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数字温度计设计实验报告


数字电子综合性实验报告

一、实验任务
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-20~150 度。 (2). 测量精度 0.5 度。 (3). 4 位 LED 数码管显示。 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。故采用基于 LM35 与 ICL7107 的数字温度计设 计方案。

二、原理框图
传感器 温度采集

A/D 转化

数码管驱 动

温度显示

三、电路原理及其电路组成
数字温度计的设计原理图见附录 1。它通过 LM35 对温度进行采 集,通过温度与电压近乎线性关系,以此来确定输出电压和相应的电

流,不同的温度对应不同的电压值,故我们可以通过电压电流值经过 放大进入到 A/D 转换器和译码器,再由数码管表示出来。

1、传感电路
LM35 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,LM35 与用开尔 文标准的线性温度传感器相比更有优越之处,LM35 无需外部校准或 微调,可以提供±1/4℃的常用的室温精度。 LM35 具有以下特点: (1)工作电压:直流 4~30V; (2)工作电流:小于 133μ A (3)输出电压:+6V~-1.0V (4)输出阻抗:1mA 负载时 0.1Ω ; (5)精度:0.5℃精度(在+25℃时); (6)漏泄电流:小于 60μ A; (7)比例因数:线性+10.0mV/℃; (8)非线性值:±1/4℃; (9)校准方式:直接用摄氏温度校准; (10)封装:密封 TO-46 晶体管封装或塑料 TO-92 晶体管封装; (11)使用温度范围:-55~+150℃额定范围 电压输出采用下图接法:

2、A/D 转化器
ICL7107 是高性能、低功耗的三位半 A\D 转换器,同时包含有 七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统。ICL7107 可直接驱动 共阳极 LED 数码管。ICL7107 将高精度、通用性和真正的低成本很好 的结合在一起,它有低于 10uV 的自动校零功能,零漂小于 1uV/℃, 低于 10pA 的输入电流,极性转换误差小于一个字。真正的差动输入 和差动参考源在各种系统中都很有用。在用于测量负载单元、压力规 管和其它桥式传感器时会有更突出的特点。 ICL7107 转化器原理图如图 2.4 所示。其中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。 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。

图 2.4 ICL7107 转化器原理图 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。 第三,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。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(AZ)、信号积 分(INT)和反向积分(DE)三个阶段。 双积分型 A/D 转换器的电压波形图如图 2.5 所示

图 2.5 双积分型 A/D 转换器的电压波形图 ICL7107AD 转换器的管脚排列及其各管脚功能如下图所示。

ICL7107 是集 A/D 转换和译码器为一体的芯片,而且这芯片能够 驱动三个数码管工作而不需要更多的译码器, 这给我们连接电路或者 分析电路提供了一定的方便。ICL7107 芯片的管脚比较多,每一个管

脚所代表的功能也各不相同, 能够组成各种电路, 比如说有积分电路。 这要求我们在接电路时要小心,不能出现错误。

3、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),它的内部结构图如下图所示。

共阳极数码管内部结构 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。 ICL7107 自身连接以及与 4 位数码管间的连接见下图:

4、总电路图

-5V

+5v

R1
100k 1

+5V

U2 R7
100

R8
100

R9
100

R10
100

49.0 +5V VOUT 2

R2
1000k

31

1

U1
A1 B1 C1 D1 E1 F1 G1 A2 B2 C2 D2 E2 F2 G2 A3 B3 C3 D3 E3 F3 G3 AB4 POL GND 5 4 3 2 8 6 7 12 11 10 9 14 13 25 23 16 24 15 18 17 22 19 20 21

VIN+

V+

C1
100nF 32 30 ACOM VINVBUFF CAZ VINT CREF+ CREFVREF+ VREFTEST OSC1 OSC2 OSC3

3

LM35

R4
30k GND GND

R3 C2
470k

28 29 27 34 33 36 35 37

C3
0.047uF 0.22uF

R5
100

RV2
60%

C4

0.1uF

20k

R6
100k GND

40 39 38

V-

C5
26
TC7107 GND 100pF

-5V

四、电路调试
我们要通过调试电路来发现设计电路的相关内容。

(1) 按照设计电路图检查所焊电路是否正确, 特别注意其电路中各 个的芯片的管脚是否连接正确。焊接时仔细小心,避免虚焊。 (2) 然后接通电源,看数码管是否有数值显示,如果没有,就要重 新检查其电路,寻找错误。 (3) 完成(2)步骤后,调节基准值即调节电位器使得 ICL71407 芯片中 35 管脚与 36 管脚的电压值稳定在 1V。这样数码管显 示数值就是当前温度了。 (4) 调节好基准值完后,尝试用热源(电烙铁)靠近 LM35 芯片, 查看温度升高是否正常,数码管显示是否正常。

元件清单
元件名称 元件型号及参数 100Ω 100K 24K 1M 470K 20K 0.1 uF 0.047 uF 0.22 uF 100 pF LM35 ICL7107 共阳极数码管 个数 5 2 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 4

电阻

可调电阻 电容

芯片 数码管

五、收获与体会
通过这学期两次焊接实验的学习,感觉每次都有不小的收获。 焊接技术也不断的进步,尤其在这次综合实验中,我们通过查找大 量资料,请教老师,以及不懈的努力,不仅培养了独立思考、动手 操作的能力,在各种其它能力上也都有了提高。之前以为有了图,

应该就是焊电路板而已,应该不难,然而在实践中,我们还要去了 解各种芯片的管脚接法,还有线路布置,尤其布局在焊接过程中尤 为重要,一个合理的布局不仅使电路板更加美观,而且便于检查和 分析问题。焊接时也要尽量小心,尤其在要焊接较长线路时,避免 虚焊,因为在检查的过程中虚焊很难被检查出来,这就要求我们有 较为熟练的焊接技术。在调试的过程中,一旦发现问题或调试不成 功,不要紧张,先从电路图开始检查,看看电路和引脚是否接错, 在有可能虚焊的地方多焊几遍,还检查不出错误就跟同学讨论。自 己的调试成功了,也要帮助其他同学检查问题。 通过这次综合性实验我们不仅提高了焊接技术,还学到很多知 识。这些知识和学习方法正是我们平时学习中没有理解和掌握的, 在学习理论知识的同时也要注重科学实践,而这种实验正好为我们 提供了实践的机会,所以我们要好好珍惜每一次的实验。在每一次 的试验中有所收获,通过每一次的实验充实自己。


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