武汉理工大学-数字电子基础课程设计-不能使用单片机数字体温计·-

武汉理工大学《数字电路》课程设计说明书 ——————————————————————————————————————————————

- 0 - 目 录

1.总体方案的设计与选择.......................................... - 1 - 1.1 数字温度计的设计标准与要求 .............................. - 1 - 1.2 系统基本方案 ............................................ - 1 - 1.3 各模块基本功能与设计方案选择与论证 ...................... - 1 - 1.3.1 温度采集模块的设计与论证........................... - 1 - 1.3.2 信号转换模块的设计与方案选择....................... - 3 - 1.3.3 显示模块的设计与方案选择........................... - 4 - 2. 硬件电路设计................................................. - 6 - 2.1 温度采集模块的硬件设计 .................................. - 6 - 2.2 信号转换模块硬件电路设计 ................................ - 7 - 2.3 显示模块设计电路图 ...................................... - 8 - 2.4 电路中相关参数设定 ...................................... - 8 - 3. 电路仿真..................................................... - 9 - 3.1 仿真软件简介 ............................................ - 9 - 3.2 仿真分析 ............................................... - 9 - 4 电路的安装与调试............................................. - 11 - 5 误差分析..................................................... - 13 - 6 实物照片..................................................... - 14 - 7.心得体会..................................................... - 15 - 武汉理工大学《数字电路》课程设计说明书 ——————————————————————————————————————————————

- 1 - 1.总体方案的设计与选择

1.1 数字温度计的设计标准与要求 1、设计温度测量电路； 2、测量范围为0℃～100℃； 3、制作并调试所设计电路； 4、掌握数字电路的设计及调试方法；

1.2 系统基本方案 根据系统要求，本次设计可分为三个模块，分别为以18B20为传感器的温度检测模块，以AT89S52的转换模块和以共阴数码管的显示模块。具体框图如图 1—1所示：

图1-1 总体结构图 1.3 各模块基本功能与设计方案选择与论证 1.3.1 温度采集模块的设计与论证 温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。 方案一：采用二极管做温度传感器 晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度而变化的。例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1℃时，下降-2mV，利用这种特性，一般可以直接采用二极管（如玻璃封装的开关二极管1N4148）或采用硅三极管（可将集电极和基

温度采集 信号转换模块

数码管显示模块 武汉理工大学《数字电路》课程设计说明书 ——————————————————————————————————————————————

- 2 - 极短接）接成二极管来做PN结温度传感器。这种传感器有较好的线性，尺寸小，其热时间常数为0.2—2秒，灵敏度高。测温范围为-50—+150℃。典型的温度曲线如图1所示。同型号的二极管或三极管特性不完全相同，因此它们的互换性较差。 方案二：用可编程器件DS18B20做温度传感器 DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。 DS18B20产品的特点 （1）、只要求一个端口即可实现通信。 （2）、在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。 （3）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 （4）、测量温度范围在－55。C到＋125。C之间。 （5）、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。 （6）、内部有温度上、下限告警设置。 但是18B20需要单片机软件控制，与本次设计要求不符。 方案三：用LM35做温度传感器 LM35是一种得到广泛使用的温度传感器。由于它采用内部补偿，所以输出可以从0℃开始。在上述电压范围以内，芯片从电源吸收的电流几乎是不变的（约50μA），所以芯片自身几乎没有散热的问题。这么小的电流也使得该芯片在某些应用中特别适合，比如在电池供电的场合中，输出可以由第三个引脚取出，根本无需校准。 在使用单一电源时，LM35的一个缺点是无法指示低至零度的温度。据称利用LM35可测出20mV的电压，这一值相当于2℃（一些情况下甚至可测出0～2mV的电压！），但要指示零度或更低的温度时，最好还是再提供一个负电源和一只下拉电阻。 通过比较和对本次设计要求的的考虑，决定采用方案三以LM35作温度传感器。 武汉理工大学《数字电路》课程设计说明书 ——————————————————————————————————————————————

- 3 - 1.3.2 信号转换模块的设计与方案选择

数字电子计算机所处理和传送的都是不连续的数字信号，而实际中遇到的大都是连续变化的模拟量，模拟量经传感器转换成电信号的模拟量后，需经模/数转换变成数字信号才可输入到数字系统中进行处理和控制，因而作为把模拟电量转换成数字量输出的接口电路-A/D转换器是现实世界中模拟信号向数字信号的桥梁，是电子技术发展的关键和瓶所在。 方案一：用可编程器件A/D做转换器 如果利用ADC0801进行一次A/D转换，其工作过程为：先由外电路给片选端输入一个低电平，选中此芯片使之进入工作状态，此时输出为高电平，表示转换没有完成，芯片输出为高阻态。和为高电平时芯片不工作。当外电路给端输入一个低电平时启动芯片，正式开始A/D转换。转换完成后，输出为低电平，允许外电路取走 ～ 数据，此时外电路使和为高电平，A/D转换停止。外电路取走～数据后，使为低电平，表示数据已取走。若要再进行一次A/D转换，则重复上述控制转换过程。图1-2为ADC0801的应用电路图：

图1-2 ADC0801的应用接线图 武汉理工大学《数字电路》课程设计说明书 ——————————————————————————————————————————————

- 4 - 方案二：采用ICL7107做转换器 ICL7107是高性能，低功耗的三维半A/D转换电路。它包含有段译码器，显示驱动器，参考源和时钟系统。可直接驱动发光二极管（LED）。ICL7107将高精度、通用性很好的结合在一起，有低于10μV的自动效零功能，零漂小于1μV/°C。 主要特点： (1)保证零电平输入时，各两量程的读值均为零 (2)很低的噪声 (3)差动输入和差动参考源，直接LED显示驱动

(4)不需外接有源电路 (5)低功耗 管脚排列如图： 图1-3 ICL7107引脚图 通过比较和对本次设计要求的考量，最终决定采用方案二进行设计。

1.3.3 显示模块的设计与方案选择 通过转换模块对模拟量的转换，使显示模块接收到的是数字量，现实更精确简单。 武汉理工大学《数字电路》课程设计说明书 ——————————————————————————————————————————————

- 5 - 方案一：采用液晶显示 液晶显示器(lcd)是现在非常普遍的显示器。它具有体积小、重量轻、省电、辐射低、易于携带等优点。液晶显示器（lcd）的原理与阴极射线管显示器（crt）大不相同。lcd是基于液晶电光效应的显示器件。包括段显示方式的字符段显示器件；矩阵显示方式的字符、图形、图像显示器件；矩阵显示方式的大屏幕液晶投影电视液晶屏等。液晶显示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通电时导通，使液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时，排列则变得混乱，阻止光线通过。 也仅显示虽然方便，但是显示亮度不够，比较模糊，而且需要软件对其进行驱动，与本次课设的用以相违背。 方案二：采用LED数码管进行显示 LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类， 以共阴式为例，如把阴极接地，在相应段的阳极接上正电源，该段即会发光。当然，LED的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。假如我们将"b"和"c"段接上正电源，其它端接地或悬空，那么"b"和"c"段发光，此时，数码管显示将显示数字“1”。而将"a"、"b"、"d"、"e"和"g"段都接上正电源，其它引脚悬空，此时数码管将显示“2”。

数码管不仅价格便宜而且容易驱动，亮度好且比较稳定。其管脚图如图1-4所示： 图1-4 数码管引脚图 通过比较，本次设计采用方案二进行显示模块的设计。