南邮电子课程设计报告温度测量仪.doc

温度测量仪 摘要本课题采用lm35传感器作为感知元件，输出电压经放大后由A/D转换芯片转换成相应地址，送至AT28C64存储芯片输出相应地址的数据，数据经过74157选择，由CD4511负责数码管的译码，最终在两位共阴数码管上进展显示。本课题采用CD4029进展计数预警，采用分位计数的方案，由7485进展比拟后判断是否进展温度预警。关键词：lm35 温度测量 预警 AD0809目录第一章 系统指标1.1 系统预期指标1. 2系统构造要求1.3 系统技术指标要求1.4 设计条件第二章 方案设计 2.1 方案流程2.2方案的整体设计第三章 模块详细设计 3.1传感器及其放大电路模块 3.2 A/D及存储器模块 3.3数码管显示模块 3.4计数模块 3.5 比拟判断以及报警模块 3.6 显示切换模块第四章 测试与调试 4.1数字显示电路的调试 4.2 ADC、AT28C64与显示电路的连接调试 4.3 NE555频率发生调试 4.4传感器与显示电路的调试 4.5报警温度的设定与判断调试 第五章 设计总结 5.1 设计完成情况 5.2 问题与改良 5.3 心得体会 第一章 系统指标1.1 系统预期指标系统设计要求该温度测量仪能够显示当前环境温度，并兼有环境温度超温警报功能。预警温度能够手动进展设置。1.2 系统构造要求 本课题给出的构造框图如下，要求有系统复位开关S1键，报警温度切换设定开关S2键。 图1.2.1 1.3 系统技术指标要求 1温度测量围：099 2显示精度：1 3测温灵敏度：20mv/ 4显示采用四位共阴数码管 5温度报警采用LED发光二极管或蜂鸣器 6报警温度可以任意设定1.4 设计条件1电源：015V稳压电源可调2可供选择的器件下表所示各电容、电阻、发光二级管等元件自定。 第二章 方案设计2.1 方案流程 温度测量仪的本质是将模拟信号转换成数字信号，并进展相应的信息反应，以到达帮助人们感知环境的目的。所以温度信息必须经过传感器以及A/D转换芯片转换成数字信息再经由数字显示电路显示。另外，由于温度传感器的输出有限，需在传感器后添加一放大器。 超温报警预设电路也需要和数字显示电路进展连结，以显示设定的报警温度。 因此，还需要在数字显示，环境温度输出，以及超温温度设定之间增一切换电路，以切换环境温度和超温设定的显示。 具体流程框图如下：存储器温度传感器放大器A/D 转换报警超温判断预警计数显示电路显示切换其中温度传感器是该课题设计的核心所在，温度传感器直接影响到测温的精度以及灵敏度。另外温度传感器还分为电流型输出和电压型输出。温度传感器的选择不仅影响整体设计方案的性能，而且对后续电路的设计也有一定程度的影响。2.2 方案的整体设计 方案采用lm35作为本课题的温度传感器，运放使用TL084，A/D转换芯片采用ADC0809，使用AT28C64作为存储芯片。切换显示电路使用两片74157实现该功能。由CD4511驱动数码管进展显示。温度预警计数由两片CD4029执行。报警判断由两片4位比拟器件7485联级成8位比拟器进展比拟。采用两个LED二极管作为报警信息输出。第三章 模块详细设计3.1 传感器及其放大电路模块 1传感器lm35 lm35系列是精细集成电路温度传感器，其输出的电压线性地与摄氏温度成正比。是电压型输出的温度传感器，因此后续电路不再需要电流电压转换器，一定程度上简化了电路的设计。该系列传感器生产制作时已经过校准，输出电压与摄氏温度一一对应，使用极为方便。灵敏度为10.0mV/，精度在0.4至0.8(-55至+150温度围),重复性好，低输出阻抗，线性输出和部精细校准使其使用起来更加简单与方便。其工作电压为4V30V，宽工作电压，满足课题设计要求。测温围为-50+150，也符合课题设计要求。 Lm35有多种封装形式，本课题设计采用如下封装 2放大电路的设计 本课题设计要求测温灵敏度为20mv/，lm35器件自身的灵敏度为10mv/，因此放大器的放大倍数应到达2倍。易知，应采用同向放大器。 同向放大器设计如下：Vi与V-虚短， 因为虚断，反向输入端没有电流通过，R1、R2 串联。所以 又Vi等于R2上的分压综得，由上，可取R1、R2分别为1K。 3电压跟随器电压跟随器，顾名思义，就是输出电压与输入电压是一样的，也就是说，电压跟随器的电压放大倍数恒小于且接近1。 它的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低。将它放在lm35后面可以隔离开传感器和前方的电路，保证传感器输出电压的稳定性与实用性。 本设计使用TL084的一个放大器作为电压跟随器。 如图：模块整体电路如下： 图3.1.4 3.2 A/D及存储器模块 1ADC0809ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。器件封装如下：器件引脚构造： ADC0809 各脚功能如下： D7-D0：8 位数字量输出引脚。 IN0-IN7：8 位模拟量输入引脚。 VCC：+5V 工作电压。 GND：地。 REF+：参考电压正端。 REF-：参考电压负端。 START：A/D 转换启动信号输入端。 ALE：地址锁存允许信号输入端。以上两种信号用于启动A/D 转换 EOC：转换完毕信号输出引脚，开场转换时为低电平， 当转换完毕时为高电平。 OE：输出允许控制端，用以翻开三态数据输出锁存器。 CLK：时钟信号输入端一般为500KHz。 器件时序图：因为本次设计的要20mv/，ADC0809的模拟电压围为0V5V，20*255=5100mv，所以模拟电压取5V。 2NE555 NE555是一种计时IC，只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用，其延时围极广，可由几微秒至几小时之久。 下面是NE555的管脚图：本次设计中NE555提供应ADC0809 95KHZ的时钟频率。其具体电路如下列图所示：取Ra、Rb分别为1K、5.6K，电容102，Rl不接。3AT28C64 AT28C64是一款存储器芯片，当CE和OE为低电平,WE为高电平,由地址引脚上电平决定的存储单元中的存储的数据就被读出。AT28C64的引脚如下列图所示： 其中A0A11为输入地址线，I/O0I/O7为输出线。 AT28C64烧录数据表 温度 ADC地址输出 AT28C64输出 8421BCD 0 0000 0000 0000 0000 1 0000 0001 0000 0001 2 0000 0010 0000 0010 . . . 99 0110 0011 1001 1001 模块连线图：3.3 数码管显示模块 本课题设计采用CD4511作为数码管的译码芯片。CD4511是一个用于驱动共阴LED数码管显示器的BCD码七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。CD4511的输入为8421BCD码。 CD4511真值表：输        入输        出LEBILIDCBAabcdefg显示*0*11111118*01*0000000消隐01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐01110110000000消隐01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消隐0111111000000消隐111*锁       存锁存显示模块电路：在本课题中上图的CD4518由74157代替，另外由于是共阴管，所以7个300的电阻可以由共地端的一个电阻取代。3.4 计数模块 在本课题中计数模块采用四位二进制/十进制可预置计数器CD4029实现。由于测温围为099，所以预警设计温度为两位数。所以需要两片CD4029。这里可以采用一位开关控制进展099的计数，也可以采用两位开关分别控制一位十进制数进展09的计数。两相比拟，第二种方案设定起温度来更为方便、可靠，故采用第二种方案。 CD4029引脚作用介绍：CD4029引脚图：计数模块电路图如下：3.5 比拟判断以及报警模块 本课题设计中采用的比拟判断芯片为7485。7495是四位比拟芯片，通过级联可以构成8位比拟芯片。在本次设计中就通过两片7485的级联，形成8位比拟芯片，进展环境温度和设定温度的比拟，从而判断是否报警。比拟判断以及报警电路如下：3.6 显示切换模块74157为4组2选1数据选择器，单片74157可以实现4位二进制的选择与输出。在本课题中则要求能够进展8位二进制的选择与输出，所以需要两片74157同时进展工作。74157局部的电路如下列图所示：第四章 测试与调试4.1 数字显示电路的调试 手动给予CD4511的四个输入管脚相应的上下电平，查验数码管显示是否正确。 列表如下：符合8421BCD码的输入要求，显示模块可以正常使用，符合设计要求。4.2 ADC、AT28C64与显示电路的连接调试检测AT28C64的3、4、5、6、7、8、9、10脚，记录它们的上下电平状态，同时记录数码管的显示数字。制成下表：发现AT28C64的输入与数码管显示输出相符，所以该局部模块与设计要求相符。4.3 NE555频率发生调试 将NE555的输出脚3号脚连接示波器的CH1通道，显示占空比50%的方波信号。经测量，方波频率为95KHZ,符合设计要求。4.4 传感器与显示电路的调试 检测lm35的输出脚的电压，检测经放大器放大后的信号电压，并观测数码管显示的温度示数，制表如下： 理论 实测误差VoutmvIN(mv)显示VoutmvIN(mv)显示28056028280560313符合电路设计要求，但误差较大。4.5 报警温度的设定与判断调试 由CD4029进展计数，分别设定不同的温度，高于当前环境温或者低于，观测并记录发光二极管的亮灭情况。制成下表： 设定 测量 报警 25 31 是 31 31 是 38 31 否报警模块符合设计要求。 第五章 设计总结5.1 设计完成情况 指标根本达成，能够正常显示温度，能够设置比拟温度，并能超温报警。当给lm35加热时，显示温度能够明显有改变。5.2 问题与改良 1数码管过量，可串接电阻 2电路不工作时，仔细检查，可能是器件也可能是短路、断路造成 3调试尽量分模块调试，更精准5.3 心得体会 本次课程设计大大的锻炼了自己本身的动手能力，同时对器件，对电路都有了一个更深层次的认识。丰富了一些电路设计的经历。