数字温度计设计实验报告

数字温度计设计实验报告

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

传感器数码管驱A/D转化温度显示温度采集动

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133μA

(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60μA;

(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+5V100kU21R7R8R9R1010010010010049.0U11+5V2315R2V+VOUTVIN+A141000kB 13C1C12100nFD13832LM35E1ACOM6F1730G1VIN-

12R3A21128R4VBUFFB2C21030k470kGNDC2299GNDCAZD2C314E20.047uF2713R5VINTF22

5100G2RV20.22uF3423CREF+A3C416B33324CREF-C33615VREF+D360%0.1uF3518VREF-E317F33722TESTG320k19AB440OSC13920R6OSC2POL3821OSC3GNDV-

100kC5GNDTC710726GND100pF

-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个数

100Ω 5

100K 2

电阻 24K 1

1M 1

470K 1

可调电阻 20K 1

0.1 uF 2

电容 0.047 uF 1