數字溫度計設計實驗報告

一、實驗任務

溫度計是工農業生產及科學研究中最常用的測量儀表。本課題要求用中小規模整合晶元設計並製作一數字式溫度計，即用數字顯示被測溫度。具體要求如下：

(1). 測量範圍-20～150度。

(2). 測量精度0.5度。

(3). 4位led數碼管顯示。

通過溫度感測器lm35採集到溫度訊號，經過整形電路送到a/d轉換器，然後通過解碼器驅動數碼管顯示溫度。icl7107集a/d轉換和解碼器於一體，可以直接驅動數碼管，省去了解碼器的接線，使電路精簡了不少，而且成本也不是很高。icl7107只需要很少的外部元件就可以精確測量0到200mv電壓，lm35本身就可以將溫度線性轉換成電壓輸出。

綜上所述，採用lm35採集訊號，用icl7107驅動數碼管實現訊號的顯示。故採用基於lm35與icl7107的數字溫度計設計方案。

二、原理框圖

三、電路原理及其電路組成

數字溫度計的設計原理圖見附錄1。它通過lm35對溫度進行採集，通過溫度與電壓近乎線性關係，以此來確定輸出電壓和相應的電流，不同的溫度對應不同的電壓值，故我們可以通過電壓電流值經過放大進入到a/d轉換器和解碼器，再由數碼管表示出來。

1、感測電路

lm35具有很高的工作精度和較寬的線性工作範圍，該器件輸出電壓與攝氏溫度線性成比例。因而，從使用角度來說，lm35與用開爾文標準的線性溫度感測器相比更有優越之處，lm35無需外部校準或微調，可以提供±1/4℃的常用的室溫精度。

lm35具有以下特點：

（1）工作電壓：直流4～30v；

（2）工作電流：小於133μa

（3）輸出電壓：+6v～-1.0v

（4）輸出阻抗：1ma 負載時0.1ω；

（5）精度：0.5℃精度（在+25℃時）；

（6）漏洩電流：小於60μa；

（7）比例因數：線性+10.0mv/℃；

（8）非線性值：±1/4℃；

（9）校準方式：直接用攝氏溫度校準；

（10）封裝：密封to-46 電晶體封裝或塑料to-92 電晶體封裝；

（11）使用溫度範圍：-55～+150℃額定範圍

電壓輸出採用下圖接法：

2、a/d轉化器

icl7107是高效能、低功耗的三位半a\d轉換器，同時包含有七段解碼器、顯示驅動器、參考源和時鐘系統。icl7107可直接驅動共陽極led數碼管。icl7107將高精度、通用性和真正的低成本很好的結合在一起，它有低於10uv的自動校零功能，零漂小於1uv/℃，低於10pa的輸入電流，極性轉換誤差小於乙個字。

真正的差動輸入和差動參考源在各種系統中都很有用。在用於測量負載單元、壓力規管和其它橋式感測器時會有更突出的特點。

icl7107轉化器原理圖如圖2.4所示。其中計數器對反向積分過程的時鐘脈衝進行計數。控制邏輯包括分頻器、解碼器、相位驅動器、控制器和鎖存器。

驅動器是將解碼器輸出對應於共陽極數碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅動相應筆畫的方波。

圖2.4 icl7107轉化器原理圖

控制器的作用有三個：

第一，識別積分器的工作狀態，適時發出控制訊號，使各模擬開關接通或斷開，a/d轉換器能迴圈進行。

第二，識別輸入電壓極性，控制led數碼管的負號顯示。

第三，當輸入電壓超量限時發出溢位訊號，使千位顯示「1" ，其餘碼全部熄滅。鎖存器用來存放a/d轉換的結果，鎖存器的輸出經解碼器後驅動led。它的每個測量週期自動調零（az）、訊號積分（int）和反向積分（de）三個階段。

雙積分型a/d轉換器的電壓波形圖如圖2.5所示

圖2.5雙積分型a/d轉換器的電壓波形圖

icl7107ad轉換器的管腳排列及其各管腳功能如下圖所示。

icl7107是集a/d轉換和解碼器為一體的晶元，而且這晶元能夠驅動三個數碼管工作而不需要更多的解碼器，這給我們連線電路或者分析電路提供了一定的方便。icl7107晶元的管腳比較多，每乙個管腳所代表的功能也各不相同，能夠組成各種電路，比如說有積分電路。這要求我們在接電路時要小心，不能出現錯誤。

3、數碼管顯示

數碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陰極是把所有led的陽極連線到共同接點com，而每一led的陰極分別為a,b,c,d,e,f,g及sp（小數點），它的內部結構圖如下圖所示。

共陽極數碼管內部結構

在本次設計當中，由於icl7107的特點，它只能驅動共陽極數碼管，故我們要選用共陽極七段數碼管。在連線數碼管時，我們要注意數碼管各個管腳所對應的字母，不能接錯或接漏。

icl7107自身連線以及與4位數碼管間的連線見下圖：

4、總電路圖

四、電路除錯

我們要通過除錯電路來發現設計電路的相關內容。

（1）按照設計電路圖檢查所焊電路是否正確，特別注意其電路中各個的晶元的管腳是否連線正確。焊接時仔細小心，避免虛焊。

（2）然後接通電源，看數碼管是否有數值顯示，如果沒有，就要重新檢查其電路，尋找錯誤。

（3）完成（2）步驟後，調節基準值即調節電位器使得icl71407晶元中35管腳與36管腳的電壓值穩定在1v。這樣數碼管顯示數值就是當前溫度了。

（4）調節好基準值完後，嘗試用熱源（電烙鐵）靠近lm35晶元，檢視溫度公升高是否正常，數碼管顯示是否正常。

元件清單

五、收穫與體會

通過這學期兩次焊接實驗的學習，感覺每次都有不小的收穫。焊接技術也不斷的進步，尤其在這次綜合實驗中，我們通過查詢大量資料，請教老師，以及不懈的努力，不僅培養了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。之前以為有了圖，應該就是焊電路板而已，應該不難，然而在實踐中，我們還要去了解各種晶元的管腳接法，還有線路布置，尤其布局在焊接過程中尤為重要，乙個合理的布局不僅使電路板更加美觀，而且便於檢查和分析問題。

焊接時也要盡量小心，尤其在要焊接較長線路時，避免虛焊，因為在檢查的過程中虛焊很難被檢查出來，這就要求我們有較為熟練的焊接技術。在除錯的過程中，一旦發現問題或除錯不成功，不要緊張，先從電路圖開始檢查，看看電路和引腳是否接錯，在有可能虛焊的地方多焊幾遍，還檢查不出錯誤就跟同學討論。自己的除錯成功了，也要幫助其他同學檢查問題。

通過這次綜合性實驗我們不僅提高了焊接技術，還學到很多知識。這些知識和學習方法正是我們平時學習中沒有理解和掌握的，在學習理論知識的同時也要注重科學實踐，而這種實驗正好為我們提供了實踐的機會，所以我們要好好珍惜每一次的實驗。在每一次的試驗中有所收穫，通過每一次的實驗充實自己。

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