電子技術(shù) 》綜合課程設(shè)計

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1、河北建筑工程學院 課程設(shè)計任務書 課程名稱：《 電子技術(shù) 》綜合課程設(shè)計 系： 電氣系 專 業(yè)：樓宇智能化工程技術(shù) 班 級：樓宇073 學 號：xxxxxxxx 學生姓名：xxxxxxx 指導教師：張志榮 魏建新 職 稱：副教授 高級實驗師 2009年1 月 5日 目 錄 一引言…………………………………………………………………………（1） 二智能溫度計的基本組成方框………………………………………………

2、 （1） 三系統(tǒng)硬件組成………………………………………………………………（2） （一） 溫度傳感器AD590及其應用………………………………………（2） （二） 放大器…………………………………………………………………（3） （三） A/D轉(zhuǎn)換器MC1443 …………………………………………………（3） （四） LED顯示器……………………………………………………………（4） （五） 系統(tǒng)核心單片機部分閃電存儲器型器件AT89C51…………………（5） （六） 其它……………………………………………………………………（10） 四智能溫度計的流程圖…………………………………………

3、……………（10） 五系統(tǒng)主程序…………………………………………………………………（12） 六 總結(jié)和體會……………………………………………………………………（22） 七 參考文獻 ……………………………………………………………………（23） 《 電子技術(shù) 》綜合課程設(shè)計任務書 一、課程設(shè)計的性質(zhì)、目的： 課程設(shè)計主要目的，是通過電子技術(shù)的綜合設(shè)計，熟悉一般電子電路綜合設(shè)計過程、設(shè)計要求、應完成的工作內(nèi)容和具體的設(shè)計方法。通過設(shè)計也有助于復習、鞏固以往的學習模電、數(shù)電內(nèi)容，達到靈活應用的目的。在設(shè)計完成后，還要將設(shè)計的電路進行安裝、調(diào)試以加強學生的動手能力。在此過程中培養(yǎng)從事設(shè)計

4、工作的整體觀念。 課程設(shè)計應強調(diào)以能力培養(yǎng)為主，在獨立完成設(shè)計任務同時注意多方面能力的培養(yǎng)與提高，主要包括以下方面： · 獨立工作能力和創(chuàng)造力。 · 綜合運用專業(yè)及基礎(chǔ)知識，解決實際工程技術(shù)問題的能力。 · 查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和各種工具書的能力。 ·熟悉常用電子儀器操作使用和測試方法； ·工程繪圖能力。 · 寫技術(shù)報告和編制技術(shù)資料的能力。 二、課程設(shè)計的主要內(nèi)容、基本要求和書寫字體： （一）要求： 1 根據(jù)技術(shù)指示設(shè)計各單元電路，寫出設(shè)計過程，進行設(shè)計方案論證、方案對比； 2 選擇所用元器件的型號，寫出元器件的功能表，列出元器件清單； 3 畫出整機原理圖； 4

5、畫出整機接線圖； 5 組裝并調(diào)試設(shè)計電路，自行排除故障（對電路首先進行單元電路調(diào)試，在保證單元電路工作正常的情況下，再進行整機連接）； （二）目錄 1、功能要求、 2、技術(shù)指標 3、選出2-3個方案，劃出功能框圖、寫出實現(xiàn)原理。 4、方案比較，確定方案：寫出已確定方案詳細工作原理，計算出參數(shù)。 5、確定方案的單元電路功能、引腳圖所用元件明細表等 6、總結(jié) 7、總電路原理圖 三、設(shè)計題目： 1、3 1/2數(shù)字電壓表 2、3 1/2數(shù)字溫度表 3、3 1/2數(shù)字mAs表 四、具體要求： （一）根據(jù)題目：利用所

6、學過知識，通過上網(wǎng)或到圖書館查閱資料，設(shè)計出2-3個實現(xiàn)數(shù)字電壓表的方案；只要求寫出實現(xiàn)工作原理，畫出電原理功能框圖，描述其功能。 說明：采用原理、方案、方法不限，可以自行設(shè)計。 （二）其中對將要實驗方案3 1/2位數(shù)字電壓表方案、3 1/2數(shù)字溫度表，3 1/2數(shù)字mAs表，須采用中、小規(guī)模集成電路、MC 14433A/D轉(zhuǎn)換器等電路進行設(shè)計，寫出已確定方案詳細工作原理，計算出參數(shù)。 （三）技術(shù)指標： 1、3 1/2位數(shù)字電壓表方案：測量直流電壓1999-0001V；199.9-0.1V；19.99-0.01V；1.999-0.001V； 測量交流電壓1999-199V。 2、3

7、 1/2位數(shù)字溫度表方案：測量值：0-1999C 3、3 1/2位數(shù)字mAs表方案：測量值：1999-0001mAs；199.9-0.1 mAs； 五、電子電路設(shè)計的一般方法 （一）方案論證（方案比較）與總體設(shè)計（舉例說明） （二）單元電路的設(shè)計步驟（舉例說明） （三）電子元器件的選擇 1 、電子元器件選擇原則； 2 、模擬集成電路的選擇； 3 、數(shù)字集成電路的選擇； 4 、晶體二、三極管的選擇； 5 、電阻、電容、電感的選擇。 （四）參數(shù)計算 根據(jù)性價比和預設(shè)指標，合理選擇參數(shù)進行計算。 （五）總體電路畫法 1、按照信號流向，從左到右，從上到下依次畫出各單元電

8、路； 2、整體電路盡量用計算機畫在一張圖紙上。將獨立和次要圖紙畫在另外圖紙，注明連線編號； 3、電路圖中的元件符號必須符合國際標準和國家標準。 六、課程設(shè)計報告編寫基本要求 1．每個學生必須獨立完成課程設(shè)計報告； 2．課程設(shè)計報告書寫規(guī)范、文字通順、圖紙清晰、數(shù)據(jù)完整、結(jié)論明確； 3．課程設(shè)計報告后應附參考文獻； 4．要求課程設(shè)計報告用A4紙打印裝訂成冊，頁邊距：上2.54cm,下2.54cm,左3.5cm,右2cm.。 5．書寫字體說明： （1） 封面（網(wǎng)上下載）； （2）題目：二號、宋體加粗，主標題（章）四號宋體； （3）次標題（節(jié)）及內(nèi)容：小四宋體； (4)表格：

9、表 五號宋體 （表上方居中） (5)插圖：圖 五號宋體 （圖下方居中） (6)參考文獻標題：小四黑體居中；內(nèi)容：五號宋體，順序為： 作者1、…作者n、,書名、版本、出版地、出版者、出版年、頁次 七、課程設(shè)計的時間安排： 第1周 上午 下午 星期一 指導教師布置設(shè)計任務（教室） 同上，講解設(shè)計步驟 星期二 上網(wǎng)或到圖書館查閱資料 上網(wǎng)或到圖書館查閱資料 星期三 分析設(shè)計準備階段（教室） 分析設(shè)計準備階段? 星期四 指導教師將解或答疑 分析設(shè)計準備階段? 星期五 指導教師將解或答疑 分析設(shè)計準備階段? 第2周 上午 下午 星期一 輸入及采樣

10、電路的設(shè)計 數(shù)字電壓表頭設(shè)計 星期二 數(shù)字電壓表設(shè)計 根據(jù)技術(shù)指示設(shè)計各單元電路，寫出設(shè)計過程 （教室、圖書館） 星期三 連接、調(diào)試設(shè)計電路，自行排除故障，指導教師驗收（實驗室） 連接、調(diào)試設(shè)計電路，自行排除故障，指導教師驗收（實驗室） 星期四 星期五 星期六 寫出課程設(shè)計報告和編制技術(shù)資料（教室） 寫出課程設(shè)計報告和編制技術(shù)資料（教室） 星期日 考核（教室） 考核（教室） 　 　 　 　 八、課程設(shè)計的成績考核與評定： 通過總結(jié)報告，并結(jié)合學生的動手能力，獨立分析解決問題的能力和創(chuàng)新精神，及學習態(tài)度綜合考評。成績分優(yōu)、良、中、及格和不及格五等。 考

11、核標準包括：課程設(shè)計技術(shù)報告（50%）； 學生的動手能力（40%）； 考勤（10%）。 電氣系 題目一：3　 1／2數(shù)字電壓表 方案1 總體設(shè)計：數(shù)字電壓表是將被測模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并進行適時數(shù)字顯示的系統(tǒng)。3 　1／2數(shù)字電壓表是指十進制數(shù)0000～1999，其中個、十、百位數(shù)字變化范圍0到9，“半位”千位只能是0，1。本方案采用MC14433電路，3　 1／2數(shù)字電壓表各部分功能為：（1）3 1／2　A／D轉(zhuǎn)換器：將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；（2）基準電源：提供精密電壓，供　A／D轉(zhuǎn)換器作為參考電壓：（3）譯碼器：將轉(zhuǎn)換成七段信號；（4）驅(qū)動器：驅(qū)動LED數(shù)碼管正常發(fā)光；

12、（5）顯示器：將譯碼器輸出的七段信號進行數(shù)字顯示，從而可以對所測電壓進行觀察，MC14433的方框圖和引腳引腳引線功能如下： G 被測電壓VX和參考電壓VR的模擬接地端 VR 外接參考電壓端（+2V或+200Mv） VX 被測電壓輸入端 R1，R1/C1，C1 外接積分電阻R1和積分電容C1元件端。外接元件典型值：當量程為2V時，C = 0.1μF,R = 470kΩ；當量程為200mV時，C1 = 0.1μF, R1 = 27kΩ C01,C02 外接失調(diào)電容C0端。C0典型值為0.1μF DU 數(shù)據(jù)顯示控制端。當DU和EOC（引腳14）連接時，每次A/D轉(zhuǎn)換都輸出 C

13、LKI，CLKO 時鐘振蕩器外接電阻RC端， RC的典型值為470kΩ，時鐘頻率隨RC增加而下降 VEE模擬負輸入端。典型值為-5V VSS 數(shù)字地，除CLKO端外所有輸出端的低電平基準。當VSS與VAG相連（即數(shù)字地和模擬地相連）時，輸出電壓幅度為VAG～VDD（0V～+5V）；當VSS與VEE（-5V）相連，輸出電壓幅度為VEE～VDD（-5V～+10V）。實際應用時一般是VSS與VAG相連 EOC 轉(zhuǎn)換結(jié)束控制端（輸出）。每當一個A/D轉(zhuǎn)換周期結(jié)束，EOC端輸出一個寬度為時鐘周期1/2寬度的正脈沖 過量程標志輸出端。平時為高電平。當｜VX｜﹥VR時（被測電壓輸入絕對值大于參考電壓

14、），端輸出低電平 DS1～DS4 多路選通脈沖輸出端，對應DS1千位，對應DS4個位。每個選通脈沖寬度為18個時鐘脈沖，兩個相鄰脈沖之間間隔為2個時鐘周期 Q0～Q3 BCD碼數(shù)據(jù)輸出線。其中為Q0最低位，Q3為最高位。當DS2 、DS3和 DS4選通期間，Q0～Q3除了表示千位的0或1外，還表示了轉(zhuǎn)換值的正負極性和欠量程還是過量程 VDD 正電源端。典型值為+5V MC14433的外部連接電路盡管MC14433外部連接元件很少，為使其工作于最佳狀態(tài)，也必須注意外部電路的連接和外接元件的選擇，其實際連接電路如圖11—18所示。為了提高電源抗干擾的能力，正、負電源分別通過去耦電容0.04

15、7μF、0.02μF與VSS(VAG)相連。 數(shù)字電壓表基本組成結(jié)構(gòu)框圖： 計數(shù)器 量程開關(guān) 基準參考電壓 邏輯控制 A／D轉(zhuǎn)換 時鐘源 七段譯碼驅(qū)動 數(shù)字顯示 圖1－1 元器件選擇： MC14433 3 1／2數(shù)字電壓表元器件明細表 序號 名稱 型號 單位 數(shù)量 備注 1 3 1／2　A／D轉(zhuǎn)換器 MC14433 片 1 2 到七段鎖存譯碼驅(qū)動器 CD4511 片 1 3 七路達林頓驅(qū)動陣列 MC1413 片 1 4 基準電源 MC1403 片 1 5 CC4051 片 1 6

16、 74LS194 片 1 7 LM324 片 1 8 LED數(shù)碼管 個 4 共陰極 9 電阻 個 若干 10 電容 個 若干 … 表1－1 方案2 總體設(shè)計：本方案采用CC14433 3　1／2位DVM電路，CC14433用來實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換、計數(shù)和控制邏輯等主要功能。芯片MC1403則為CC14433提供的基準電壓，由555定時器及整流濾波組成的負電源產(chǎn)生電路為CC14433提供其芯片內(nèi)部模擬電路作用負電源Vee電壓。接通整機電源Vdd后，將待測模擬信號電壓U1a輸入至CC14433的Vx（3）端，經(jīng)芯片內(nèi)部進行

17、A/D轉(zhuǎn)換后，變成相應的BCD碼從CC14433的Q3~Q0（23~20）端輸出，再經(jīng)外接CC4511譯碼后驅(qū)動四位LED七段數(shù)碼管LDD580。同時，CC14433還依次輸出四個與Q3~Q0同步的位選通信號DS1~DS4，該信號經(jīng)達林頓反相驅(qū)動器反相后再分別接至四個數(shù)碼管陰極，與CC4511輸出的七段譯碼驅(qū)動信號相配合，使相應的數(shù)碼管分時輪流選通而顯示各自對應的十進制數(shù)字 其電路原理簡圖為： 模擬輸入 譯碼驅(qū)動 負電源 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 基準電壓 動態(tài)掃描 數(shù)碼顯示 圖2－1 摸/數(shù)轉(zhuǎn)換器 ∶ 由CC14433芯片構(gòu)成，它是將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成四位二進制BCD碼，C

18、C14433是CMOS工藝312位雙積分單片ADC，它采用了大規(guī)模集成電路技術(shù)，主要完成A/D轉(zhuǎn)換和相應的控制邏輯功能，其原理框圖及外引腳功能圖為∶ 圖2－2 VAG（1腳）：被測電壓VX和基準電壓VR的參考地 VR（2腳）：外接基準電壓（2V或200mV）輸入端 VX（3腳）：被測電壓輸入端R1（4腳）、R1 ／C1（5腳）、C1（6腳）：外接積分阻容元件端 C1＝0.1μf（聚酯薄膜電容器），R1＝470KΩ（2V量程）；R1＝27KΩ（200mV量程）。 C01（7腳）、C02（8腳）：外接失調(diào)補償電容端，典型值0.1μf。 DU（9腳）：實時顯示控制輸入端。若與EOC（14

19、腳）端連接，則每次A / D轉(zhuǎn)換均顯示。 CP1（10腳）、CPo（11腳）：時鐘振蕩外接電阻端，典型值為470KΩ。 基準電壓 ∶ CC14433　A/D轉(zhuǎn)換的精度主要取決于基準電壓Vref的精度。選用了模擬集成精密基準電壓器件MC1403，電壓+2V． 負電源 ∶ 由定時器NE555及相應R、C元件和整流濾波電路組成，用于為CC14433芯片內(nèi)部模擬部分提供Vef（-5V）工作電源。 譯碼驅(qū)動控制 ∶ 由CC4511BCD七段譯碼器和MC1413達林頓反相驅(qū)動器組成，用于將CC14433輸出的BCD碼轉(zhuǎn)換成顯示驅(qū)動信號和動態(tài)掃描顯示的逐位控制信號。 數(shù)字量顯示 ∶ 由四個七段

20、數(shù)碼管LED組成。顯示器工作時，一方面由CC14433的位選通信號DS1～DS4依次輸出高電平信號去控制達林頓反相輸出器MC1413選通控制相應的千位、百位、十位和個位數(shù)碼管；另一方面，由CC14433的Q3～Q0同步依次輸出各位計數(shù)器的BCD碼，再通過CC4511輸出的譯碼驅(qū)動信號驅(qū)動相相應的數(shù)碼管顯示出四位十進制數(shù)字。 MC1413電路結(jié)構(gòu)和引腳排列如圖所示，它采用16引腳的雙列直插式封裝。每一驅(qū)動器輸出端均接有一釋放電感負載能量的抑制二極管。 元器件選擇： CC14433 3 1／2數(shù)字電壓表元器件明細表 序號 名稱 型號 單位 數(shù)量 備注 1 雙積分單片ADC

21、CC14433 塊 1 2 BCD七段譯碼器／驅(qū)動器 CC4511 塊 1 3 精密基準電壓 MC1403 塊 1 4 達林頓反相驅(qū)動器 MC1413 塊 2 5 時基電路 NE555 塊 1 6 三—3輸入與非門 CC4023 塊 1 7 雙D觸發(fā)器 CC4013 塊 1 8 雙向移位寄存器 CC40194 塊 1 9 三—3輸入與門 CC4073 塊 1 10 四異或門 CC4070 塊 1 11 LED七段顯示數(shù)碼管 LDD580 只 4 共陰

22、極 12 電阻 塊 若干 13 電容 塊 若干 14 二極管 塊 若干 表2－1 方案論證：MC14433是摩托羅拉公司推出的3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，它集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。相比CC14433而言它外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高。MC144333　1／2數(shù)字電壓表工作過程如下：3　 1／2數(shù)字電壓表通過選位信號DS1～DS4進行動態(tài)掃描顯示，由于MC14433電路的A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果是采用BCD多路調(diào)制方法輸出，配上顯示譯碼器可以將轉(zhuǎn)換結(jié)果以數(shù)字方式實現(xiàn)4位數(shù)字的LED發(fā)光數(shù)碼管動態(tài)

23、掃描顯示。DS—DS4輸出多路調(diào)制選通脈沖信號，DS選通脈沖為高電平，則表示對應的位數(shù)被選通，此時該位數(shù)據(jù)在Q0～Q3端輸出，每個DS選通脈沖高電平寬度為18個時鐘脈沖周期，兩個相鄰選通脈沖之間時間間隔2個時鐘脈沖周期。DS和EOC的時序關(guān)系是在EOC 脈沖結(jié)束后，緊接著是DS1輸出正脈沖，以下依次為DS2、DS3和DS4。其中DS1對應最高位，DS4對應最低位。在對應DS2、DS3選通期間，Q0～Q3輸出BCD4位數(shù)據(jù)，既以8421碼方式輸出對應的數(shù)字0～9，在DS1選通期間，Q0～Q3輸出千位的半位數(shù)0或1，及過量程欠量程和極性標志信號。 圖2－3 題目二：3 1／2數(shù)字溫度表 方案

24、1 方案論證：溫度是日常生活、工業(yè)、醫(yī)學、環(huán)境保護、化工、石油等領(lǐng)域最常遇到的一個物理量。測量溫度的基本方法是使用溫度計直接讀取溫度。半導體二極管作為溫度傳感器的數(shù)字顯示電子溫度計，半導體二極管的正向壓降決定與正向電流的大小和環(huán)境溫度，當正向電流一定時，正向壓降隨溫度的升高而下降。與其他溫度傳感器相比，在低溫測量方面，二極管溫度傳感器具有靈敏度高線性好簡便的特點。電子溫度計就可以直接測量溫度，得到溫度的數(shù)字值，既簡單方便，又直觀準確。 總體設(shè)計：3 1／2數(shù)字溫度表是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并進行數(shù)字顯示的系統(tǒng)。3 　1／2數(shù)字溫度表表是指十進制數(shù)0000～1999，其中個、十、百位數(shù)字變化

25、范圍0到9，“半位”千位只能是0，1。3 1／2數(shù)字溫度表電路主要由溫度傳感器，放大器，A/D轉(zhuǎn)換器，LED顯示器，電源等組成。溫度傳感器是把溫度轉(zhuǎn)換成電壓（或電流）的器件，溫度傳感器輸出電壓的大小隨溫度的高低變化而變化，電壓值的變化范圍從幾個微伏到幾個毫伏。不同的溫度傳感器，輸出電壓的范圍也差別很大。放大器的主要功能是把微弱的溫度電壓信號放大到（0—2）伏或（0—5）伏的范圍內(nèi)，以便進行A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換器把放大后的模擬溫度電壓信號轉(zhuǎn)換成對應的數(shù)字溫度電壓信號。經(jīng)過計算處理，得到相應的溫度值，送到LED顯示器以數(shù)字形式顯示測量的溫度。LED顯示器用于顯示測量溫度的結(jié)果。 3 1／2數(shù)字

26、溫度表電路基本組成結(jié)構(gòu)框圖： 溫度傳感器 A/D轉(zhuǎn)換器 顯示電路 圖2－3 電路中，電阻R~R二極管VD~VD、晶體管VT構(gòu)成溫度傳感器電路，其中，VD、VD串接作為測溫探頭；R~R、VD、VT構(gòu)成恒流源電路，給測溫探頭提供恒定的正向電流。二極管VD起溫度補償作用，保證恒流的溫度穩(wěn)定性。ICL7107是單片CMOS31/2位雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，它包括了線性放大器模擬開關(guān)時鐘振蕩器七段譯碼顯示驅(qū)動器等部件，可直接驅(qū)動共陽極數(shù)碼管。ICL7107被設(shè)計成雙電源（+5V~—5V）工作，具有自動校零和極性自動轉(zhuǎn)換功能。圖中R和C構(gòu)成振蕩器的振蕩網(wǎng)絡(luò)，IC1輸出的千位數(shù)百位數(shù)十位數(shù)個位數(shù)

27、之段驅(qū)動信號直接連接到四個共陽極LED數(shù)碼管，IC2、IC3為IC1及溫度傳感器電路提供穩(wěn)定的電源。 方案2 方案論證：最常見到的測量溫度的工具是各種各樣的溫度計，例如，水銀玻璃溫度計，酒精溫度計，熱電偶或熱電阻溫度計等。它們常常以刻度的形式表示溫度的高低，人們必須通過讀取刻度值的多少來測量溫度。 總體設(shè)計：數(shù)字溫度計可利用AD590電流型集成電路溫度傳感器的輸出電流與溫度的關(guān)系，采用非平衡電橋法組裝的一臺數(shù)字式溫度計。和普通熱力學溫度計相比，它有以下兩個優(yōu)點：（1）溫度變化引起輸出量的變化呈良好的線性關(guān)系。（2）數(shù)字顯示,使用簡單方便。【原理】（1）AD590是一種新型的電流輸出型溫度

28、傳感器，由多個參數(shù)相同的三極管和電阻組成。當該器件的兩引出端加有某一定的直流工作電壓時（ A/D轉(zhuǎn)換器由雙積分型3又1/2位A/D轉(zhuǎn)換器MC14433來完成。因為溫度的變化具有慣性，變化緩慢，MC14433的轉(zhuǎn)換速度完全可以滿足溫度測量的要求。 MC14433的方框圖和引腳如圖3所示，它是單片CMOSA/D轉(zhuǎn)換器,它采用雙積分原理實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。因為轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量有三位十進制數(shù)，而最高位只能輸出０或１，故稱為３又1/2位A/D轉(zhuǎn)換器．該電路需要外接積分電阻Ｒ和電容Ｃ，外接失調(diào)補償電容C。該電路具有自動調(diào)零、自動極性轉(zhuǎn)換功能，它精度高、功耗低、使用方便并能與微機或其他數(shù)字電路兼容。 六．總

29、結(jié)和體會本課程設(shè)計敘述了智能溫度計的設(shè)計，包括硬件組成和軟件的設(shè)計，該系統(tǒng)在硬件設(shè)計上主要是通過溫度傳感器對溫度進行采集，把溫度轉(zhuǎn)換成變化的電壓，然后由放大器將信號放大，通過A/D轉(zhuǎn)換器，MC14433將模擬溫度電壓信號轉(zhuǎn)化為對應的數(shù)字溫度信號電壓。其硬件設(shè)計中最核心的器件是單片機89C51，它一方面控制A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，另一方面，將采集到的數(shù)字溫度電壓值經(jīng)計算機處理得到相應的溫度值，送到LED顯示器，以數(shù)字形式顯示測量的溫度。整個系統(tǒng)的軟件編程就是通過匯編語言對單片機MT89C51實現(xiàn)其控制功能。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，簡單可靠，操作靈活，功能強大，性能價格比高，較好的滿足

30、了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科研的需要。通過本次的設(shè)計，參考了大量的資料，讓我認識到了單片機功能的強大，讓我學到了很多，受益匪淺！作心得與體會】通過這次制作，我更加意識到了實踐的重要性。看似一個簡單的溫度計，電路也比較簡單。但在實際制作過程中，學習電焊，盒蓋的開孔，各個電子元件的布置，對故障的分析和排除，都需要付出努力，要求較強的動手能力。同時，它培養(yǎng)了通過思考解決問題的能力，使得我對科學實踐有了更深的認識，是我的又一次很好的實踐。我也為老師的兢兢業(yè)業(yè)的敬業(yè)精神所感動！ 等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下：精度：讀數(shù)的±0.

31、05%±1字模擬電壓輸入量程：1.999V和199.9mV兩檔采用字位動態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千、百、十、個位BCD碼分時在Q0—Q3輪流輸出，同時在DS1—DS4端輸出同步字位選通脈沖，很方便實現(xiàn)LED的動態(tài)顯示。一、測溫探頭的工作原理 如圖所示的電路中，電阻R1-R3二極管V1－V3,三極管V1構(gòu)成溫度傳感器電路。其中，VD1,VD2串接作為測溫探頭，R1-R3、VD3、V1構(gòu)成恒流源電路，給測溫探頭提供恒定的正向電流。 大家知道，半導體二極管的正向電壓降取決于正向電流的大小和溫度，當正向電流一定時，正向壓降隨溫度的升高而下降。對于普通的硅二極管1N4148而言，具有約－2

32、.1mV/℃的溫度系數(shù)，當兩個1N4148串接時，總的正向壓降與溫度的關(guān)系約為－4.2mV／℃。理論和實降都已證明，在－50℃～＋150℃的范圍內(nèi)，二極管的測溫精度可達±0.1℃。與其它溫度傳感器相比，二極管的溫度傳感器具有靈敏度高、線性好、簡便的特點。而且當二極管的正向電流和溫度一定的情況下，其正向壓降是非常穩(wěn)定的。二、測溫顯示原理 測量探頭把待測溫度轉(zhuǎn)換為相應的電壓后，因為要實現(xiàn)溫度的數(shù)字顯示，就必須有模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置。在本電路中，是以Motorola公司生產(chǎn)的A/D轉(zhuǎn)換器MC14433為核心。 MC14433是單片CMOS3 1／2雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，該A/D轉(zhuǎn)換

33、器的轉(zhuǎn)換精度高達±0.05%±1字；轉(zhuǎn)換速率為2－25次／秒；輸入阻抗大于1000M歐；外圍元件少，電路結(jié)構(gòu)簡單；量程為1.999V和199.9mV兩檔；輸出8421BCD代碼，經(jīng)譯碼后實際LED動態(tài)掃描顯示。MC14433的第2腳為外接基準電壓Vref輸入端；第3 腳為被測電壓Vin輸入端；第1腳為模擬地，此端為高阻輸入端，是被測電壓和基準電壓的地；第15腳為過量程輸出標志端OR，平時OR為高電平，當|Vin|>Vref 即超過量程時，OR為低電平。被測電壓Vin與其準電壓Vin與基準電壓Vref成下列比例關(guān)系（當小數(shù)點定位于4個LED數(shù)碼管的十位數(shù)時）： 輸出讀數(shù)＝Vin／Vref×19

34、9.9 因為MC14433以掃描方式輸出數(shù)據(jù)，所以只需要用一個譯碼器就能驅(qū)動4只共陰極LED數(shù)碼管，其中千位數(shù)的數(shù)碼管只接“b、c”兩段。4個LED數(shù)碼管的公共陰級分別由MC1413中的4個達林頓復合晶體管驅(qū)動。 負號由千位數(shù)的LED數(shù)碼管“g段”來顯示，顯示負號的“g段”由MC14433的Q2控制，當輸入負電壓時（對應溫度為0℃以下），Q2＝“0”，顯示負號的“g段”通過R15歐電阻點亮；當輸入正電壓時（對應溫度為0℃以上），Q2＝“1”使MC1413的另一個達林頓復合晶體管把流過R15的電流旁路到地，使顯示負號的“g段”熄滅。 小數(shù)點固定在十位數(shù)的LED數(shù)碼管，通過R16給小

35、數(shù)點“dp”提供電流，使小數(shù)點“dp”點亮。最早的溫度計是在1593年由意大利科學家伽利略發(fā)明的。他的第一只溫度計是一根一端敞口的玻璃管，另一端帶有核桃大的玻璃泡。使用時先給玻璃泡加熱，然后把玻璃管插入水中。隨著溫度的變化，玻璃管中的水面就會上下移動，根據(jù)移動的多少就可以判定溫度的變化和溫度的高低。這種溫度計，受外界大氣壓強等環(huán)境因素的影響較大，所以測量誤差大。荷蘭人華倫海特在1709年利用酒精，在1714年又利用水銀作為測量物質(zhì)，制造了更精確的溫度計。把一定濃度的鹽水凝固時的溫度定為0℉，把純水凝固時的溫度定為32℉，把標準大氣壓下水沸騰的溫度定為212℉，用℉代表華氏溫度，這就是華氏溫度計

36、。 2.研究意義 本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用。它具有結(jié)構(gòu)簡單,不需外接元件,采用一根I/ O 數(shù)據(jù)線既可供電又可傳輸數(shù)據(jù)、并可由用戶設(shè)置溫度報警界限等特點,可廣泛用于食品庫、冷庫、糧庫等需要控制溫度的地方。目前,該產(chǎn)品已在溫控系統(tǒng)中得到廣泛的應用。設(shè)計是測溫電路，使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來溫度是非電量模擬信號，數(shù)字顯示溫度就必須將

37、這一非電量信號轉(zhuǎn)換成電量（電壓或電流），然后將模擬電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后經(jīng)譯碼顯示器顯示溫度值。 硬件部分設(shè)計包括：A/D轉(zhuǎn)換電路、測溫電路、顯示電路、傳感器電路及測溫電路與單片機的接口、顯示電路與單片機的接口等組成的。 溫度是非電量模擬信號，數(shù)字顯示溫度就必須將這一非電量信號轉(zhuǎn)換成電量（電壓或電流），然后將模擬電信號經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后經(jīng)譯碼顯示器顯示溫度值。 溫度傳感器 精密放大器 A/D轉(zhuǎn)換器 譯碼顯示電路 數(shù)字溫度計框圖 溫度傳感元件較多，如熱敏電阻、熱電偶、溫敏二極管、溫敏三極管等。比如溫敏三極管在溫度發(fā)生變化時be結(jié)的溫度系數(shù)為–2m

38、V/°C，利用這個特性可以測出環(huán)境溫度的變化。 但由于在0°C時溫敏三極管be結(jié)存在的電壓vbe不等于零，因此需要設(shè)計一個調(diào)零電路，使溫敏三極管在0°C時的輸出為零，使顯示器的讀數(shù)也為零。當環(huán)境溫度上升到100°C時，溫敏三極管be結(jié)的電壓增加到–200mV，這時應使電路的輸出顯示讀數(shù)為100。一般只需要調(diào)好0°C和滿度，輸出讀數(shù)與溫度就能對應。 設(shè)計要求： 溫度是表征物體冷熱程度的物理量，它與人們的生活密切相關(guān)。傳統(tǒng)的溫度計有著太多的自身局限性，從而制約了它在眾多領(lǐng)域中的應用。數(shù)字式溫度計的出現(xiàn)，使得這些問題迎刃而解，它不僅拓寬了溫度計的應用范圍，而且具有實時性、準確性、高效性等特點。

39、 本次數(shù)字溫度計的設(shè)計主要是利用PN結(jié)隨溫度的變化，電壓變化的基本原理而制成的。在溫度變化的情況下，PN結(jié)上取得的電壓相應的發(fā)生變化，信號通過LM358集成放大器放大，放大的模擬信號再輸入到ICL7107CPL（3.5位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器），轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號輸出，通過數(shù)碼管顯示，以達到對溫度測量的目的。（1）溫度是一種典型的模擬信號，用數(shù)字電路來進行檢測就必須將這一非電量先變成電（電壓或電流），然后將模擬電信號經(jīng)A/D電路變換成數(shù)字信號，經(jīng)譯碼顯示而得到對應的數(shù)字。 實現(xiàn)溫度值到電量的傳感元件很多，如熱電阻、熱電偶、熱敏電阻、溫敏二極管及溫敏三極管等。比如溫敏晶體管在溫度發(fā)生變化時,be結(jié)的溫度系

40、數(shù)為-2mV/C，利用這個特性可以測出環(huán)境溫度的變化。但由于在0度時溫敏晶體管的be結(jié)存在一個電壓Vbe，因而需要設(shè)計一個調(diào)零電路，使溫敏晶體管在0度時的輸出為零，即使顯示器的讀數(shù)為零。當環(huán)境溫度上升到200度時，溫敏管be結(jié)的壓降會增加為-400mV，這時應使電路的輸出顯示讀數(shù)為200。一般只要調(diào)整好0度和滿刻度，輸出讀數(shù)與溫度就能對應。 （2）實現(xiàn) 7/2位數(shù)字輸出的A/D電路MC1443，如前所述這種芯片的輸入模擬量為0—200V，因而要將來自傳感器的0—400mV的低壓信號進行放大。如果采用CC7107A/D轉(zhuǎn)換器組成數(shù)字電壓表，則被測電壓Vin與參考電壓Vref之間滿足下式： ?

41、輸出讀數(shù)=2000Vin/Vref 利用Vin和Vref之間的比例關(guān)系，調(diào)節(jié)Vref可以使?jié)M刻度時的輸出數(shù)字和輸入信號Vin對應。 其基本工作電路（圖一）包括取樣電路、電壓比較器、模擬開關(guān)、積分器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換電路、控制電路、顯示電路、穩(wěn)壓電源。具有較高的精度和穩(wěn)定性，操作簡便用于維修醫(yī)用Ｘ線設(shè)備的毫安秒表由外殼、積分器１、模數(shù)轉(zhuǎn)換器３、顯示器４和單片微機電路組成。其中：積分器１的積分電容并接模擬開關(guān)２，積分器１的輸出接模數(shù)轉(zhuǎn)換器３的模擬信號輸入端，后者的數(shù)據(jù)輸出口和轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出腳分別接單片微機電路的數(shù)據(jù)輸入口和檢測輸入腳，單片微機電路的數(shù)據(jù)輸出口接顯示器，其兩個控制腳分別接模擬開關(guān)

42、２的控制端和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的啟動轉(zhuǎn)換腳。它可連續(xù)測量、存儲和顯示Ｘ線設(shè)備的ｍＡｓ值。 該測溫儀由數(shù)字式溫度傳感器、單穩(wěn)態(tài)定時電路、計數(shù)電路、譯碼與LED數(shù)碼管顯示電路等組成。測溫范圍為0～50℃，精度為0.1℃，數(shù)字顯示。根據(jù)SWC數(shù)字式溫度傳感器的測溫原理，將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以其輸出的串行脈沖個數(shù)表示其所測溫度數(shù)。標定每個脈沖表示0.1℃的溫度增量，則0～50℃應對應輸出0～500個脈沖，他的轉(zhuǎn)換速度應小于50 ms，電源電壓為12 V。定時電路產(chǎn)生的定時寬度為50 ms的閘門脈沖電壓，一路經(jīng)微分電路對計數(shù)器進行清零，另一路直接加至數(shù)字式溫度傳感器SWC的K端，溫度采集驅(qū)動后，即輸出串行脈沖

43、，經(jīng)放大電路放大后，計數(shù)電路對其進行計數(shù)，再經(jīng)譯碼器譯碼輸出驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管，進行動態(tài)顯示。設(shè)計原理圖如圖1所示。 2 電路設(shè)計 2.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路 該電路主要由NE555和R2，C1等組成，如圖2所示。其閾值電平Vth1=2VDD／3=9 V，觸發(fā)電平Vth2=VDD／3=4 V。接通電源后，+VDD經(jīng)R1加到2腳，使V2=VDD>Vth2，而定時電容C1的電壓為零，使V6=0

44、給C1充電，Vc1上升到使Vc1=V6=Vth1時，定時器又從置位狀態(tài)變?yōu)閺臀粻顟B(tài)，3腳變?yōu)榈碗娖健? 環(huán)境溫度對工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)和人們的日常生活都有很大的影響，而溫度的測量也就成為人們生產(chǎn)生活中一項必不可少的工作。傳統(tǒng)的測溫儀測量費時，準確度也較低，本文采用SWC溫度傳感器設(shè)計了一種數(shù)字測溫儀，利用他可以快速、準確地測得溫度。 1 設(shè)計思想 該測溫儀由數(shù)字式溫度傳感器、單穩(wěn)態(tài)定時電路、計數(shù)電路、譯碼與LED數(shù)碼管顯示電路等組成。測溫范圍為0～50℃，精度為0.1℃，數(shù)字顯示。根據(jù)SWC數(shù)字式溫度傳感器的測溫原理，將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以其輸出的串行脈沖個數(shù)表示其所測溫度

45、數(shù)。標定每個脈沖表示0.1℃的溫度增量，則0～50℃應對應輸出0～500個脈沖，他的轉(zhuǎn)換速度應小于50 ms，電源電壓為12 V。定時電路產(chǎn)生的定時寬度為50 ms的閘門脈沖電壓，一路經(jīng)微分電路對計數(shù)器進行清零，另一路直接加至數(shù)字式溫度傳感器SWC的K端，溫度采集驅(qū)動后，即輸出串行脈沖，經(jīng)放大電路放大后，計數(shù)電路對其進行計數(shù)，再經(jīng)譯碼器譯碼輸出驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管，進行動態(tài)顯示。設(shè)計原理圖如圖1所示。 2 電路設(shè)計 2.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路 該電路主要由NE555和R2，C1等組成，如圖2所示。其閾值電平Vth1=2VDD／3=9 V，觸發(fā)電平Vth2=VDD／3=4 V。接通電源后，+

46、VDD經(jīng)R1加到2腳，使V2=VDD>Vth2，而定時電容C1的電壓為零，使V6=0

47、具有加電啟動和寬脈沖觸發(fā)兩種方式，一旦K線加電或?qū)捗}沖觸發(fā)，經(jīng)復位時間Td之后，信號線將輸出一串脈沖，每個脈沖為0.1℃增量，脈沖個數(shù)就是被測溫度的數(shù)字量，重復對SWC進行加電啟動，可實現(xiàn)對被測溫度的連續(xù)采樣。在本電路中，采用寬脈沖觸發(fā)，當SWC的K端加入50 ms的閘門脈沖電壓(NE555的輸出)后，即啟動，輸出的串行脈沖經(jīng)過VT1放大后，加到MC14553的11腳進行計數(shù)。 2.3 計數(shù)電路設(shè)計 計數(shù)部分由3位動態(tài)掃描計數(shù)器MC14553為核心構(gòu)成，如圖3所示。其內(nèi)部3個負沿觸發(fā)的BCD計數(shù)器以同步工作方式級聯(lián)在一起，每位BCD計數(shù)器輸出端都有一個4位鎖存器，可將任意時刻的計數(shù)值加

48、以儲存，并與多路轉(zhuǎn)換配合，完成3組計數(shù)器值的分時輸出。數(shù)字選擇器輸出提供輸出同步信號，完成動態(tài)顯示方式。由于循環(huán)掃描周期多在1ms左右，遠小于人的視覺暫留時間，所以可以得到穩(wěn)定的數(shù)字顯示。圖3電路中，計數(shù)器的11腳為計數(shù)端，當他為高電平時，MC14553的12腳標準脈沖不能加入，所以NE555的輸出經(jīng)過C3，R5組成的微分電路后，產(chǎn)生一個正尖脈沖電壓，通過清零端13腳先對計數(shù)器進行清零，同時，MC14553閂鎖解除，開始對數(shù)字式傳感器SWC輸出的標準串行脈沖進行計數(shù)，等11腳再輸入高電平時，計數(shù)器又閂鎖，同時10腳也為高電平，計數(shù)器的數(shù)據(jù)鎖存。這樣，在50 ms的脈寬時間內(nèi)，顯示器就可以把已知

49、周期的標準脈沖計數(shù)顯示出來。 2.4 譯碼與顯示電路設(shè)計 譯碼與顯示電路如圖4所示，MC14511是具有鎖存／譯碼／驅(qū)動功能的BCD譯碼器，屬于CMOS器件，高電平輸出電流可達25 mA，可直接驅(qū)動數(shù)碼管。SM4205是共陰極數(shù)碼管。由于計數(shù)器輸出的為BCD代碼，MC14511將其鎖存后譯成數(shù)碼管所需要的驅(qū)動信號，使數(shù)碼管SM4205顯示出BCD碼的數(shù)值。 3 安裝與調(diào)試 按照以上各個部分的原理圖，對電路進行級聯(lián)，并焊接電路板。接好電源，進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)兩個問題。 (1)數(shù)碼管不顯示所測溫度值。經(jīng)檢測，發(fā)現(xiàn)NE555的輸出波形失真，這是干擾所致，于是給電源兩端并了一個100μF的電解電容和0.1 μF的瓷介電容，再次通電測試后，發(fā)現(xiàn)干擾大大減少了，此時數(shù)碼管也開始顯示所測溫度值。 (2)集成電路MC14511發(fā)燙。于是將MC14511與數(shù)碼管相連的47 Ω的限流電阻換成300 Ω的電阻，測試后發(fā)現(xiàn)MC14511不再發(fā)熱了，但此電阻發(fā)熱較大，經(jīng)過多次試驗，將此電阻調(diào)整為3.3 kΩ后一切正常。