2022年电子技术综合设计《数字温度计设计》报告书.docx

课程设计报告书课程名称：电子技术综合设计学 院：专 业：班 级：学 号：学生姓名：指导教师：职 称：2022年 月日目录一、课程设计的目的.3二、设计题目和要求.3三、总体方案3四、方案比较4五、基本原理45 1信号的接收45. 2信号的处理5六、单元电路设计65.1 器件介绍65.2 AC/DC转换电路66. 3电压、电流信号衰减电路76.4电阻测量电路7七、仿真调试内容8八、所用元器件10九、设计心得和体会11十、总电路图12参考文献13一、课程设计的目的1、使用温度传感器实现环境温度的测量，经温度信号处理后，计算出当前温度值， 在数码管上显示当前温度；2、了解常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则，利用PRoTEUS软件 画出仿真运行图并成功运行；3、进一步熟悉电子仪器的使用方法；4、学会撰写课程设计总结报告；5、培养独立分析问题和解决实际问题的能力，以及注重团队合作；6、培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。二、设计题目和要求1、设计题目：数字温度计2、设计要求：（1）测量范围：-50度一150度；（2）测量精度0.1度；（3） 4位LED数码管显示；三、总体方案图A所示为数字温度计的原理框架。其工作原理是将被测的温度信号通过传感器转换 为温度变化的电压信号，此电压信号通过TC7107D转换器，把模拟量转变为数字量, 最后将数字量送入显示电路，并用4位LED数码管显示结果。图A.系统大致框图四、方案比较方案一考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容 易想到的，所以可以选用温度传感器DS18B20把温度信号转换为电压信号，但此传感 堂编程比较复杂，使用时涉及到ROM搜索的程序，比较难理解和操作，但是准确度较方案二由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测 温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理, 这种设计需要用到A/D转换电路，此方法功耗低，成本低。从以上两种方案，很容易看出，采用方案一，虽然电路比较复杂难懂，但精确度高， 可靠性高，故采用方案一。五、基本原理5.1 信号的接受当温度传感器DS18B20接受信号之后，将温度信号转化为电信号，这里主要是用热传 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，经保 护电阻R3之后，由Cl电容进行信号筛选，此时低频率信号被筛选出去，高频率信号 进入到输入信号正端VIN+。1LM35-5V+12VR1100kVOUTR31MR-l- C10.1uF2VIN+32r>xACOM5.2 信号的处理信号经接受之后可以由三极管放大或是用集成运算放大器将取样的温度信号放大， 然后用利用TC7107A/D转换器进行转换。TC7107A/D转换主要的任务是对模拟电信 号进行分析，将其信号转换成数字信号。最后到达显示电路，通过4块LED数码管 显示出来结果。VlM-CAZVlNTTESTR6VIN÷ V*ACOMVBUFFCREF*CREF- VREF*VREF-C4 OIuF0SC1 0SC22 10 4 3 5 3 - 4 5 3 7 2 a- 3-1- S，：2(CF二：£：(：(一 二-_ IlIlllI222222>23L33333341D ABCDEFGABco EFGAaUDEFG.AB-ONCSW1SWSPSTIoOUF将 TC7107六、单元电路设计6.1 器件介绍一个单刀双掷开关SW-SPST、9个电阻RES、4个7SEG-MPX-CA共阳数码管、TC7107 是一种高性能，低功耗的三位半A/D转换器TC7107可直接驱动共阳极LED数码管， TC7107将高精度，通用性和真正的低成本很好的结合在一起、MAXl（M4是单片集成电 路、LM35是由National Semiconductor所生产的温度传感器、4个无极性电容CAP、 1 个 MlNRESlOR 电阻。6.2 AC/DC转换电路TC7107是3位半的ADC转换芯片,使用每段8ma的电流直接驱动共阳极发光二极管显 示屏，可以大大降低线性误差，使其小于1个计数。翻转误差一一等幅值与极性相反 的漏电流输入信号读数之间的差值小于正负1个计数。高阻抗差分输入可提供IPA 的漏电流。差分参考输入允许进行电阻比例测量或桥式传感器测量。自动调零周期确 保了输入电压为零时显示屏读数也为零。传统的双积分型转换器测量周期分为两个阶 段：输入信号积分参考电压积分（反积分）在固定时间周期（TSD内对正在转 换的输入信号进行积分。通过计数时钟脉冲信号来测量时间。然后对负极参考电压常 数进行积分，直到积分器输出电压回零。参考积分时间与输入信号（TRl）成正比。6.3 电压、电流信号衰减电路1NT:27是一个积分电容器，外接积分电容输入端，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AZ:积分器和比较器的反向输入端,接自动调零电容CAzo如果应用在200mV满刻度 的场合是使用0.47F,而2V满刻度是0.047 F°VBBUFF:缓冲放大器输出端，外接积分电阻Rinto其输出级的无功电流(idlingcurrent) 是100A,而缓冲器与积分器能够供给20A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时选用47K,而2V满刻度则使用470K<>IN+和IN-:模拟量输入端，分别接输入信号的正端和负端。ACOM ：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。-5V+12 V1U1LM35R1 IOOk七、仿真调试内容当温度模块处于-50时，显示模块处于-49.9。存在0. 1的误差符合实验要求, 说明仿真成功；当温度模块处于20°C时，显示模块处于20.存在0.1的误差符合实验要求，说明仿真成功；当温度模块处于80C时，显示模块处于80. 1C。存在 0.1的误差符合实验要求，说明仿真成功；当温度模块处于150时，显示模块处于 150. I0Co存在0. 1的误差符合实验要求,说明仿真成功。八、所用元器件原件序号型号主要参数数量R1-R9RES551300124K132. IK140K147K1IOOK1IOOK1IM1C1-C4CAPOJu10.1u10.22u10.47u1SWlSW-SPST1UlLM35+ 12V1U2TC7107+5V1U37SEG-MPX1-CA+5V4九、设计心得和体会在做这次课设之前，自己对自己的信心还是有的，虽然自己也了解学习过单片机，以 及其内部结构，还有一些简单得C语言编程，如何外部接线等等。接触到这个课设之 后，感觉自己以前的学习没有白学，虽然还有很多不懂得地方，还是在咨询同学以及 网上查找之后，还是了解了很多。再加上老师课上讲的一些A/D, D/A转换，对TC7107 芯片有了进一步的了解。在绘制仿真图的时候还是出现了很多问题，组内成员虽然商量了很久，但有的问题还 是没有得到解决，最后还是请教的上一届的学长，虽然困难重重，但还是坚持了下来, 最后看到做成的仿真图能完美得运行下来之后，本身还是很高兴的，庆幸这两周多的 时间没有白努力。除此之外，团队合作也是很重要的，在短短的两周多时间里，如果没有集思广益、相 互之间的讨论帮助，可能连最基本的电路分析都无法完成。在以后的学习中也是，不 能只顾自的学习，要明白团队合作的重要性，毕竟一加一大于二。课程设计的结束，让我加深了对模电，更多的是数电方面的知识的理解，很多无法在 课堂上理解的抽象理论知识有了重新的认识，还接触到自动调零周期、信号积分周期、 LM35、TC7107芯片和双积分转换等理论。总的来讲，此次课程设计提高了个人动手 的能力，学会了使用PROTEUS软件，拓宽了思维模式，提高了组内合作的能力，个人 的能力也得到了显著提升。十、总电路图参考文献（1）数字电子技术基础简明教程（清华大学电子教研室编）（2）电子技术基础设计指南（焦宝文主编）（3）电子技术基础课程设计（孙梅生等主编）（4）电子技术实验与课程设计（毕满清主编）（5）电工电子基础实践教程（曾建唐 谢祖荣主编）（6）现代电子系统设计（刘润华主编）（7）电子设计自动化（刘润华主编）（8）集成电路器件手册及应用集锦等