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1、基础专业课程设计数显温度计设计与制作四、单元电路设计本设计主要构成部分应该是由模拟传感器、A/D转换分析、驱动电路及显示四部分组成。结构框图大致如下：下面主要详细介绍各个电路的具体功能。1.取样电路设计采用NationalSemiconductor公司的LM35A温度传感器集成芯片，其输出电压与摄氏温标呈线性关系,转换关系为：0输入时，输出为0V,每升高1,输出电压增加lOmVoLM35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较高的准确率。其电源供应模式有单电源与正、负双电源两种，正、负双电源的供电模式可提供负温度的量测；两种接法的静默电流-温度关系，单电源模式在25下
2、静默电流的50UA,非常省电它能将温度与电流形成线性关系，以电压的形式输入A/D转换器进行转换与分析。取样电路设计如下图（1-1）所示：UM35+5VVCC21Q5R5信号电压摘80.6kK347k取样电路图（11）2.译码驱动电路为了让LED正常工作，设计了这个译码驱动电路，这里采用的芯片译码器：CD4511;驱动器：MC1413oCD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码一七段码译码器。CD4511是BCD锁存/七段译码/驱动器：有灯测试功能；以反相器作输出级，用以驱动LED或数码管；具有消隐输入；显示数6时，a=0,显示9时，d=0.1-B,2-C,3-LT（为灯测
3、试输入端）,4-BI（数据输入端），5LE（锁存使能，锁存输入使能），6D,7A,8VSS（电源负极）（A,B,C,D为门电路的输入端）9-e,10-d,11-c,12-b,13-a514-g,15-f,MC14511BCPB116VC215JfLT(3100y14)gBT413)aLE512bD611cA710)dVSS89eMC14511BPINASSIGNMENT16vdd(电源正极)(a,b,c,d,e,f,g为译码输出；显示字符端输出，连接数码管的相应脚)。MC1413是反相驱动器，他的功能是用各种电路的后级驱动设备，对前级电路的影响很小。3. A/D转换电路在这部分电路里面，主要就
4、是用MC14433集成A/D转换器，这与其强大的功能是离不开的。.MC14433是美国Motorola公司推出的单片3又1/2位A/D转换器，其中集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路。具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器oMC14433最主要的用途是数字电压表，数字温度计等各类数字化仪表及计算机数据采集系统的A/D转换接口。如原理图中，R】、R/G、CO】、g、CLKI、CLKO分别为构成积分器、自动调零补偿电路及改变电路时钟频率电路。这里用的是常用的参数，
5、时钟频率66KHz,U.Uag则为输入信号的两极，Ur为参照电压，即A/D转换最大电压，能过对Ik与Ur的调节，可以将传感器输出的电压信号正确地从零开始线性增加，这也是本电路设计的核心部分，通过这个设置，还可以扩大数字温度计的适用范围，对显示部分电路稍作修改就可以对开尔文温度直接显示，只是精度有改变了。Di稳压管是为确保输入的电压不超过A/D转换器的转换范围。另外，芯片工作采用的是双电压工作的。其主要功能特性如下：精度：读数的土0.05%1字 模拟电压输入量程：1.999V和199.9mV两档转换速率：2-25次/s输入阻抗：大于1000MQ 电源电压：4.8V8V功耗：8mW(5V电源电压时
6、，典型值)采用字位动态扫描BCD码输出方式，即千、百、VAGND1=24VDDVREF223Q3Vx322Q2R1421Q1R1/C15620Q0C1619DS1C01718DS2C028s17DS3DU916DS4CLK11015ORCLKO1114EOCVEE1213Vss十、个位BCD码分时在Q0Q3轮流输出，同时在DS1-DS4输出同步字位选通脉冲，很方便实现LED的动态显示。MC14433采用24引线双列直插式封装，外引线排列，参考下图所示的引脚标注，各主要引脚功能说明如下：(1) 端：Vag,模拟地，是高阻输入端，作为输入被测电压Ux和基准电压Vref的参考点地。(2) 端：Rre
7、f,外接基准电压输入端。(3) 端：Ux,是被测电压输入端。(4) 端：Ri,外接积分电阻端。(5) 端：Ri/Ci,外接积分元件电阻和电容的公共接点。(6) 端，C1,外接积分电容端，积分波形由该端输出。和(8)端：Coi和C02,外接失调补偿电容端。推荐外接失调补偿电容C。取O.lpFo(9)端：DU,实时输出控制端，主要控制转换结果的输出，若在双积分放电周期即阶段5开始前，在DU端输入一正脉冲，则该周期转换结果将被送入输出锁存器并经多路开关输出，否则输出端继续输出锁存器中原来的转换结果。若该通过一电阻和EOC短接，则每次转换的结果都将被输出。(10) 端：CPI(CLKI),时钟信号输入
8、端。(11) 端：CPO(CLKO),时钟信号输出端。(12) 端：Vee,负电源端，是整个电路的电源最负端，主要作为模拟电路部分的负电源，该端典型电流约为0.8mA,所有输出驱动电路的电流不流过该端，而是流向Vss端。(13) 端:Vss负电源端.(14) 端：EOC,转换周期结束标志输出端，每一A/D转换周期结束，EOC端输出一正脉冲，其脉冲宽度为时钟信号周期的1/2o(15) 端：OR,过量程标志输出端，当|UX|Vref时，OR输出低电平，正常量程OR为高电平。(16) (19)端：对应为DS4DSi,分别是多路调制选通脉冲信号个位、十位、百位和千位输出端，当DS端输出高电平时，表示此
9、刻QoQ3输出的BCD代码是该对应位上的数据。(20)(23)端：对应为QoQ3,分别是A/D转换结果数据输出BCD代码的最低位(LSB)、次低位、次高位和最高位输出端。(24)端：Vdd,整个电路的正电源端。4. 显示电路显示电路主要是由三个LED七段显示器，从左到右分别为百位、十位、个位及小数位。cmsrs9显示电路图(41)五. 总原理及元件清单1.总原理：测温显示原理：温度的采集采用LM35温度传感器，因为要实现温度的数字显示，就必须有A/D转换。在本电路中，是以Motorola公司生产的A/D转换器MCI4433为核心。采集到的信号由A/D转换器(Pin3(Vx)一被测电压的输入端)
10、输入，转换后的BCD码由A/D转换器(Pin20、21、22、23(Q0、QI、Q2、Q3)BCD码数据输出端)分别送到译码器的4个输入端,译码器的译码后送入LED数码管的各个字形口。字位由A/D转换器Pinl6、17、18、19(DS4、DS3、DS2、DS1)多路选通脉冲输出端送到反相驱动器MC1413,再由MC1413中的4个达林顿复合晶体管驱动。DS1、DS2、DS3和DS4分别对应千位、百位、十位、个位选通信号。当某一位DS信号有效(高电平)时，所对应的数据从QO、QI、Q2和Q3输出，两个选通脉冲之间的间隔为2个时钟周期，以保证数据有充分的稳定时间。1、A/D转换器(MC14433
11、)：将输入的模拟信号转换成数字信号。2、基准电源(MC1403)：提供精密电压，供A/D转换器作参考电压。3、译码器(MC4511)：将二一十进制(BCD)码转换成七段信号。4、驱动器(MC1413)：驱动显示器的a,b,c,d,e,f,g七个发光段,5、驱动发光数码管(LED)进行显示。6、显示器：将译码器输出的七段信号进行数字显示，读出A/D转换结果。工作过程如下：数字显示电压部分，A/D转换通过位选信号DS1-DS4进行动态扫描显示，由于MC14433电路的A/D转换结果是采用BCD码多路调制方法输出，只要配上一块译码器，就可以将转换结果以数字方式实现四位数字的LED发光数码管动态扫描显
12、示。DS1-DS4输出多路调制选通脉冲信号。DS选通脉冲为高电平时表示对应的数位被选通，此时该位数据在Q0Q3端输出。每个DS选通脉冲高电平宽度为18个时钟脉冲周期，两个相邻选通脉冲之间间隔2个时钟脉冲周期。DS和EOC的时序关系是在EOC脉冲结束后，紧接着是DS1输出正脉冲。以下依次为DS2,DS3和DS4。其中DS1对应最高位(MSD),DS4则对应最低位(LSD)o在对应DS2,DS3和DS4选通期间，Q0Q3输出BCD全位数据，即以8421码方式输出对应的数字。9.在DS1选通期间,Q0Q3输出千位的半位数0或I及过量程、欠量程和极性标志信号。在位选信号DS1选通期间Q0Q3的输出内容
13、如下：Q3表示千位数，Q3=0代表千位数的数宇显示为1,Q3=l代表千位数的数字显示为0。Q2表示被测电压的极性，Q2的电平为示,表示极性为正，艮PUX0,Q2的电平为0,表示极性为负，即UXX为负电压时，Q2端输出置、Q2负号控制位使得驱动器不工作，通过限流电阻RM使显示器的(即g段)点亮；当输入信号UX为正电压时，Q2端输出置、负号控制位使达林顿驱动器导通,电阻RM接地，使、旁路而熄灭。小数点显示是由正电源通过限流电阻RDP供电燃亮小数点。若量程不同则选通对应的小数点。过量程是当输入电压UX超过量程范围时，输出过量程标志信号OR。当OR=0时，|UX|1999,则溢出。|UX|UR则OR输
14、出低电平；当OR=1时，表示|UX|R。平时OR输出为高电平，表示被测量在量程内。MC14433的OR端与MC4511的消隐端BI直接相连，当UX超出量程范围时，OR输出低电平，即OR=0-BI=0,MC4511译码器输出全0,使发光数码管显示数字熄灭，而负号和小数点依然发亮。总原理图如下(5-1)所示：VddFVMC1403理压块一一.5SVLU输入电压一3MCI443318470kOBCD“7段译码器MC451I35%d5V11It15IIMCLI4335100X7CZ1CZ数百0Rd;共阴极LED数码管数百0位控信号总原理图(5-1)121516II构性负号控制521下表1为元器件清单:编号名称规格大小数量芯片LM35、MC14433、CD45U各1片R2、R12电阻100K2R13电阻51K1R15、R16电阻1002D2稳压二极管IV1R14电阻470K1C3、C4电容0.luF2R17电阻300K1Q2Q3三极管PNP2U4、U5、U12LEDLED3表1六、安装与调试因该设计方案以模电知识为主，需要的器件在PROTUES仿真软件的元件库中难以找到，使得原理设计在软件的仿真难以实现，于是我们先通过在实验室提供的试验箱上面搭建线
