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1、目录2. 目录I摘要I1.绪论1课程设计主要内容及要求22.1设计内容222基本要求2方案设计与认证34电路设计原理分析及仿真44.1设计原理44.2电路参考原理图55. 4.3电路工作原理分析5温度传感器54.3.2四路选择及控制部分84.3.3A/D转换部分及显示部分8电路的组装与调试115.1 电路的组装116. 电路的调试11设计心得13参考文献14摘要本文介绍了一种采用中规模集成模块进行设计的4路温度测控电路的设计方法，本次设计包含四大部分：温度信号检测及放大部分、数字控制部分、A/D转换部分及数字显示部分.本系统可以对四路温度进行巡回检测，其测量范围0C100C,可用于工业生产、农
2、业生产、粮仓温度测量等方面，具有实用性强、可靠性高、测量精度高等特点关键词：温度信号检测；放大；数字控制；A/D转换；数字显示1绪论电子技术课程设计是在模拟电子技术基础和数字电子技术的理论教学和实验教学基础上，进行的实践性教学环节。其目的是使学生较系统掌握一般电子电路的设计方法。提高学生综合分析问题和解决实际问题的能力，为学习后续课程和从事相关专业研究奠定基础。本课程的基本知识教学目标与能力目标是：通过理论和实践教学，使学生了解四路温度检测电路的工作原理，特性参数及微变等效电路，掌握数字电子技术基础单元电路的线路组成、基本工作原理、分析方法、技术要求及一些典型集成电路的实际应用，并且具备一定的
3、理论水平和足够的实践技能，以及使用先进仿真软件的能力，为进一步学习、掌握电子、通讯技术的专业知识和职业技能打下基础。温度是表征物体冷热程度的物理量，本课程设计针对生产中常遇到的多路温度测控问题，提出以中规模集成模块为核心的4路温度测控仪表的设计方案，该系统设计还具有结构紧凑，测量精度高，抗干扰能力强测温范围广。根据本设计，可以扩展成多路温度测控。总之，通过本次课程设计，不仅可以使我们更好的理解温度检测的原理，增加我们探索数字电路的兴趣，还可以让我们在理论学习中结合动手实践，从而进一步的提高自己的综合能力。2.课程设计主要内容及要求2.1设计内容设计一个能够巡回检测四点温度的电路，具有定点显示和
4、巡回显示回路号和相同回路温度值功能，并且具有温度超限报警功能。2.2基本要求(1) 温度检测点4个；(2) 温度检测范围：0C100C；检测误差土0.1C；一1采用LED数码显示，显示位数3丄位；2(3) 能自动巡回检测各点，每点观察时间至少5秒，并且可调;(4) 能人工控制通道转换和显示通道号及相应温度值；(5) 具有超限报警功能(100C,0C)和报警显示功能3.方案设计与认证根据题目要求，整个电路分为三大部分：温度传感放大部分、多路选择及控制部分、显示模块。此外，还包括电源部分。方案一:铂电阻测温是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器，由于其测量准确度高、测量范围大、复现性和
5、稳定性好等，被广泛用于中温范围的温度测量中。但在这种检测电路中，不平衡电桥中以及铂电阻的阻值和温度之间的非线性特性给最后的温度测量来了一定的误差，不但增加了电路的复杂性，而且由于包括传感器在内的各种硬件本身的缺陷和弱点,所以往往难以达到较高的指标要求。万案一:PN结温度传感器是利用晶体二极管或三极管的P-N结电压随温度的变化而变化。例如硅管的PN结的电压温度每升高摄氏一度时，电压约下降1mV。这种传感器有较好的线性度，灵敏度高，热时间常数约0.2s2s,其测温范围为-50150C。可用于一些高要求的温度检测。又数码管显示电路较为精确，加上选择电路后使用芯片DH7107,然后与数码管相连，组成A
6、/D转换部分和数字显示部分。电路简单可靠，精确度不高但价格适中，较AD590更为经济适用。综上所述，采用方案二作为四路温度检测的电路。4电路设计原理分析及仿真4.1设计原理整个电路由五部分组成：（1）温度传感放大部分；（2）多路选择及控制部分；（3）超限比较报警部分；（4）稳压电源部分；（5）A/D转换和数字显示部分电路设计原理框图如下图1所示温度传感多路选择A/D转换和数字及放大及控制显示超限比较报警图4-1四路温度设计原理框图4.2电路参考原理图电路设计参考原理图如下图2所示I/V和K/C变换七厨LED數码愿示黑显示译码器和栄动器%心转换器AD5丸&V佯择控制选释器_Ft+12VQD1(l
7、uA/K)Vt辛冬路数据稳压电源+110K-L2VJ-1-12V+5、oV-5VJVrVt超限报Vc譽显示图4-2四路温度检测电路设计参考电路图4.3电路工作原理分析4.3.1温度传感器温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪等等。随着生产的发展，新型温度传感器还会涌现。PN结温敏二极管是一种新型感温元件。它与传统的测温元件相比，具有线性好，灵度高，响应快，稳定性好，不需要冷端补偿，使用方便等特点。图4-3P
8、N结温度传感器应用电路图4-1是采用PN结温度传感器的数字式温度计，测温范围-50150C,分辨率为0.1C,在0100C范围内精度可达土C。图中的R1,R2,D,W1组成测温电桥，其输出信号接差动放大器A1，经放大后的信号输入02.000V数字式电压表（DVM）显示。放大后的灵敏度10mV/C。A2接成电压跟随器。与W2配合可调节放大器A1的增益。通过PN结温度传感器的工作电流不能过大，以免二极管自身的温升影响测量精度。一般工作电流为100300mA。采用恒流源作为传感器的工作电流较为复杂，一般采用恒压源供电，但必须有较好的稳压精度。硅管的PN结的结电压在温度每升高1C时，下降-2mV,利用
9、这种特性，一般可以直接采用二极管（如玻璃封装的开关二极管1N4148或采用硅三极管（可将集电极和基极短接）接成二极管来做PN结温度传感器。温度探头选取IN4148二极管，其价格便宜，稳定性好，体积小巧，其温度特性约为每升高1C时下降-2mV,因此电路做好后需调节使输出特性为每升高1C时上升10mV放大部分的芯片采用LM324，此芯片的引脚图如下:图4-4LM324引脚图主要性能参数： 能与所有形式的逻辑电路兼容；低功耗（800UA）,适于电池供电场合;电源工作电压范围宽：单电源：330V;双电源：.5V5V;很高的增益，AVo=1OOdB;内设补偿及温度补偿电路；LM324系列器件为价格便宜的
10、带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。具有低偏置电流：最大100nA。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。432四路选择及控制部分该电路设计方案如下:图4-5四路选择及控制输出部分此部分由555定时器和74LS160、74LS161、CD4051/CD4052构成。在此电路中，555定时器提供稳定单脉冲，CD4051/CD4052的地址端控制上一级输入放大信号，然后循环输出，每隔5秒将输出信号改变一次，输出
11、信号直接进入下一级，即AD转换部分及显示电路。此电路的设计是四路温度检测的中心，除去此部分，该电路可视为数字温度计。只可以检测一点的温度。而在该课设中，设计提供了四个甚至多个检测点，具有多路循环检测功能。433A/D转换部分及显示部分 此部分由ICL7107和七段共阳极数码管组成，功能是将模拟信号转为数字信号并通过数码管显示出来ICL7107是3i/2位双积分型A/D转换器，属于CMO大规模集成电路，它的最大显示值为士1999,最小分辨率为100uV,转换精度为0.05士1个字。 能直ICL7107是3i/2位双积分型A/D转换器，属于CMOS大规模集成电路，它的最大接驱动共阳极LED数码管，
12、不需要另加驱动器件，使整机线路简化，采用士5V两组电源供电，并将第21脚的GND接第30脚的IN。 在芯片内部从V+与COM之间有一个稳定性很高的2.8V基准电源，通过电阻分压器可获得所需的基准电压Vref。 能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动极性显示功能。 输入阻抗高，对输入信号无衰减作用。 整机组装方便，无需外加有源器件，配上电阻、电容和LED共阳极数码管，就能构成一只直流数字电压表头。 噪音低，温漂小，具有良好的可靠性，寿命长。 芯片本身功耗小于15mw（不包括LED）。 不设有一专门的小数点驱动信号。使用时可将LED共阳极数数码管公共阳极接V+. 可以方便的进行功能检查。ICL71
13、07管脚图及其电路图4-6AD转换部分及显示部分-d1VIM+V+Al日tClDIACDUElFlVIN-01VBUFF62C2沁皿E2VINTF2G2CREf*A3阳CREF-VREf*阳VREF.E3F3TEST閃0SC1POLOSC3V-jNDCOM:模拟信号公共端，简称“模拟地”，使用时一般与输入信号的负端以及基准电压的负极相连。TEST:测试端，该端经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地，故也称“逻辑地”或“数字地”。VRE阡VREF-:基准电压正负端。CREF外接基准电容端。INT:27是一个积分电容器，必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件IN+和IN-:模拟
14、量输入端，分别接输入信号的正端和负端。AZ:积分器和比较器的反向输入端，接自动调零电容CAz。如果应用在200mV满刻度的场合是使用0.47卩F,而2V满刻度是0.047卩F。BUF缓冲放大器输出端，接积分电阻Rint。其输出级的无功电流(idlingcurrent)是100卩A,而缓冲器与积分器能够供给20卩A的驱动电流，从此脚接一个Rint至积分电容器，其值在满刻度200mV寸选用47K,而2V满刻度则使用470&电路的组装与调试5.1电路的组装在设计好完整的电路图之后，买来元器件，准备好焊接工具即可以开始安装。在安装过程中，我先将整体元件布局规划了一下，然后按照芯片，电阻，电容，二极管的
15、顺序将元件一次焊接到位。在焊接的过程中，我得出一下注意细节问题：电阻陶瓷电容不用分正负极，但必须要注意电阻值和电容量不能弄错。二极管的正负一定要分清楚。元件焊接时间最好控制在23秒，力求元件安装到位并且美观，多次检查无误后即可通电调试，使用。5.2电路的调试按上述五部分设计电路，计算并选择元器件之后，按电路进行搭接，搭接完毕要进行复查。特别要注意是否有短路现象，各元器件的电源引脚和地（GND）引脚是否有错接和漏接之处，确信检查无误后方可调试。（1）单元电路调试单元电路调试要分部分调试，将各部分之间的信号连线断开。调试时应先调试各部分电路，不要进行整体综合调试。分部分调试可以将故障局限于一个小的范围内，有利于查找和排除故障。将各部分进行调试时一定按照各部分的功能及指标要求进行调试，逐步排除故障，首先调试电源，然
