综合电子设计指导书-电子体温计电路设计V2

综合电子设计指导书

——电子体温计电路设计

电子信息与控制实验教学中心

付晓辉 2014.4

实验一

一、设计目的

1．了解和掌握电子设计的方法和步骤，能够综合所学的理论知识提出设计方案并加以论证，通过对设计方案的分析比较，单元电路的设计、元件选择，掌握系统方案的设计方法。

2．能够根据需要选择参考书，查阅手册、图表和文献资料，通过独立思考、深入钻研有关问题，培养独立分析问题、解决问题的能力。

3．学习使用电子设计、仿真软件进行电路辅助设计，能正确绘制电路图。 4．学习电路的实验调试和测试方法，提高实践能力。 5．学会撰写课程设计总结报告。

二、设计任务要求

2.1 设计任务

1．功能要求

设计温度检测电路，并完成模拟信号调理和温度数字显示； 2．技术指标

① 温度检测范围：0℃~50℃ ② 温度显示分辨率：0.1℃ ③ 温度测试精度：±1%

④ 温度显示方式：3位数码管显示，第1位数码管显示温度十位数值，第2位数码管显示温度的个位数值和小数点，第3位数码管显示温度测量值的小数点后第一位数值。

2.2 设计要求

1．根据设计任务设计几种实现方案，经比较从中优选确定一种实现方案。 2．说明所选电路的组成及工作原理，并绘出原理框图。

3．设计各单元电路，计算元器件参数并选择元器件类别型号。

4．画出实际电路图，并用Protues软件或Multisim软件进行电路仿真。 5．列出元器件清单。

6．组装并调试方案电路，记录调试步骤及结果。

7．对电路功能及技术指标进行测试，记录测试数据。 2.3 限定条件

1．电路电源：模拟电路：＋9V；数字电路：＋5V。

2．电路设计仿真软件：Protues，Multisim或Altium Designer/Protel DXP 3．主要器件：

（1）温度传感器：LM35 （2）运放：LM358

（3）V-F变换电路：LM331

（4）计数显示电路：MC14553、CD4511

4．所有电路在一块万用板上焊接好并调试正常，传感器和集成电路使用插座实现引脚连接。

1

三、实验设备与仪器

1．万用板及相关元器件。

2．PC机，信号源，万用表，示波器，稳压电源等。 3．烙铁、导线等。

四、基本知识

4.1 温度测量与温度传感器

温度测量方法可分为接触式和非接触式两类，接触式的测温方法是基于物体的热交换现象。选定某一测温器，与被测物体相接触，进行充分的热交换，待两者温度一致时，测温器输出的大小即反映被测温度的高低。接触式测温的优点是简单、可靠、测量精度高；缺点是测温时有较大的滞后，对运动物体测温较困难，测温器易影响被测对象的温度场分布，测温上限受到测温器件材料性质的限制，故所测温度不能太高。

温度传感器是把温度转换为电量的测温器。常用的温度传感器有：金属热电阻和半导体热敏电阻、热电偶、PN结型传感器和集成温度传感器、石英晶体温度传感器、涡流式温度传感器、电容式温度传感器等。

采用集成温度传感器测量温度，具有省电、体积小、线性好、成本低等优点，而且能满足一般测温工作（－50℃~＋150℃）的需要，因此本设计使用集成温度传感器，型号为LM35（电压输出型）。

4.2 模拟信号调理

1．小信号放大

传感器输出的信号通常都很微弱，需要放大到一定幅度，以便于后续处理。应根据信号类型（直流，交流）、极性（单，双）和相位（同相、反相）选择放大器电路形式。

2．调零与调满度

半导体温度传感器有一个共同的特点，即其输出电压或电流与绝对温度成正比或线性关系。因为常用的温标为摄氏温度，而且为便于测量，希望在0℃（传感器插入冰水中）时，测温电路输出显示为0，在100℃（传感器插入沸水中）时，测温电路输出显示为100。因此，半导体测温电路中需要设计调零电路和调满度（也称调灵敏度）电路。

3．电平平移

模拟传感器输出的信号通常为非标准双极性或单极性小信号，当进行数据采集时，需适应A/D转换器输入电平要求，因此要对模拟信号进行电平平移。

4.3 Proteus软件

Proteus软件由英国Labcenter Electronics公司于1989年推出，是用于单片机系统设计的虚拟仿真工具，不仅能实现数字电路、模拟电路及数/模混合电路的设计和仿真，而且能为单片机应用系统提供方便的软、硬件设计和系统运行的虚拟仿真，这是Proteus最具特色的功能。

Proteus软件将单片机（或微处理器）仿真与电路仿真相结合，可直接在基于电路原理图的虚拟原型上进行单片机程序的编写与调试，并进行功能验证。在仿真过程中，用户可以用鼠标单击开关、按键、电位器、可调电阻等动态外设模型，使单片机系统根据输入信号做出相应的响应，并将处理结果实时地显示在

2

显示器件（如数码管、LED、LCD等）上，并可驱动各种常用电机等虚拟输出外设，实时看到运行后的输入、输出效果。

Proteus软件将单片机的程序嵌入到虚拟硬件中，整个过程与真实的软件、硬件调试过程相似，从而实现了单片机应用系统的软硬件联合仿真。

Proteus软件的使用方法见附件11：《Proteus入门教程》。

五、设计思路参考

5.1 电路框图

根据设计任务要求可确定电路的初步方案，如图5.1所示。

译码驱动 温度检测电路 模拟信号调理 V—F 转换 三位 计数器 三位 数码管 元件

图5.1 电路方案设计

5.2 电路工作原理

（1）温度传感器将环境温度转换为直流电压信号输出，此信号由模拟信号调理电路进行放大。

（2）通过V—F（电压—频率）转换电路将电压信号转换为频率信号，即以信号的频率表示环境温度。 （3）在单位时间内，对输入到计数器的信号脉冲进行计数，计数结果即可代表温度。 5.3 硬件电路分析与设计

硬件各单元电路设计参考附件资料。 5.3.1 温度检测电路

可采用集成温度传感器LM35对温度进行检测，温度检测范围：0～50℃，电路设计参考附件1：《LM35数据手册》典型应用电路。

5.3.2 模拟信号调理电路

由于温度传感器输出的信号电压为正极性直流信号，而且V—F（电压—频率）转换电路要求的输入信号也是正极性直流信号，因此模拟信号调理电路应采用直接耦合的同相比例运算电路，根据输入信号的电压范围和输出信号的电压范围即可确定电路放大倍数。

电路中的运算放大器可使用LM358，设定输出信号电压范围为0～5V。模拟信号调理电路设计可参考附件2：《LM358数据手册》典型应用电路。

时钟（闸门，锁存，复位） 3

5.3.3 V—F（电压—频率）转换电路

V—F（电压—频率）转换电路用于将温度检测电路输出的电压信号转换成频率信号，然后可送到计数器电路进行频率测量。

本电路可采用V—F转换器LM331，设定输出信号频率范围为0～10KHz，电路设计可参考附件3：《LM331数据手册》典型应用电路。

5.3.4 计数显示电路

计数器电路用于检测输入信号的频率，并将其映射为温度数值进行显示。

本电路可采用MC14553B三位BCD计数器，该计数器的特点是只有一组BCD码输出端，但通过分时控制可形成三位十进制数字的扫描显示，一 …… 此处隐藏：1935字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……