1 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内容本实验将 28C64 输出的 I/07——I/00 连至两个 74157的 A4——A1，再将脉冲置数器的两个 Q1——Q4 连到74157 的两个 B4——B1 端改变 1 管脚电平值实现显示切换超限比较与警报电路如图 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。