数字温度计的电路设计.doc

1、数字温度计电路设计摘要随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，这款简易数字温度计主要由集成温度传感器LM35、信号处理电路和逐次逼近式A/D转换器ADC0804CN和基于共阳极LED数码管扩展显示器组成。这种温度计具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便，软硬件结构模块化，电路简单，易于实现的特点，十分具有创新性、科学性、可行性。关键词：温度传感器，A/D转换器，LED数码管，7441Design of Digital Thermograph CircuitAbstractW

2、ith the progress of The Times and development, Chip technology has spread to our life, work, scientific research, each field, has become a more mature technology. This paper introduces a method based on single chip microcomputer control digital thermometer, this simple digital thermometer mainly by

3、integrated temperature sensor to LM35, signal processing circuits and successive approximation of the A/D converter ADC0804CN based on 7447 and four altogether anode LED digital display expansion pipe. The thermometer has excellent linearity, high sensitivity, stable performance, strong anti-jamming

4、 capability, use convenient, software and hardware structure, the circuit module is simple and easy to implement, and very innovative, scientific and feasible.Key words: The temperature sensor, A/D converter, LED digital tube , 74411 概述温度是表征物体冷热程度的物理量，是国际单位制七个基本物理量之一，它对产品的质量、生产效率、能源节约、生产安全、人体健康起着非常重

5、要的作用。在日常生活和工农业生产中，经常需要测量温度，但普通温度计存在许多的缺陷，如测温时间长、量程小、精确度低、无法远距离测量等，给温度的测量带来了不便。随着单片机技术在日用电子产品中的应用越来越广泛，基于单片机应用的集成电路数字温度计能完全克服以上缺点，数字式温度计不仅读数方便，而且测量较精确，得到广泛应用。本课题设计的一款简易数字温度计主要由集成温度传感器LM35、信号处理电路和逐次逼近式A/D转换器ADC0804CN和基于共阳极LED数码管扩展显示器组成。这种温度计具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便，软硬件结构模块化，电路简单，易于实现的特点，该设计十分具有创新性

6、、科学性、可行性。2 数字温度计的工作原理利用温度传感器LM35采集温度，通过运算放大器将温度引起的电流变化转化为电压变化，然后经过逐次逼近式A/D转换器ADC0804CN将模拟信号转化为数字信号，并送入7447处理，经过处理的信号送入显示电路，由共阳极LED数码管显示采集到的温度值。原理框图如下所示：3 设计过程3.1分析设计要求，构思总体方案从题目可知该课题的任务主要有三个方面。其一是设计温度采集电路，采集周围环境温度；其二是数据转换电路，从而实现所测温度模拟量转化为易输出的数字量；其三是数据输出电路，实现所采集温度值的显示。所以，整个系统可分为三部分，即采温电路、转换电路、显示电路，其中

7、，采温电路包括温度采集电路和放大器；转换电路是最复杂最重要的，它由A/D转换器和7447芯片组成。3.2硬件电路的设计根据上述总体方案可知，电路应由温度传感器，集成放大器，A/D模数转换器，7441和数字显示电路组成，整个电路图如下图所示：3.3 主要元器件选取实现一个电路，可选的电路元件很多，具体选什么样的元器件合适，依电路的要求来选择。主要在器件选择上需要考虑：器件的电压工作范围，工作温度，精度，输出变化范围等方面。现在说明一下本电路元件的选择原则。3.3.1模-数转换器ADC0804CN模-数转换器（简称ADC或A/D转换器）用来将模拟量转换成数字量。N位模数转换器输出N位二进制数，它正

8、比于加在输入端的模拟电压。A/D转换器的种类很多，按工作原理的不同，可以分为双积分型、逐次比较型、并行比较型等。并行比较型ADC的速度最快，但成本也最高；双积分型ADC精度高、抗干扰能力强，但速度太慢，适合转换缓慢变化的信号；逐次比较型ADC有较高的转换精度、工作速度中等、成本低等优点，因此获得广泛的应用。本设计采用逐次逼近式A/D转换器ADC0804CN，它有8路模拟量输入，有利于系统设计，同时也便于与7447连接。ADC0804CN的主要性能(1) 8位逐次逼近型A/D转换器，所有引脚的逻辑电平与TTL电平兼容。(2) 带有锁存功能的8路模拟量转换开关，可对8路05V模拟量进行分时切换。(

9、3) 输出具有三态锁存功能。(4) 分辨率：8位，转换时间：100s。(5) 不可调误差：1LBS，功耗：15mW。(6) 工作电压：+5V，参考电压标准值+5V。(7) 片内无时钟，一般需外加640KHz以下且不低于100KHz的时钟信号。3.3.2 7447芯片本设计采用7447，它是美国Atmel公司生产低电压，高性能数码管驱动芯片，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和128bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统。 存储单元，功能强大。7447可提供许多高性价比的应用场合，可

10、灵活应用于各种控制领域。3.3.3 温度传感器LM35LM35是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源，具有体积小、反应快、测量精度高、稳定性好、校准方便和价格低等优点，因而获得了广泛的应用。它的主要特性如下： （1）流过器件的电流(Ma)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数，即：式中：Ir流过器件（LM35）的电流，单位为mA；T热力学温度，单位为K。 （2）LM35的测温范围为-55+150。 （3）LM35的电源电压可在4V6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。另外LM35可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。（4）输出电阻为710M。

11、 （5）精度高。LM35共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。3.3.4 数码管ADC0804CN的8个通道我们这里只用了一个，连接温度传感器的测量和放大电路的输出。ADC0804CN通道0输入的模拟电压转换成数字量，要送往显示缓冲区驱动指示灯显示数值。单片机系统中常用的显示器有发光二极管、七段数码显示器、液晶显示器等。其中LED显示器从外观可分为“8”字形的七段数码管、米字形数码管、点阵块、矩形平面显示器、数字笔划显示器等。本设计采用发光二极管简称LED(Light Emitting Diode)显示数值，七段LED数码管显示器能够显示十进

12、制或十六进制数字及某些简单字符。但控制简单，使用方便，在单片机系统中应用较多。数码显示管ag七个笔划(段)及小数点dp均为发光二极管。数码管显示器根据公共端的连接方式，可以分为共阴极数码管和共阳极数码管。4 印制电路板本次科研训练还要求将所设计的电路图制作出对应的PCB板，制作后的PCB板如下图：5 总计综合以上各个部分的电路设计，加深了我对集成器件更进一步的学习，它体积小、功耗低、功能强、可靠性高、实时性强、简单易学、使用方便灵巧、易于维护和操作、性能价格比高、易于推广应用、可实现网络通信等技术。同时也对逐次逼近式A/D转换器ADC0804CN将模拟信号转化为数字信号的转换过程有了较为清楚的

13、认识，还掌握了共阳极LED数码管的显示方式。通过查阅参考文献，我学习到了很多以前没接触到的知识，更加认识到网络资源的重要性，有了网络我们可以方便快速的学习我们所需的知识，并解决我遇到的问题。通过图书馆的相关书籍以及“万方学士学位论文数据库论文网”“维普期刊网”，使我对之前所学的基础知识和专业知识有了进一步的理解和掌握。另外，在此训练中，老师为我指出了此课题的大概方向和需要查阅的相关书籍以及在后面会遇到的主要问题，可谓受益颇多。通过查阅相关的文献资料，结合本次的设计，更进一步掌握了模电和数电等方面的相关知识，加深对其的理解。在学习了相关于本次设计的知识后，我便开始了实际的设计部分，在这个过程中确

14、实也遇到了相当的问题和困难，比如7441与LED如何实现连接，在此我也要感谢老师在此过程中给与的耐心指导。通过本次科研训练，将电子设计方面的知识加以综合，我不仅更进一步的巩固了以往所学的知识，而且很好的了解和掌握了原来不知道或掌握不好的知识结构，特别是了解和掌握了很多专用芯片的功能以及用法，这些芯片的功能和用法都是的实际生产生活紧密相关的，在实际的研发过程中都具有很强的代表性，所以，掌握好这些知识结构能够为以后走上工作岗位，解决实际问题打下良好的基础。实践是检验真理的唯一标准，经过几年的理论学习而这次在即将走向工作岗位的时候能将理论与实践相结合的机会来锻炼自己可谓是难得的一次提高，在此感谢学校

15、为我们安排的这个教学环节，也感谢在此次设计过程中给与我极大帮助和理解的老师和同学。 参考文献1 彭介华.电子技术课程设计指导M.北京：高等教育出版社，2004.2 阎 石.数字电路技术基础 .北京：清华大学出版社，2004.3 童诗白.模拟电路技术基础. 北京：清华大学出版社，2005.4 孙建民.传感器技术M.北京：清华大学出版社，2005.5 汪云洋.数字电路M.北京：电子工业出版社，2002.6 吴显鼎.集成电子电子线路设计手冊M.福州：福建科技出版社,2003.7 Paul Horowitz, Winfield Hill. The Art of Electronics. England: Cambridge University Press, 1989, 9.8 K.J.Astrom. Where is the intelligence in intelligent control J. IEEE Control. May1991.内蒙古工业大学信息工程学院科研训练论文数字温度计电路的设计班级： 通信09-班 姓名：张庆和 学号：200920204068 word文档 可自由复制编辑