数显温度计开放实验讲义

智能数字显示仪表实验实验目的：1.了解智能温度显示仪表的基本工作方法；2.掌握温度显示仪表的校验、数据分析；实验原理：仪表由单片机控制，具有热电阻、热电偶等多种信号自由输入，提供了四种报警方式；具有很强抗扰动性。

面板说明：（1）PV 显示窗：正常显示情况下显示温度测量值；在参数修改状态下显示参数符号。

（2）SV 显示窗：正常显示情况下显示温度给定值；在参数修改状态下显示参数值。

（3）ALM1 指示灯：当此指示灯亮时，仪表对应ALM1 继电器有输出。

（4）ALM2 指示灯：当此指示灯亮时，仪表对应ALM2 继电器有输出。

（5）AT 指示灯：当仪表自整定时此指示灯亮。

（6）OUT 指示灯：当此指示灯亮时，仪表OUT 控制端有输出。

（7）功能键：按键3S 可进入参数修改状态；按一下放开后进入给定值修改状态（上排显示窗显示符号SP）。

（8）移位键：在修改参数状态下按此键可实现修改数字的位置移动；按3S 可进入或退出手动调节。

（9）数字减小键：在参数修改、给定值修改或手动调节状态下可实现数字的减小。

（10）数字增加键：在参数修改、给定值修改或手动调节状态下可实现数字的增加。

（1）PV 显示窗：正常显示情况下显示温度测量值；在参数修改状态下显示参数符号。

（2）SV 显示窗：正常显示情况下显示温度给定值；在参数修改状态下显示参数值。

（3）ALM1 指示灯：当此指示灯亮时，仪表对应ALM1 继电器有输出。

（4）ALM2 指示灯：当此指示灯亮时，仪表对应ALM2 继电器有输出。

（5）AT 指示灯：当仪表自整定时此指示灯亮。

（6）OUT 指示灯：当此指示灯亮时，仪表OUT 控制端有输出。

（7）功能键：按键3S 可进入参数修改状态；按一下放开后进入给定值修改状态（上排显示窗显示符号SP）。

（8）移位键：在修改参数状态下按此键可实现修改数字的位置移动；按3S 可进入或退出手动调节。

（9）数字减小键：在参数修改、给定值修改或手动调节状态下可实现数字的减小。

实验十九 DS18B20 温度检测实验一、实验目的1.熟习1－WIRE接口的工作原理、电路设计以及编程方法。

2.了解数字式温度传感器DS18B20的结构及使用方法。

二、实验原理1、DS18B20介绍：DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器。

它将地址线、数据线和控制线合为一根双向串行传输信号线，并允许在这根信号线上挂接多个DS18B20。

因此单片机只需通过一根I/O线就可以与多个DS18B20通信。

在每个DS18B20芯片内部有一个64位的ROM,其中存有各个器件自身的序列号，作为器件独有的ID号码。

由于DS18B20简化了测温器件与计算机的接口电路，使用更加方便。

2、DS18B20的特性如下：测温范围：－55～＋125℃；转换精度：9～12位二进制数（包括1位符号位），通过编程确定转换精度的位数；测温分辨率：9位精度为0.5℃，12位精度为0.0625℃转换时间：9位精度为93.75ms，10位精度为187.5ms，12位精度为750ms具有非易失性上、下限报警功能图DS18B20封装配置寄存器中R1、R0设置测温的分辨率：温度值用16位二进制补码形式表示如下：为最低位，其温度值为0.0625℃。

20相当于1℃。

当选择9位分辨率时，bit3 bit2 bit0没有意义；10位分辨率时，bit2 bit0没有意义；11位分辨率时，bit0没有意义。

使用DS18B20时，主机应先向DS18B20送出复位信号，主机将数据线拉低并保持480～960μs；再释放数据线，由上拉电阻拉高15～60μs；然后由DS18B20发出低电平60～240μs,就完成了复位操作。

复位时序图如下：主机发复位脉冲电阻上拉DS18B20发响应脉冲在主机对DS18B20写数据时，应先将数据线拉低1μs以上，再写入数据（写1为高，写0为低）。

待主机写入的数据变化15～60μs以后，DS18B20将数据写入。

要求主机写入的数据保持时间应为60～120μs.两次写入的间隙应大于1μs.写数据时序图如下：读数据前，主机主机应先将数据线拉低，再释放。

项目一: 位数字显示温度计一． 训练目的1．熟悉温度传感器、A/D 转换器、LED 或LCD 液晶显示器、数码显示器的原理和特点，掌握其实际应用的工作原理与方法；2．加深对模/数转换工作原理的理解，巩固相关的理论知识；3．在熟悉数字显示温度计的电路组成与工作原理，掌握相关芯片的作用与使用基础上，培养设计、制作、调试电路等一系列工程设计的能力。

4．掌握相关IC 的性能参数及使用方法。

培养综合运用模电、数电、传感器等理论知识为实际电路设计的应用能力。

二．预习要求与参考、收集相关信息1．认真预习有关数字显示温度计设计、构成等方面的知识；熟悉数字显示温度计的基本结构原理，掌握相关芯片的性能参数及使用方法。

2．参考《高频电子电路》、《数字电子技术》、《模拟电子技术》、《集成电路大全》《传感器技术》等书。

三．设计要求和设计指标（一）设计任务：采用温度传感器LM35， 位A/D 转换器、数码或液晶显示器设计一个日常温度数字温度计。

产品指标及技术要求： ①温度显示范围：0℃~45℃； ②数字显示分辨率：0.1℃； ③精度误差≤0.5℃；④电路工作电源可在5~9V 范围内工作.参考芯片: 3位半A/D 转换器：CC7106/ CC7107、CC7126/ CC7127温度传感器：LM35 LCD 显示器：数码显示管:共阳或共阴极213213（二）实验测试要求1．测温度传感器输出曲线，即V/℃曲线；2．调整电路的参数以及参考电压；3．用示波器测量A/D转换器的BP、POL管脚波形及输出驱动波形；4．记录Vin与显示的数值关系；四．实验仪器设备和设计参考材料1.实验仪器仪表稳压电源一台；示波器一台；万用表一台；2.参考芯片及元件名称参数数量（个）芯片Lm35 1 IcL7107或IcL7106 1 LED或LCD 4位电阻1KΩ1~2 24KΩ 1 180KΩ 2 300KΩ12电容50pF~0.1UF 5电位器1~2 1~2跳针—若干电源连接器—1~2五．调试及结果测试步骤用万用表检查各焊点及各连线。

数字温度计实验目的:1．制作传感器：将代表温度变化的物理量—电阻，转化为可供显示的物理量—电压。

2．校正电压放大电路—将电阻的非线性特性通过放大电路矫正为电压随温度线性变化的特性。

3．实现模数转换电路。

4．实现超温报警电路。

实验内容：一、由于测量量为温度，因而必须先将其转化为电化学量，才能进一步测试。

从非电量到电量的转化需要用到传感器——本实验为温度传感器。

实际上热敏电阻和温度的关系如下表（1）所示：表（1）由Excel得到拟合曲线为：电阻—温度曲线由图表可知，热敏电阻的温度曲线较精确为负指数，由电阻-温度曲线可以得到电阻在0度时的阻值约为23.85 k。

根据温度—电阻的关系，建立相应的电压—电阻的关系，从而使得电压—温度为线性的。

可以用补偿电阻的方法将电压-温度线性化。

这种方法是近似的，将原来的曲线映射到另一条两个端点和中点在同一条直线上的另一条曲线。

将补偿电阻和热敏电阻并联，认为并联后的电阻是线性的，并联后令高温（66度）、低温（0 度）、中温（33度）的电阻值在一条直线上。

表（2）解方程得到RS=（RM（RH+RL）-2RH*RL）/（RH+RL-2*RM）计算出RS=5.494 k，进一步得到补偿后的等效电阻R’=Rs//Rt=Rs*Rt/(Rs+Rt)(Rt是热敏电阻)表（3）注：线性拟合的过程中，电压和温度是0.1倍的关系。

采用补偿电阻进行线性拟合的电路图如下图（1）所示：电路原理及调试：电路由三个运放组成，其中U1为跟随器做输入缓冲，为后面的电路提供稳定的1V直流电;U2为调零级，通过调节变阻器R3的阻值可以找到输出为0的情况，（图中RS为补偿电阻，R6为等效热敏电阻），U3为调增益级，通过调节电阻R7的阻值可以实现电压电阻的线性关系。

U2和U3可以独立工作和调节，通常是先取R6=23.85k调零，再取R6=6.1k调增益。

PARAMETERS:r = 6.1kRs V图（1）线性拟合电路手动调节：先进行时域扫描，取R6=23.85k 调节R3，使输出接近为0。

课程授课教案一、实验目的和要求1.掌握集成运算放大器的工作原理及其应用。

2.掌握温度传感器工作原理及其应用电路。

3. 了解双积分式A/D转换器的工作原理。

4. 熟悉213位A/D转换器MC14433的性能及其引脚功能。

5. 熟悉模拟信号采集和输出数据显示的综合设计与调试方法。

6. 进一步练习较复杂电路系统的综合布线和读图能力。

设计要求如下：1. 设计一个数字式温度计，即用数字显示被测温度。

数字式温度计具体要求为：①测量范围为0～100℃②用4位LED数码管显示。

二、主要仪器和设备1.数字示波器2.数字万用表3.电路元器件：温度传感器 LM35 1片集成运算放大器LM741 1片集成稳压器 MC1403 1片A/D转换器 MC14433 1片七路达林顿晶体管列阵 MC1413 1片BCD七段译码／驱动器 CC4511 1片电阻、电容、电位器若干三、实验内容、原理及步骤1.总体方案设计图1为数字温度计的原理框图。

其工作原理是将被测的温度信号通过传感器转换成随温度变化的电压信号，此电压信号经过放大电路后，通过模数转换器把模拟量转变成数字量，最后将数字量送显示电路，用4位LED数码管显示。

图1 数字温度计原理框图2. 温度传感器及其应用电路温度传感器LM35将温度变化转换为电信号，温度每升高一度，大约输出电压升高10mV。

在25摄氏度时，输出约250mV。

图2（a）、(b)图为LM35测温电路。

（a）基本的测温电路(+2°C to +150°C) （b）全量程的测温电路（−55°C to +150°C）图2（a）、(b)图为LM35测温电路LM35系列封装及引脚参见下图 3。

图 3 LM35系列封装及引脚图3.放大电路放大器使用LM 741普通运放,作为实验用数字温度计，可以满足要求；如果作为长期使用的定型产品，可以选用性能更好、温度漂移更小的OP07等型号的产品，引脚与LM741兼容,可以直接替换使用。

数字温度计一．设计任务书设计一个可测量一定温度范围的数字温度计，并显示出当前温度。

二．设计要求1.基本要求（1）可测量温度范围：000.0℃～102.0℃（2）温度分辨率：0.5℃（3）测量相对误差：≤2%（4）用数码管实时显示被测温度2.提高要求（1）实现多个温度点的实时测量（2）实现温度的分档测量（3）实现零下温度测量并显示3.发挥部分（1）实现摄氏、华氏、开氏的转换并显示（2）温度过高报警三．方案讨论及元件选择1.方案概述温度传感器DS18B20是单线通信，其输出值为数字信号，将其输出的温度数据送给单片机AT89C51处理，转换为温度动态显示。

2.分步讨论（1）温度传感器本方案采用DS18B20温度传感器，其特点为：1）适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，寄生电源方式下可由数据线供。

2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。

4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。

5）温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃。

6）可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。

7）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。

8）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。

9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

其管脚图为：DS18B20的引脚功能：DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地（2）动态显示通过单片机与七段显示译码器HCF4511BE结合使用实现HCF4511BE的简介如下：HCF4511BE是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。

数字体温计实验报告数字体温计实验报告引言：数字体温计是一种现代化的温度测量设备，它通过使用传感器和数字显示屏来准确测量人体温度。

本实验旨在探究数字体温计的工作原理、准确性以及与传统温度计的比较。

实验步骤：1. 准备工作：确保实验环境安静、温度适宜，并准备好传统温度计和数字体温计。

2. 实验组织：将实验参与者分为两组，每组使用一种温度计进行测量。

3. 测量方法：首先，使用传统温度计在参与者的腋下测量体温，并记录结果。

然后，使用数字体温计在同一位置测量体温，并记录结果。

4. 重复测量：为了确保准确性，每个参与者的体温都应重复测量两次。

5. 数据分析：将所有测量结果进行整理和比较，并计算平均值和标准差。

实验结果：通过对多个参与者进行测量，我们得出了以下结果：1. 数字体温计的测量结果与传统温度计的结果非常接近，差异较小。

2. 数字体温计的测量速度较快，几乎可以即时显示温度值。

3. 数字体温计的使用更加方便，无需摇晃或等待温度计稳定。

4. 数字体温计的数字显示屏清晰可见，易于读取。

讨论：数字体温计在准确性和便携性方面表现出色。

由于其使用数字显示屏，读取温度更加方便，尤其适用于老年人和儿童。

此外，数字体温计还具有防水功能，可以更好地保护设备免受污染。

然而，仍有一些问题需要解决。

数字体温计需要电池供电，如果电池电量不足，可能会影响准确性。

此外，数字体温计的价格相对较高，有些人可能无法承担。

结论：通过本次实验，我们发现数字体温计是一种准确、方便且易于使用的温度测量设备。

它在测量速度和读取方面具有明显优势，并且与传统温度计的测量结果相当接近。

然而，由于其依赖电池供电和较高的价格，我们仍需权衡其优势和不足，选择适合自己的温度测量设备。

展望：随着科技的不断发展，数字体温计可能会进一步改进和创新。

例如，可以加入智能功能，如与手机连接，记录和跟踪体温变化。

此外，还可以研究更环保的电池替代方案，以减少对电池的依赖。

我们期待数字体温计在未来的发展中能够更好地满足人们的需求。

项目编号：大学生课外开放实验校级普通项目实验报告立项时间：项目名称：数显温度计的设计与制作学生姓名：指导教师：学院：完成时间：2014.5设备与实验室管理处制0. 引言单片机技术作为计算机技术的一个分支，广泛地应用于工业控制，智能仪器仪表，机电一体化产品，家用电器等各个领域。

“单片机原理与应用”在工科院校各专业中已作为一门重要的技术基础课而普遍开设。

学生在课程设计，毕业设计,科研项目中会广泛应用到单片机知识，而且，进入社会后也会广泛接触到单片机的工程项目。

鉴于此，提高“单片机原理及应用”课的教学效果，让学生参与课程设计实习甚为重要。

单片机应用技术涉及的内容十分广泛，如何使学生在有限的时间内掌握单片机应用的基本原理及方法，是一个很有价值的教学项目。

为此，我们进行了“单片机的学习与应用”方面的课程设计，锻炼学生的动脑动手以及协作能力。

单片机课程设计是针对模拟电子技术，数字逻辑电路，电路，单片机的原理及应用课程的要求，对我们进行综合性实践训练的实践学习环节，它包括选择课设任务、软件设计，硬件设计，调试和编写课设报告等实践内容。

通过此次课程设计实现以下三个目标:第一，让学生初步掌握单片机课程的试验、设计方法，即学生根据设计要求和性能约束，查阅文献资料，收集、分析类似的相关题目，并通过元器件的组装调试等实践环节，使最终硬件电路达到题目要求的性能指标；第二，课程设计为后续的毕业设计打好基础，毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。

第三，培养学生勤于思考乐于动手的习惯，同时通过设计并制作单片机类产品，使学生能够自己不断地学习接受新知识（如在本课设题目中存在智能测温器件DS18B20，就是课堂环节中不曾提及的“新器件”），通过多人的合作解决现实中存在的问题，从而不断地增强学生在该方面的自信心及兴趣，也提高了学生的动手能力，对学生以后步入社会参加工作打下一定良好的实践基础。

开放实验(1)：数显电子温度计的设计与制作背景知识温度是与日常生活密切相关的物理量之一。

电子式温度计的原理是先将温度（物理量）转化成电参量（电阻、电压、电流），再经过放大、校正等一系列运算，变为与待测温度值呈线性关系的模拟量，最后通过模/数转换器（ADC）变为数字量，显示在液晶屏或数码管上。

其中将温度转换成电参量的器件，称为“温度传感器”，是温度计里最关键的部分，它决定了温度计的量程、测量精度等关键指标。

目前广泛使用的温度传感器有电阻式（铂电阻、铜电阻、热敏电阻等）、热电偶式（利用不同金属的温差电势）、半导体式等多种类型，感兴趣的读者可参考《传感器原理》教材。

本实验将会用到半导体温度传感器。

其优点是价格低廉、灵敏度高、线性度较好，但受到半导体工作温度的限制，通常用于-25~85℃范围（室温）的测量。

此外，半导体温度传感器大多采用了带隙结构，它们的输出大多数是以绝对零度（-273℃）为起点，需要一定的数学运算将其转化为常见的摄氏温度（℃）或华氏温度（℉）。

本实验中，将采用模拟电路（运放构成的基本电路）来完成这一运算过程，将运算后的模拟量送入模/数转换与显示单元，实现温度的显示。

其中模/数转换与数码显示的原理将会在后续的课程中学到，本实验中用万用表或数显表头（DVM）来替代，它可以直接数字显示电压值（毫伏数）。

因此，本实验中的关键是将正比于开氏温度的传感器输出值转换成与摄氏温度或华氏温度相对应的电压值。

本实验要求完整地设计并制作一款实用的数显温度计，同学们将直观体会到运算放大器的“运算”功能，并且了解基准源、电荷泵电路的工作原理。

设计任务设计并制作一台以5V电源供电（可取自于USB插口或手机充电器），具有摄氏度和华氏温度显示功能的数字温度计，量程-20℃~+100℃（或-20℉~+100℉），分辨率0.1℃（或0.1℉）。

其原理框图参考图3.1，工作过程如下：半导体温度传感器LM335输出正比于开氏温度的电压值U1（10mV/K），将电压U1减去2730mV后，得到正比于摄氏温度的电压U2（10mV/℃），再经过U3= 1.8U2+320mV的运算后，得到正比于华氏温度的电压U3（10mV/℉）。

数字温度计实验报告实验名称：数字温度计制作实验实验目的：掌握数字温度计的制作过程及其原理，理解数字温度计的工作原理，培养实验操作能力和实验思维能力。

实验原理：数字温度计是用单片机芯片作为控制器，将温度传感器检测到的模拟信号转化为数字信号，再通过液晶显示屏实时显示温度值。

实验器材：1.数字温度计DIY套件2.电子元器件（电阻、电容、晶体振荡器、液晶显示器）3.电路板4.焊锡工具、插头线5.温度计测试仪器（模拟温度计、数字温度计）实验步骤：1.准备工作：（1）将电路板放置于安全、平稳的场所，清理干净表面。

（2）将电路板和电子元器件分类放置。

2.焊接电子元器件：（1）先将较小、比较短的元器件焊接上去。

如电容、电阻。

（2）再将较大、比较长的元器件焊接上去。

如晶体振荡器、液晶显示器。

3.安装液晶显示器：（1）连接液晶屏的后面板和电路板的对应接口。

（2）将液晶屏锁入安装板中，轻轻按压。

4.测试电路板：（1）使用模拟温度计测量温度，将温度传感器插入电路板。

（2）开启电源，读取电路板上液晶屏的显示数值和模拟温度计的数值，检测温度计的精度。

5.校正电路板：（1）进入电路板的校准程序，根据实测温度值和电路板显示的温度值进行校准。

（2）校准后，再次使用模拟温度计测量温度，检测校准的效果。

实验结果：根据实验结果，我们制作出了一个精度较高的数字温度计，它可以显示出实时温度值，可广泛应用于各种实际场合。

结论：通过此次实验，基本掌握了数字温度计的制作过程及其原理，加深了对数字温度计的理解，提升了实验操作能力和实验思维能力。