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1、精选优质文档-倾情为你奉上数字温度计设计报告课程名称： 电子课程设计院 别： 武警工程学院专 业: 指挥自动化班 级： 二队一区队 姓 名： 王凯(03) 田腾浩 (23)指导教师： 邹涛时间: 2010年1月12日主要内容：设计一个数字温度计，测量范围：0100 OC。温度的实时LED数字显示。测量温度信号为模拟量。基本要求：1.画出数字温度计的结构框图。2.画出系统原理电路图。3.用MULTISIM进行仿真实验。4.按要求完成课程设计报告，交激光打印报告和电子文档。主要参考资料：1 阎石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2001.2 彭介华.电子技术课程设计指导M.北京：高等教育
2、出版社，1997.3 孙梅生.电子技术基础课程设计M.北京：高等教育出版社，1998.4 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计M.北京：电子工业出版社，2002.完成期限 一、任务技术指标主要内容：设计一个数字温度计，测量范围：0100 OC。温度的实时LED数字显示。测量温度信号为模拟量。基本要求：1.画出数字温度计的结构框图。2.画出系统原理电路图。3.用MULTISIM进行仿真实验。4.按要求完成课程设计报告，交激光打印报告和电子文档二、总体设计思想1.基本原理由于温度计的应用很广，所以温度计的设计也不完全一样。以前一般采用热电偶、玻璃液体温度计、双金属温度计、压力式温度计、热电阻和非接
3、触式温度计等进行温度测量。其中热电偶的温度测量范围较宽，它无需使用驱动电源即可直接产生电压（温差电势）信号，该信号既可用直流测量仪器（如电位差计、数字电压表、毫伏计等）读取，以通过热电偶温度特性分度表查出对应的温度；也可以用线性校正电路将小信号电压放大后，通过显示仪表的刻度读数。在某些输油、输气管道应用中，往往要求对温度进行长时间监测，且要求能够快速准确地读数。此时，上述各类温度计则难以胜任。而如果将热电偶产生的热电动势转换成数字信号后由单片机进行数据处理，并通过液晶来显示其温度结果，这种方法反应迅速，测量精度高，功耗小，显示直观。因此，由热电偶、A/D转换电路、单片机和液晶模块组成的数字式低
4、功耗高精度温度计可以代替各种机械式温度计来完成特殊情况下的温度测控工作，且便于实现小型化设计。但在本设计中，数字温度计应用的对象是一般家庭里，主要包括以下几部分：(1).取样电路温度传感器就是能将温度信号反映到电信号上去，这个我们可以用热敏电阻及一些热传感器来实现，由于热敏电阻的阻值与温度不成线性关系，所以这里主要是用温度传感器将温度信号线性地反映到电压上来实现温度取样，测量温度信号为模拟量。(2).放大电路放大电路可以有三极管放大或是用集成运算放大器放大，由于在这里放大器的功能是为了调节传感器与A/D转换器的关系，故可以用集成运算放大器通过负反馈组成任意比例电路，根据芯片的参数需要而选择适当
5、的放大倍数。(3).驱动电路驱动电路是为了让显示器将A/D所转换的数据无误地表现出来。这里主要是驱动LED显示及保护LED的电路，要想让LED正常工作，必需提供适当的电压，保证电流不能超过LED的最大电流，以免烧坏LED管。在这里主要包括一些三极管及电阻，配合驱动电路来制LED控显示。(4).A/D转换及分析A/D转换主要的任务是对模拟电信号进行分析，将其信号转换成数码显示出来，可能的话还可以对信号进行分析预处理。这里也主要是采用MC14433芯片，采用这个芯片可以大大减少A/D转换及译码电路，因为它本身输出就是BCD码，而且是按十进制位串行输出的，同时它还包含了时序电路即用来串行输出用扫描显
6、示用的电路及超过适用范围时发出提示信号，极大简化了电路，从而提高了电路的稳定性及减少功耗。(5).显示电路显示电路可以用各种类型的七段LED显示，出于对器件考虑，在这里仅用最常见的7段码显示即可。2.系统框图模拟采样转化电信号信号放大A/D转换编码显示系统超过温度提示译码电路图1 数字温度计设计框图三、具体设计本设计主要构成部分应该是由模拟传感器、线性放大电路、A/D转换分析、驱动电路及显示五部分组成。下面从五部分分别进行比较设计,然后总体连接.1. 传感电路(1)传感器元件介绍:温度传感器：按照温度传感器输出信号的模式，可大致划分为三大类：数字式温度传感器、逻辑输出温度传感器、模拟式温度传感
7、器。 一、模拟温度传感器传统的模拟温度传感器，如热电偶、热敏电阻和RTDS对温度的监控，在一些温度范围内线性不好，需要进行冷端补偿或引线补偿；热惯性大，响应时间慢。集成模拟温度传感器与之相比，具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点，而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，有实际尺寸小、使用方便等优点。常见的模拟温度传感器有LM35、LM335、LM45、AD590电流输出型。这里主要介绍该类器件的几个典型。1、AD590温度传感器AD590是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为330V，输出电流223A（-50）423A（+150），灵敏度为
8、1A/。当在电路中串接采样电阻R时，R两端的电压可作为输出电压。AD590输出电流信号传输距离可达到1km以上。作为一种高阻电流源，最高可达20M，所以它不必考虑选择开关或CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差。适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。2、 LM135/235/335温度传感器LM135/235/335系列是美国国家半导体公司（NS）生产的一种高精度易校正的集成温度传感器，工作特性类似于齐纳稳压管。该系列器件灵敏度为10mV/K，具有小于1的动态阻抗，工作电流范围从400A到5mA，精度为1，LM135的温度范围为-55+150，LM235的温度范围为-40+125，L
9、M335为-40+100。封装形式有TO-46、TO-92、SO-8。该系列器件广泛应用于温度测量、温差测量以及温度补偿系统中。二、逻辑输出型温度传感器在许多应用中，我们并不需要严格测量温度值，只关心温度是否超出了一个设定范围，一旦温度超出所规定的范围，则发出报警信号，启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备，此时可选用逻辑输出式温度传感器。LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510是其典型代表。1、LM56温度开关LM56是NS公司生产的高精度低压温度开关，内置1.25V参考电压输出端。最大只能带50A的负载。电源电压从2.710V，工作电流最大230A，内置传感器
10、的灵敏度为6.2mV/，传感器输出电压为6.2mV/T+395mV。2、MAX6501/02/03/04温度监控开关MAX6501/02/03/04是具有逻辑输出和SOT-23封装的温度监视器件开关，它的设计非常简单,直接将其接入电路即可使用，无需任何外部元件。其中MAX6501/MAX6503为漏极开路低电平报警输出，MAX6502/MAX6504为推/拉式高电平报警输出，MAX6501/MAX6503提供热温度预置门限（35到+115），当温度高于预置门限时报警；MAX6502/MAX6504提供冷温度预置门限（-45到+15），当温度低于预置门限时报警。 对于需要一个简单的温度超限报警而
11、又空间有限的应用如笔记本电脑、蜂窝移动电话等应用来说是非常理想的，该器件的典型温度误差是0.5，最大4，滞回温度可通过引脚选择为2或10，以避免温度接近门限值时输出不稳定。这类器件的工作电压范围为2.7V到5.5V，典型工作电流30A。三、数字式温度传感器如果采用数字式接口的温度传感器，上述设计问题将得到简化。同样，当A/D和微处理器的I/O管脚短缺时，采用时间或频率输出的温度传感器也能解决上述测量问题。1、MAX6575/76/77 数字温度传感器MAX6575/76/77系列SOT-23封装的温度传感器为例，这类器件可通过单线和微处理器进行温度数据的传送，提供三种灵活的输出方式-频率、周期
12、或定时，并具备0.8的典型精度，一条线最多允许挂接8个传感器，150A典型电源电流和2.7V到5.5V的宽电源电压范围及-45到+125的温度范围。它输出的方波信号具有正比于绝对温度的周期，采用6脚SOT-23封装，仅占很小的板面。该器件通过一条I/O与微处理器相连，利用微处理器内部的计数器测出周期后就可计算出温度。2、可多点检测、直接输出数字量的数字温度传感器DS1612DS1612是美国达拉斯半导体公司生产的CMOS数字式温度传感器。内含两个不挥发性存储器，可以在存储器中任意的设定上限和下限温度值进行恒温器的温度控制，由于这些存储器具有不挥发性，因此一次定入后，即使不用CPU也仍然可以独立
13、使用。温度测量原理和精度：在芯片上分别设置了一个振荡频率温度系数较大的振荡器（OSC1）和一个温度系数较小的振荡器（OSC2）。在温度较低时，由于OSC2的开门时间较短，因此温度测量计数器计数值（n）较小；而当温度较高时，由于OSC2的开门时间较长，其计数值（m）增大。如果在上述计数值基础上再加上一个同实际温度相差的校正数据，就可以构成一个高精度的数字温度传感器。该公司将这个校正值定入芯片中的不挥发存储器中，这样传感器输出的数字量就可以作为实际测量的温度数据，而不需要再进行校准。它可测量的温度范围为-55+125，在0+70范围内，测量精度为0.5，输出的9位编码直接与温度相对应。DS1621
14、同外部电路的控制信号和数据的通信是通过双向总线来实现的，由CPU生成串行时钟脉冲（SCL），SDA是双向数据线。通过地址引脚A0、A1、A2将8个不同的地址分配给各器件。通过设定寄存器来设置工作方式，并对工作状态进行监控。被测的温度数据被存储在温度传感器寄存器中，高温（TH）和低温（TL）阈值寄存器存储了恒温器输出（Tout）的阈值。现在，各种集成的温度传感器的功能越来越专业化。比如，MAXIM公司近期推出的MAX1619是一种增强型精密远端数字温度传感器，能够监测远端P-N结和其自身封装的温度。 它具有双报警输出：ALERT和OVERT。ALERT用于指示各 传感器的高/低温状态，OVERT
15、信号等价于一个自动调温器，在远端温度传感器超上限时触发，MAX1619与MAX1617A完全软件兼容，非常适合于系统关断或风扇控制，甚至在系统“死锁”后仍能正常工作。美国达拉斯半导体公司的DS1615是有记录功能的温度传感器。器件中包含实时时钟、数字式温度传感器、非易失性存储器、控制逻辑电路以及串行接口电路。数字温度传感器的测量范围为-40+85，精度为2，读取9位时的分辨率是0.03125。时钟提供的时间从秒至年月，并对到2100年以前的闰年作了修正。电源电压为2.2V5.5V，8脚SOIC封装。DS17775是数字式温度计及恒温控制器集成电路。其中包含数字温度传感器、A/D转换器、数字寄存器、恒温控制比较器以及两线串行接口电路。供电电压在3V至5V时的测量温度精度为2，读取9位时的分辨率是0.5，读取13位时的分辨率是0.03125。(2)传感器器件选择: 综上所诉,根据需要和比较我们选择了模拟温度传感器LM35.它具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与摄氏温度线性成比例。因而，从使用角度来说，它与用
