模拟电子技术数字温度计.doc

茂名学院

课程设计说明书

课程名称：模拟电子技术

题目：数字温度计

学生姓名：

专业：电子信息工程

班级：

学号：

指导教师：莫琦

日期： 2008 年 06 月 23 日

茂名学院

课程设计任务书

一、设计题目

数字温度计

二、主要内容及要求

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0～200度。

2）测量精度0.1度。

3）4位LED数码管显示。

4）温度超过40度报警。

三、进度安排

1．2008年6月13日，老师给出选题内容，课程设计的相关要求，指导时间及任务完成期限等。

2．2008年6月14日～2008年6月17日，

通过网上搜索和图书馆查找参考文献，构造整个设计思路。

3．2008年6月18日2008年6月24日，选择适当的芯片组合电路，构造电路图，并在EWB上仿真。并进行课程设计的答辩。

4．2008年6月25日～2008年6月26日根据电路图及其的原理整理写出设计方案。

5．2008年6月27日设计方案的排版，修正，改进，按要求打印方案。

四、总评成绩

指导教师

学生签名

数字温度计

一、设计任务与要求

1、设计要求

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0～200度。 2）测量精度0.1度。 3）4位LED 数码管显示。 2、原理框图

3、主要参考元器件

硅热敏晶体管，LM324，CC7107，电阻及电容若干。 4、扩展

温度超过40度报警。

二、方案设计与论证

由设计和任务要求可知道，本设计实验主要分为四个部分，即传感器、放大系统、模数转换器以及显示部分。经过分析，传感器可以选择对温度比较敏感的器件，做好是在某参数与温度成线性关系，比如硅热敏晶体管、热敏电阻等；放大系统可以由集成运放组成：A/D 转换器需要选择有LED 驱动显示功能的，而可供选择的参考元件有CC7107，CC7117，MC14433等；显示部分用4位LED 数码管显示。

方案一：用一个热敏电阻,通过热敏电阻把温度转化为电压,再得到每一度热敏电阻的电压变化值,用LM324运放做成乘法器,使电压乘以一个比例系数,使一度的变化得到一个整数变化的电压值,然后送入MC14433A/D 转换器进行数模转换和数字显示.。 方案二：用硅热敏晶体管做传感器把温度转化为电压，在把每一度的电压变化值通过LM324集成运放进行放大，使其放大的信号应能满足CC7107数模转换的要求，进行数字显示。

由于MC14433模数转换器的显示部分需要驱动器CD4511，基准电压又需要

一个MC1403，也就是需要外接的电路和元件相对复杂和麻烦。而 32

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位双积分

A/D 转换器CC7107是CMOS 大规模集成电路芯片，其片内已经集成了模拟电路部分和数字电路部分，所以只要外接少量元件就成了模拟电路和数字电路部

图1 数字温度计原理框图

分，所以只要外接少量元件就可实现A/D 转换。因此选用方案二。

三、单元电路设计与参数计算

1．传感器部分

硅热敏晶体管，在温度发生变化时，热敏晶体管的b-e 结正向的温度系数为-2mV/℃，即温度每升高1℃，b-e 结电压降低2mv,利用这个特性可以测量温度。 设置电路图如图2所示，采用9V 的电源供电，be 间的电压全部反馈的输入到同相输入端，运放引入了电压负反馈，在理想运放的条件下，输出电阻为零，所以

可以认为电路的输出V o 为恒压源。

2．放大系统

放大系统是把温度传感器输出的弱信号放大，将每一摄氏度对应的电压以整数输出，可以利用集成运放lm324组成一个同相比例放大电路，由于温度传感器输出的电压与温度的线性关系为-2mV/℃，即温度每升高1℃电压降低2mV ,因此可以使得

图2

Vo

图3

电压通过同相比例运算电路放大5倍，即1℃对应电压为10mV 。电路如图3所示。

通用型低功耗集成四运放LM324，内含4个独立的高增益、频率补偿的运算放大器，既可接单电源使用 (3～30 V)，也可接双电源使用(±1.5～±15 V)，驱动功耗低，可与TTL 逻辑电路相容。

m324引脚图 管脚图 如图4所示。

3．A/D 转换器 （1）调零电路

图

4

图5

Vo

Vi+

Vi-

当硅热敏晶体管置于0摄氏度的温度下时由于B-E 管压降可能使得A/D 转换器 的数字显示不为零，因此要设计一个调零电路。 本实验设计了一个电桥电路，通过调节可变电阻可以使得电桥平衡，即输出为零。电路图如图5所示。

（2）模数转换部分（其中包括参考电压电路） 321

位双积分A/D 转换器CC7107的引脚图和管教图以及功能简介 32

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位双积分A/D 转换器CC7107是CMOS 大规模集成电路芯片，其片内已经集成了模拟电路部分和数字电路部分，所以只要外接少量元件就成了模拟电路和数字电路部分，所以只要外接少量元件就可实现A/D 转换。

1)CC7107内部电路含有模拟电路和数字电路两大部分，电路如图6

图7是CC7107外封电路图，其引脚功能如下：

参考电压 +参考电压 -基准电容基准电容输入 +输入 -模拟公共端缓冲器积分器振荡器 1振荡器 3振荡器 2电源正极电源负极测试端

背电极"-"显示

千位"1"显示

}}}

百位显示

十位显示

个位显示

图7

1端：U+ =5V ，电源正端。

U ab