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1、电子技术综合实验实验报告题目：数显温度计姓 名:学 号：一学 院：一年 级：指导老师：一、设计任务温度计是工农业生产及科学研究中最常用的测量仪表， 本实验要求用中小规模集成芯片设计并制作一数字式温度 计，即用数字显示被测温度。具体要求如下：1、温度测量范围为0100C；2、测量精度0.1 C；3、4位LED数码管显示对应的温度值（000.0100.0）；4、每秒更新数据2次以上。扩展部分（选作）：温度超过40C报警，也可自行发挥。二、原理框图传感器 、A/D转化 数码管驱 温度显示温度采集/动1/三、功能电路设计及参数计算（每个相关功能模 块的具体电路图、相应工作原理说明及器件参数的估算）1、
2、通过温度传感器LM35采集到温度信号，经过整形电路送 到A/D转换器，然后通过译码器驱动数码管显示温度。ICL7107集A/D转换和译码器于一体，可以直接驱动数码管， 省去了译码器的接线，使电路精简了不少，而且成本也不是 很高ICL7107只需要很少的外部元件就可以精确测量0到 200mv电压，LM35本身就可以将温度线性转换成电压输出。 综上所述，采用LM35采集信号，用ICL7107驱动数码管实 现信号的显示。2、ICL7107工作原理双积分型A/D转换器ICL7107是一种间接A/D转换器。 它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输 入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然
3、后利用脉冲 时间间隔，进而得出相应的数字性输出。它的原理性框图如图所示，它包括积分器、比较器、计 数器，控制逻辑和时钟信号源。积分器是A/D转换器的心脏， 在一个测量周期内，积分器先后对输入信号电压和基准电压 进行两次积分。比较器将积分器的输出信号与零电平进行比 较，比较的结果作为数字电路的控制信一号。时钟信号源的 标准周期Tc作为测量时间间隔的标准时间。它是由内部的 两个反向器以及外部的RC组成的。其振荡周期 Tc=2RCIn1.5=2.2RCICL7106A/D转换器原理计数器对反向积分过程的时钟脉冲进行计数。控制逻辑 包括分频器、译码器、相位驱动器、控制器和锁存器。分频 器用来对时钟脉冲
4、逐渐分频，得到所需的计数脉冲fc和共 阳极LED数码管公共电极所需的方波信号fc。译码器为 BCD-7段译码器，将计数器的BCD码译成LED数码管七段笔 画组成数字的相应编码。驱动器是将译码器输出对应于共阳 极数码管七段笔画的逻辑电平变成驱动相应笔画的方波。控制器的作用有三个：第一，识别积分器的工作状态， 适时发出控制信号，使各模拟开关接通或断开，A/D转换器 能循环进行。第二，识别输入电压极性，控制LED数码管的 负号显示。第二，当输入电压超量限时发出溢出信号，使千 位显示“1”，其余码全部熄灭。用锁存器用来存放A/D转换的结果，锁存器的输出经译码器 后驱动LED。它的每个测量周期自动调零（
5、AZ）、信号积分（INT）和反向积分（DE）三个阶段。第一阶段：自动调零阶段AZ。转换开始前（转换控制信号 VL=0），先将计时器清零，并接通开关S0，使积分电容C 完全放电。第二阶段：信号积分INT。令开关S1合到输入信号V1 一侧， 积分器对V1进行固定时间Tl的积分，积分结果为：L 4 VTV =” C RRC上式说明，在Tl固定条件下V0与VI成正比。第三阶段：反向积分DE。令开关S1转至参考电压VREF 一侧， 积分器反向积分。如果积分器的输出电压上升至必零时，所 经过的积分时间T2则可得，故可得到：七=鸟马卜工=。C J RC_ZL三2-RC 心 RC 1可见，反向积分到V0=0这
6、段时间T2与Vl成正比。令时钟 脉冲CD的周期为Tc，计数扔器在T2时间内计数值为N得: T2=NTc代入上式得：分析可知：T1,Tc，VREF固定不变，计数值N仅与VIN成正 比，实现了模拟量到数字量的转变。下面介绍A/D转化过程的时间分配。假设时钟脉冲频率为40KHz，每个周期为4000Tc,如图3所示，每个测量周期中三个阶段工作自动循环。双积分型A/D转换器的电压波形图各阶段时间分配如下 信号积分时间Tl用1000Tc。 信号反向积分时间T2用0 2000Tc，这段时间的长短是 由VIN的大小决定的。 自动调零时间T0用1000 3000Tc。从上面的分析可知，Tl侍定不变的，但T2随V
7、IN的大小而 改变。因为，务=噂*0 上一 %选基准电压VRFF = 100.0mv ,由：J.-.得：VIN=0.1N 满量程时N=2000,同样由上式可导出满量程时VIN与基准电压的关系为：VIN=2VREF 。为了提高仪表的抗干扰能力，通常选定的采样时间Tl为工频周期的整数倍。我国采用50Hz交流电网，其周期为20ms，应选T1=nX20ms。n= 1,2,3n越大，对串模干扰的抑制能力越强，但n越大， A/D转换的时间越长。因此，一般取T1=100ms，即f0 = 40KHz。 由 T0=2RC105=2.2RC，得1_ 0.45万厂式中T0为振荡周期。3、LM35的工作原理LM35是
8、一种得到广泛使用的温度传感器。由于它采用 内部补偿，所以输出可以从0C开始。LM35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到 1/4C的准确率。其电源供应模式有单电源与正负双电源两 种，其引脚如图所示，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，在静止温度中自热 效应低(0.08C)，单电源模式在25C下静止电流约50A，X 作电压较宽，可在420V的供电电压范围内正常工作非常 省电。工作电压430V，在上述电压范围以内，芯片从电源 吸收的电流几乎是不变的(约50pA)，所以芯片自身几乎没 有散热的问题。这么小的电流也使得该芯片在某些应用
9、中特 别适合，比如在电池供电的场合中，输出可以由第三个引脚 取出，根本无需校准。目前，已有两种型号的LM35可以提供使用。LM35DZ 输出为0C100C。计算公式：侦球0）二10山*葺。+V01LM351O 当 R= e 、 时OuA输出二+15DE时为15WMV=输出=+251C 时为2SDMV-Vs-输出=-551C时为-550MV4、数码管显示数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阴极是把所有 LED的阳极连接到共同接点com，而每一 LED的阴极分别为 a,b,c,d,e,f,g及sp （小数点），在本次设计当中，由于 ICL7107的特点，它只能驱动共阳极数码管，故我们要选用 共阳极
10、七段数码管。在连接数码管时，我们要注意数码管各 个管脚所对应的字母，不能接错或接漏，而且在管脚之前要 接上电阻，以免烧坏芯片和数码管。下图为ICL7107与LED接线电路图：1、通过公式R= (-VS) /50uA将Vs= -5代入计算出电阻 R=100k 欧2、要求每秒要有2个读数以上。由计算公式f=0.45/RC,我 们可采用R=100k、C=100pf ,经计算得f=48KHZ,从而实现每 秒有3个读数。具体系统振荡电路图如下：3、要选择较好的积分电阻、积分电容、自动校零电容。积 分电阻必须足够大，以使在整个输入信号范围内的积分电流 落在这个线性度很好的区间，对于2V的满量程，积分电阻
11、R3=470K，在每秒3个读数时，积分电容选C3=0.22uf， 自动校零电C4选0.047uf。具体电路接线，相关原理图如下 图：再者，我们选用01uf的参考电容连接方法如下图所示:CREF+ 34）g辜嘉4、振荡器频率：由fosc=0.45/RC与R=100k C=100p算得 fosc=45KHZ 积分时钟频率：Fclock=fosc/4=11.25KHZ积分周期：tINT=1000*（4/fosc）最佳积分电容：IINT=4uA满量程输入电压：VINFS=2V积分电阻：RINT=VINFS/IINT=2/0.000004=500K 我们选 470K 电阻即可积分电容：CINT=(tIN
12、T)(IINT)/VINT五、焊接调试（试验过程出现的问题，故障排除的思路， 实验板的功能测试结果）我开始对实验的无从下手，以及后来设计和连线过程中 遇到的很多细节上的问题，经过老师的指导和同学的帮助， 都成功的的解决并取得了很好的效果。在调试电路错误的过 程中我也获得了很多排查电路错误的理论方法和实际经验。1.试验过程中，数码管的小数点没有亮，还有部分数 码管的显示段也不亮。故障排除的思路：通过对照电路图和焊接的电路板， 发现数码管的第5脚（小数点）所接的电阻没接地，通过连 线把电阻接地。对照电路图把缺的线补上。2.在实验过程中，虚焊问题使得数码管显示十分不稳 定，另一方面，由于电路板上相邻
13、的两条焊锡的线很容易短 接使数码管显示更不稳定。故障排除的思路：运用万用表的仔细排查虚焊和短接的 电路。然后，再用烙铁把整个电路线路重新加固一遍，至此 数码管显示就清晰了。这点问题也是我们在做实验时经常忽 略掉的，说明在焊接方法上我还需要继续提高。本次实验中我没有将管脚和线路接错，布局和设计还是 比较合理的，这给调试带来了方便。实验板的功能测试结果：在室温下，数码管显示的是26 摄氏度左右，把烙铁靠近LM35传感器，数码管的显示温度 不断上升。六、材料清单元件名称元件型号及参数个数电阻1005100K224K11M1470K1可调电阻20K1电容0.1 uF10.01 uF10.047 uF10.22 uF1100 pF1芯片LM351ICL71071数码管共阳极数码管4芯片插座40脚2七、参考文献道客巴巴资料ICL7107使用说明书LM35D使用说明书数字电子技术数字电子技术参考书八、设计图纸（具体电路图总图）
