低频与数字电路课程设计数字温度计

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1、 1 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。 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、总体设计思想二、总体设计思想 1.1.基本原理基本

2、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 2 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

3、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

4、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。 3 (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

5、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。 2.2.系统框图系统框图 图图 1 1 数字温度计设计框图数字温度计设计框图 三、具体设计三、具体设计 本设计主要构成部分应该

6、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。下面主要详细介绍各个电路的具体功能。 1.取样电路设计 National Semiconductor 公司的 LM35A 温度传感器集成芯片，它能将温 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 4 度与电流形成线性关系，以电压的形式输入 A/D 转换器进行转换与分析。 转换公式如式(1)，0時输出为0V，每升高1，输出电压增加10mV。LM35有 多种不同封裝型式。 在常温下， LM35不需要额外的校准处理即可达到C、 CC41 的准确率。其电源供应模式有单电源与正、负双电源两种，正、负双电源的 供电模式可提供负温度的量測；两种接法的静默电流-温度关系，单电源模式在 25下静默电流約50A，非常省电。 Vout_lm35（T）=10mV/CTC (1) 图图 2 2 温度取样电路温度取样电路 2.信号放大电路 这里的放大电路采用的中 LM307N 集成运算放大器，根据 A/D 转换的需 要而设计，