数字式温度计课程设计报告

数字式温度计终期报告

电子线路课程设计终期报告

——数字式温度计设计

一、方案设计

1、系统组成框图：

2、系统各模块电路图及原理：

①温度传感器

温度传感器采用LM35D温度传感器，其管脚图和输出特性图如图所示：

用最小二乘法拟合得到关系式U=7.05+10.02t，即其灵敏度为10.02mV/℃

②信号放大处理电路

为了使测量精度更高，需要对对LM35D输出信号进行校准处理，电路图如下：

③A/D转换器

A/D转换器采用MC14433，其连接方式如图所示：

其中，MC14433的各引脚说明如下：

1、Pin1（VAG）—模拟地，为高科技阻输入端，被测电压和基准电压的接入地。

2、Pin2（VR）—基准电压，此引脚为外接基准电压的输入端。MC14433只要一个正基准电压即可测量正、负极性的电压。此外，VR端只要加上一个大于5个时钟周期的负脉冲（VR），就能够复为至转换周期的起始点。

3、Pin3（Vx）—被测电压的输入端，MC14433属于双积分型A/D转换器，因而被测电压与基准电压有以下关系：

4、Pin4-Pin6（R1/C1，C1）—外接积分元件端。积分电容一般选0.1uF聚脂薄

膜电容，在2.000V满量程时，电阻R1约为470kΩ，本设计中需要2.000V的量程，所以选择470kΩ的电阻。

5、Pin7、Pin8（C01、C02）—外接失调补偿电容端，电容一般也选0.1uF聚脂薄膜电容即可。

6、Pin9（DU）—更新显示控制端，此引脚用来控制转换结果的输出。如果在积分器反向积分周期之前，DU端输入一个正跳变脉冲，该转换周期所得到的结果将被送入输出锁存器，经多路开关选择后输出。否则继续输出上一个转换周期所测量的数据。这个作用可用于保存测量数据，若不需要保存数据而是直接输出测量数据，将DU端与EOC引脚直接短接即可。本设计中不需要保存数据，所以直接将DU端与EOC引脚短接。

7、Pin10、Pin11（CLK1、CLK0）—时钟外接元件端，MC14433内置了时钟振荡电路，对时钟频率要求不高的场合，可选择一个电阻即可设定时钟频率，时钟频率为66kHz时，外接电阻取300kΩ即可。

8、Pin12（VEE—负电源端。VEE是整个电路的电压最低点，此引脚的电流约为0.8mA，驱动电流并不流经此引脚，故对提供此负电压的电源供给电流要求不高。

9、Pin14（EOC）—转换周期结束标志位。每个转换周期结束时，EOC将输出一个正脉冲信号。

10、Pin15（）—过量程标志位，当|Vx|》VREF时，输出为低电平。本设

计中最高温度为100℃，对应输入电压为1.000V,所以|Vx|一般不会大于VREF。

11、Pin16、17、18、19（DS4、DS3、DS2、DS1）—多路选通脉冲输出端。DS1、DS2、DS3和DS4分别对应千位、百位、十位、个位选通信号。当某一位DS信号有效（高电平）时，所对应的数据从Q0、Q1、Q2和Q3输出，两个选通脉冲之间的间隔为2个时钟周期，以保证数据有充分的稳定时间。

12、Pin20、21、22、23（Q0、Q1、Q2、Q3）—BCD码数据输出端。该A/D转换器以BCD码的方式输出，通过多路开关分时选通输出个位、十位、百位和千位的BCD数据。

13、Pin24（VDD）—正电源电压端。

④31/2位显示电路

本模块采用CD4511译码器、MC1413驱动器和七段LED数码管，原理图如下：

3、系统整体电路图及原理介绍

整个系统的原理图如下：

数字式温度计测量原理：

首先，LM35D温度传感器将温度信号转化为电信号，根据其输出特性，电信号的范围为0 V--1.000V，电信号经过调校后输出到MC14433 A/D转换器的输入

端，因为温度传感器的输出和温度是线性关系，又有公式，所

以输出读数和温度也是线性关系，比如0℃对应度数000.0、26.3℃对应读数026.3、37℃对应读数037.0、100℃对应读数100.0。

这个电信号（模拟）进入A/D转换器后变为数字信号从Q0-Q3输出，这时的数字信号为BCD码，经过译码器后输入到数码管显示。但是数码管有四个，而

Q0-Q3只能控制一个数码管，那么如何实现四个数码管同时点亮并共同显示温度呢？

这个就要靠MC14433 A/D转换器了，不得不说，这是个比较强大的A/D转换器。MC14433的20到23号管脚DS4、DS3、DS2、DS1是多路选通脉冲输出端，例如，当DS1为高电平时，Q0-Q3输出百位的BCD码，而DS1通过MC1413选中百位的数码管，其他数码管的显示同理。在时钟信号的作用下，Q0-Q3轮流输出百、十、个、十分位的BCD码，同时DS1-DS4选中对应位的数码管，又因为其轮流显示的频率很高，所以在人眼看来是四个数码管同时点亮并共同显示温度。

二、调试步骤

1、在万能板上将电路焊好后，用万用表测试有短路、开路等，然后接入电源，先确认各器件有无发热现象，然后观察输出结果。

在第一次通电时，数码管全亮，不能正确显示结果，于是我们开始排查原因，最后发现是MC1413的未接入+5V电源。接入后，数码管不显示数字，我猜测是因为基准电压未调，传感器输入电压超过基准电压导致MC14433不能工作。于是我们进入下一步。

2、调节基准电压为2V。

这个过程看起来简单，但是在实际操作中却非常麻烦。因为调节基准电压的电位器和基准电压的测试点在电路板的两面，我只好调节一点电位器，就把板子翻过来测基准电压，然后再调节一点电位器……如此循环多次，终于将基准电压调为2V。

3、观测结果。

电路板能正常工作，显示正常。

三、测试数据及实验结果

以商用温度计为标准，对比数据如下：单位：℃

商用温

20 25 30 35 40 45 50 55 60 度计读

数

数字是

20.3 25.5 30.1 35.3 40.5 45.5 50.4 55.3 60.2 温度计

读数

65 70 75 80 85 …

65.2 70.1 75.0 80.0 85.2 …

数字温度计的数据误差在规定的范围之内，且有较好的线性，可见温度计有着可靠的输出结果。