模拟电子技术--数字温度计.doc

茂 名 学 院
课程设计说明书
课程名称: 模拟电子技术
题 目: 数字温度计
学生姓名:
专 业: 电子信息工程
班 级:
学 号:
指导教师: 莫琦
日 期: 2008 年 06 月 23 日
茂 名 学 院
课 程 设 计 任 务 书
1、设计题目
数字温度计
2、主要内容及要求
温度计是工农业生产及科学研究中最常用的测量仪表。本课题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)测量范围0~200度。
2)测量精度0.1度。
3)4位LED数码管显示。
4)温度超过40度报警。
3、进度安排
1.2008年6月13日,老师给出选题内容,课程设计的相关要求,指导时间及任务完成期限等。
2.2008年6月14日~2008年6月17日,
通过网上搜索和图书馆查找参考文献,构造整个设计思路。
3.2008年6月18日2008年6月24日,选择适当的芯片组合电路,构造电路图,并在EWB上仿真。并进行课程设计的答辩。
4.2008年6月25日~2008年6月26日根据电路图及其的原理整理写出设计方案。
5.2008年6月27日设计方案的排版,修正,改进,按要求打印方案。
4、总评成绩
指导教师
学生签名
数字温度计
一、设计任务与要求
1、设计要求
温度计是工农业生产及科学研究中最常用的测量仪表。本课题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)测量范围0~200度。
2)测量精度0.1度。
3)4位LED数码管显示。
2、原理框图
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3、主要参考元器件
硅热敏晶体管,LM324,CC7107,电阻及电容若干。
4、扩展
温度超过40度报警。
二、方案设计与论证
由设计和任务要求可知道,本设计实验主要分为四个部分,即传感器、放大系统、模数转换器以及显示部分。经过分析,传感器可以选择对温度比较敏感的器件,做好是在某参数与温度成线性关系,比如硅热敏晶体管、热敏电阻等;放大系统可以由集成运放组成:A/D转换器需要选择有LED驱动显示功能的,而可供选择的参考元件有CC7107,CC7117,MC14433等;显示部分用4位LED数码管显示。
方案一:用一个热敏电阻,通过热敏电阻把温度转化为电压,再得到每一度热敏电阻的电压变化值,用LM324运放做成乘法器,使电压乘以一个比例系数,使一度的变化得到一个整数变化的电压值,然后送入MC14433A/D转换器进行数模转换和数字显示.。
方案二:用硅热敏晶体管做传感器把温度转化为电压,在把每一度的电压变化值通过LM324集成运放进行放大,使其放大的信号应能满足CC7107数模转换的要求,进行数字显示。
由于MC14433模数转换器的显示部分需要驱动器CD4511,基准电压又需要一个MC1403,也就是需要外接的电路和元件相对复杂和麻烦。而 3位双积分A/D转换器CC7107是CMOS大规模集成电路芯片,其片内已经集成了模拟电路部分和数字电路部分,所以只要外接少量元件就成了模拟电路和数字电路部分,所以只要外接少量元件就可实现A/D转换。因此选用方案二。
三、单元电路设计与参数计算
1.传感器部分
硅热敏晶体管,在温度发生变化时,热敏晶体管的b-e结正向的温度系数为-2mV/℃,即温度每升高1℃,b-e结电压降低2mv,利用这个特性可以测量温度。
设置电路图如图2所示,采用9V的电源供电,be间的电压全部反馈的输入到同相输入端,运放引入了电压负反馈,在理想运放的条件下,输出电阻为零,所以可以认为电路的输出Vo为恒压源。
2.放大系统
放大系统是把温度传感器输出的弱信号放大,将每一摄氏度对应的电压以整数输出,可以利用集成运放lm324组成一个同相比例放大电路,由于温度传感器输出的电压与温度的线性关系为-2mV/℃,即温度每升高1℃电压降低2mV,因此可以使得电压通过同相比例运算电路放大5倍,即1℃对应电压为10mV。电路如图3所示。
通用型低功耗集成四运放LM324,内含4个独立的高增益、频率补偿的运算放大器,既可接单电源使用 (3~30 V),也可接双电源使用(±1.5~±15 V),驱动功耗低,可与TTL逻辑电路相容。
m324引脚图 管脚图 如图4所示。
3.A/D转换器
(1)调零电路
当硅热敏晶体管置于0摄氏度的温度下时由于B-E管压降可能使得A/D转换器
的数字显示不为零,因此要设计一个调零电路。
本实验设计了一个电桥电路,通过调节可变电阻可以使得电桥平衡,即输出为零。电路图如图5所示。
(2)模数转换部分(其中包括参考电压电路)
3位双积分A/D转换器CC7107的引脚图和管教图以及功能简介
3位双积分A/D转换器CC7107是CMOS大规模集成电路芯片,其片内已经集成了模拟电路部分和数字电路部分,所以只要外接少量元件就成了模拟电路和数字电路部分,所以只要外接少量元件就可实现A/D转换。
1)CC7107内部电路含有模拟电路和数字电路两大部分,电路如图6
图7是CC7107外封电路图,其引脚功能如下:
图7
1端:U+ =5V,电源正端。
26端:U- =﹣5V,电源负端。
19端:ab4,千位数笔段驱动输出端,由于位的计数满量程显示为“1999”,所以ab4输出端应接千位数显示器显示“1”字的b和c笔段。
20端:POL,极性显示端(负显示),与千位数显示器的g笔段相连接(或另行设置的负极性笔段)。当输入信号的电压极性为负时,负号显示,如“-19.99”;当输入信号的电压极性为正时,极性负号不显示如“19.99”。
21端:BP,液晶显示器背电极,与正负电源的公共地端相连接。
27端:INT,积分器输出端,外接积分电容(一般取=0.22)。
28端:BUFF,输入缓冲放大器的输出端,外接积分电阻(一般取=47)。
29端:AZ,积分器和比较器的反相输入端,接自校零电容(取=0.47)。
30、31端:INLO、 INHI,输入电压低、高端。由于两端与高阻抗CMOS运算放大器相连接,可以忽略输入信号的注入电流,输入信号应经过1M电阻和0.01电容组成的滤波电路输入,以滤除干扰信号。
2 ~8端:个位数显示器的笔段驱动输出端,各笔段输出端分别与个位数显示器对应的笔段a~g相连接。
9~14、25端:十位数显示器的笔段驱动输出端,各笔段输出端分别与十位数显示器对应的笔段a~g相连接。
15~18、22~24端:百位数显示器的笔段驱动输出端,各笔段输出端分别与百位数显示器对应的笔段a~g相连接。
32端:COM,模拟公共电压设置端,一般与输入信号的负端,负基准电压端相接。
33、34端:、,基准电容负压、正压端,它被充电的电压在反相积分时,成为基准电压,通常取=0.1。
35、36端:REFLO、 REFHI,外接基准电压低、高位端,由电源电压分压得到。
37端:TEST,数字地设置端及测试端,经过芯片内部的500电阻与GND相连。
38、39、40端:,产生时钟脉冲的振荡器的引出端,外接R1、C1元件。振荡器主振频率与R1C1的关系为
6-2-9
2).A/D转换器的工作过程
根据图6-2-7所示的CC710