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1、电子电路实验3综合设计总结报告题目：温度测量数显控制仪的设计实现班级:学号:姓名：成绩:日期:一、摘 要本次实验制作一种温度控制的数字显示控制仪器,重要分为温度采集、电阻/电压转换器、/D转换器、控制电路和显示电路这五个模块。温度采集部分用pt100铂电阻来实现，当温度变化时，铂电阻的阻值发生变化,铂电阻的每一种阻值都与温度一一相应，电阻电压转换器将铂电阻的阻值转化成容易测量的电压值,在京A/D转化器将模拟电压值转换为数字电压值,最后由数码管显示。当温度超过设定值之后,系统自动启动报警装置，蜂鸣器响起,发光二极管常亮,小电扇随之转动以达到降温效果。本实验成果可以满足对温度测量精度规定较高的场合
2、的需求,其测量范畴为500,精度容许误差为,精度较高。二、设计任务.1 设计选题 选题十五 温度测量数显控制仪的设计实现22 设计任务规定设计一种可在一定温度范畴进行温度测量与控制的温度测量数显控制仪。该仪器测量温度的范畴为-50200，可以对温度值进行数字显示(可显示温度测量值和设定温度值两种),其测量误差为1。 当超过某一设定温度上限值时（如30)，能声光报警,并启动电扇。三、方案设计与论证 电路可由温度采集（传感器)、电阻/电压转换器、A/转换器、控制电路和显示电路构成。温度由t0铂电阻采集,通过一种比例放大器将电阻值转换为电压值,为了增长带载能力同步又不变化电压值,在其后增长一种电压跟
3、随器。转换器集成在芯片IC7107中,输出的数字信号直接显示在数码管上。控制电路用比较器与电压跟随器输出相连，当电压超过一定值之后控制电路工作。系统方框图见图1。图 系统方框图此方案A/D转换器使用IC77，内部设有参照电压、七段译码器、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零、参照源和时钟系统等功能。满足本选题的技术指标规定,并且硬件电路构造简朴,易于实现。四、 电路单元参数的选定和设计实现.1温度采集 温度采集电路采用pt100铂电阻,该电阻在不同的温度下显示不同的电阻值,有良好的一一相应关系,测量精确。电阻与温度对照表如下。温度-502502501002150750电阻8.3190.1
4、0109.31.0128.818.547.9151166.61175.84表1 t00电阻温度对照表4. 电阻电压转换电路电阻电压转换电路采用比例放大器图2 电阻/电压转换电路在输入端用一种锗二极管控制输入电压在03左右。由于比例放大器输入端电流基本为0,故流经R的电流与二极管的电流基本上相等。VR2，可知2大概选用千欧级别,此处选用0欧。比例放大器对电压的放大关系式为:A1Rf1,为了使输出电压在可控范畴内，令1为3。当外界温度为5时,铂电阻为8.31,放大器的输出为U（13133）0.3=.3V；当外界温度为0时,铂电阻为175.，放大器的输出为Uo=（+75.24/3)0.3=1.V。在
5、-5 20,输出电压在.0390间。在电阻电压转换电路后,接一电压跟随器，提高带负载的能力。4.3 D转换电路 A/D转换电路的重要芯片为710，该芯片涉及3 1/2位数字A转换器,可直接驱动发光二极管(ED)。内部设有参照电压、七段译码器、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零、参照源和时钟系统等功能。将高性能、低功耗和低成本较好的结合在一起,它有低于1的自动校零功能,零漂不不小于1/,低于的输入电流，极性转换误差不不小于一种字。真正的差动输入和差动参照源广泛用于多种单片测量单元。ICL717及外围电路如下。图3 ICL7及外围电路将测量转换后的电压输出接到IC71的IN+引脚,当温度为
6、50时,调节2引脚的电阻分压值，以变化N-的电压值;当温度为20时，调节5引脚的电阻分压值,以变化E+的电压值。;事实上，温度与N+、I-、VEF+之间有如下公式关系 其中，为设定的温度，当温度为-0和20时,可列得方程组: 当温度为0和200时,IN+可通过实验测得，代入上式解方程组即可懂得N和RE的值,调节分压电阻即可使上述两个电压值与理论相符。4. 显示电路显示电路采用四个七段共阳数码管,由于ICL70内部集成了七段译码器和显示驱动，因此这一部分只需将数码管直接与IC10相连即可。4.5 控制电路电路图如下。图 控制电路控制电路是在电压跟随器背面加一种电压比较器,电压比较器的原理是进入的
7、电压信号若比设定的高，则门路反转,输出的电压为输入电压的负值。电压比较器背面接控制电路的工作部分,采用价格经济的P三极管驱动，当三极管基极电压转为负值,在集电极和发射极之间,三极管就可以正常工作,发光二极管、蜂鸣器和电扇就可以正常工作。五、装调测试过程1 测试仪器 直流电源 5.2 常温下pt10的电阻值测量常温下铂电阻阻值为10,查表可知当时的室温为26。5.温度采集及电阻/电压转换器的测试 二极管的正极电压为0283为了验证前两个模块的精确性,调试过程中测试了四组数据,分别问-50、26(测量的室温)和200时电压跟随器前与电压跟随器之后的电压值,列表如下:温度()-500600R(）0.
8、100110.2584跟随器前电压(V)091141.4804跟随器后电压（V）91.1401.245787表 测量数据测量成果为输出在0.990.788之间,与理论值1.031.相差不大,可继续进行实验。5.4 /D转换器与显示模块的测试根据5测得的数据可列得方程组： 解方程组可求得N-=1.,REF=3.V。为了调节以便，将和R换为20K(记为RP4）和10K(记为)电位器。将RP和RP2接近芯片的一段阻值设立为0,则远离芯片的一端阻值调为30。根据分压原理有：解得RP14.77，RP=3.67K。 按照求得的值调节电路电位器和5，使得N-和VE与方程组求得的值相等。用-50和20时的电阻
9、值测试,如果A/D转换显示出的成果与理论不符,则在此基本上微调RP1和RP，始终达到没有温度误差,并用时的电阻值验证使之精确无误。由于实验不是一次性完毕，电路板与电源多次连接所测得的电压值不一定一致，本次实验再次测时由于I(0)和IN+（20)的电压值变化，导致计算成果有所变动,用以上措施再次计算,最后得到的成果为IN+(50）1082V,IN+(200)=1810,N-1228，VREF=2.12V，此时的R和RP接入电路的阻值分别为3K和42K,将此值应用于电路中,验证显示无误。5. 控制电路的测量将开关打到2档，使控制电路与/D转换模块相连，调节P使得数码管显示温度为40,即报警温度为0
10、,再将开关打到档，给铂电阻升温，数码管显示的温度始终上升,当显示为0时,发光二极管亮起,蜂鸣器报警,电扇开始转动进行降温。测得各引脚电压如下。运放7引脚运放8引脚Uebc报警前(0)103.833.83-46报警后(=0)3.39-339-.81-.5当温度达到报警温度是,运放8引脚的电压值与运放7引脚的电压值互为相反数,这阐明反相器工作,将输入电压反转，提供应三极管工作的电压。六、实验注意事项及重要也许故障分析6.1对作品的评估及存在问题本作品经测试，精度达到题目规定，有良好的测温功能及超温报警功能，可应用于家庭、冷库等地方,小巧便捷。唯一局限性的是没有加入20V民用电源转换成5V直流电的部
11、分,实验中使用的稳压电源来进行的测试。6.2实验中遇到的问题及解决措施在本次实验中我遇到了许多问题,特别是在A/D转换与数码管显示部分的调试耗费了许多时间。1. 没有通过计算就直接调电位器RP1和RP2,在实验中的效果是数码管数字变化范畴不大。通过计算之后发现R1和RP 对变化分压值作用不是很大,于是运用公式计算出大体电阻值,将和R变为电位器,以便调试。2. 在理解温度与电压关系的公式上遇到了问题。一开始并没有真正理解电路及原理,没有弄清究竟有多少个未知数。在通过教师的解说之后就可以理解并纯熟应用了。3. 模拟100的电位器是旧的，也许是由于拧的次数多了，阻值锁定效果失灵,导致第一次将电阻调制
12、4，在不动的状况下再次测量阻值会自己跳变成0左右,导致每次测试数码管显示都无法校准。一开始没有想到是电位器的因素因此耽误了两天的时间调A，查到这个因素之后换了一种新的电位器则解决了这一问题。4. 在用电位器模拟T1的时候,不同的温度需要变化成不同的阻值。一开始为了节省时间与以便，在连接电的状况下直接设定的电位器,多次测试未果，反复从现象找到了因素,发现阻值与不连电的时候会有10左右的电阻差,再次测量的时候断电,电阻值变的精确,A转换器调好。.心得体会本次实验做的还算顺利，A/D转换模块耗费了最久的时间，但是在浮现问题解决问题的过程中自己学到了诸多,可以独立排查,懂得了什么样的问题该如何排查,如
13、何解决，这是之前所不能的。除了这一部分其她模块都很顺利，涉及电路的焊接与数据测试都没有差错。这次实验巩固了模拟电子线路知识，增强了自行查资料识芯片的技能，收获良多。七、参照文献1谢红模拟电子技术基本(第3版)哈尔滨工程大学出版社 月版 电压比较器基本简介及典型电路 电子发热友网站3 ICL717中文资料 电子发热友网站 附录 系统电路图附录2 元器件清单原件数量万用板1ICL7107LM3241IP401I4共阳数码管5011SR4发光二极管1二极管N61Pt10电扇蜂鸣器1三极管8550电位器2011电位器503电位器031电位器201电容2241电容102电容4731电容10电阻31电阻01电阻2001电阻3601电阻510电阻.3电阻.8电阻1K电阻00K1电阻4701排针1附录实物照片
