目 录
1 设计任务及要求 ............................................................................................................. 1 2 设计方案论证 ................................................................................................................. 1 3 单元电路设计 ................................................................................................................. 2
3.1 工作原理 ............................................................................................................. 2 3.2 时钟振荡电路 ..................................................................................................... 2 3.3 温度采集电路 ..................................................................................................... 2
3.3.1 LM35简要说明 ........................................................................................ 2 3.3.2 TL082双运算放大器 ............................................................................... 3 3.3.3 温度采集电路 .......................................................................................... 3 3.4 A/D转换电路 ...................................................................................................... 4 3.5 存储电路 ............................................................................................................. 4 3.6 数码显示电路 ..................................................................................................... 5
3.6.1 CD4511简要说明..................................................................................... 5 3.6.2 共阴极数码管 .......................................................................................... 5 3.6.3 数码显示电路 .......................................................................................... 6
4 原理总图 ......................................................................................................................... 7 5 元器件清单 ..................................................................................................................... 7 6 调试过程及其测试 ......................................................................................................... 8
6.1 通电前检查 ......................................................................................................... 8 6.2 通电检查 ............................................................................................................. 8
6.2.1 555电路脉冲输出波形 ............................................................................ 8 6.2.2 放大器模块的调试 .................................................................................. 8 6.2.3 ADC0804输出调试 .................................................................................. 8 6.2.4 AT28C16的调试 ....................................................................................... 8 6.2.5 数码管显示的调试 .................................................................................. 8 6.3 结果分析 ............................................................................................................. 9 7 总结与体会 ..................................................................................................................... 9
7.1 体会 ..................................................................................................................... 9 7.2 本方案特点及存在的问题 ................................................................................. 9 7.3 改进意见 ............................................................................................................. 9 参 考 文 献 ..................................................................................................................... 10
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1 设计任务及要求
设计并制作一个温度测量与显示系统，基本原理如图8所示。具体要求如下：
图1-1 温度采集系统框图 （1）被测温度范围099°C；
（2）显示测量的温度值，精度不低于1°C。
参考元器件：LM35/45，OP07/NE5532/TL082，AT28C16，CD4511。 说明：测试时验证环境温度和90°C热水的测量值。
2 设计方案论证
方案一：采用51子系列单片机为核心，通过将温度采集电路输出的电压在单片机转换输出，送入数码管显示。设计框图如图2-1所示。
温度采集及处理电路数码显示电路ATC51单片机时钟震荡电路
图2-1 方案一设计框图
方案二：将温度采集电路输出电压送入数模转换电路，转换成二进制形式后送入EEPROM存储，最后送入数码管显示。设计框图如图2-2所示。
温度采集及处理电路数码显示电路A/D转换电路时钟震荡电路存储电路 图2-2 方案二设计框图
虽然单片机连接设计简单，但却需要具备一定的汇编语言基础，所以选用方案二。
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3 单元电路设计
3.1 工作原理
用温度传感器采集温度输出电压，送入模数转换器，通过555单稳态触发器输入脉冲信号，使其工作，将输出信号存入EPROM中，在送入CD4511将其转换成十进制数在数码管上显示。 3.2 时钟振荡电路
图3-1 NE555单稳态触发电路
单稳态触发器只有一个稳态状态。在未加触发信号之前，触发器处于稳定状态，经触发后，触发器由稳定状态翻转为暂稳状态，暂稳状态保持一段时间后，又会自动翻转回原来的稳定状态。单稳态触发器一般用于延时和脉冲整形电路。 3.3 温度采集电路 3.3.1 LM35简要说明
图3-2 LM35元件图
规格参数
（1）工作电压：直流4～30V； （2）工作电流：小于133μA
（3）输出电压：+6V～-1.0V
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（4）输出阻抗：1mA负载时0.1Ω； （5）精度：0.5℃精度（在+25℃时）； （6）漏泄电流：小于60μA； （7）比例因数：线性+10.0mV/℃； （8）非线性值：±1/4℃；
（9）校准方式：直接用摄氏温度校准； （10）额定使用温度范围：-55～+150℃。
（11）引脚说明：①电源负GND；②电源正VCC；③信号输出S；
转换公式如式(1)，0°C时输出为0V，每升高 1°C，输出电压增加10mV。
3.3.2 TL082双运算放大器
图3-3 双运算放大器
TLO82是通用的J-FET双运算放大器。其特点是：较低的输入偏置电压和偏移电流；输出设有短路保护；输入级具有较高的输入阻抗；内建频率补偿电路；较高的压摆率。最大工作电压：VCCmax=+-18V。 3.3.3 温度采集电路
温度采集电路整体连接图如图3-4所示。
图3-4 温度采集电路
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3.4 A/D转换电路
图3-5 ADC0804元件图
ADC0804是一款8位、单通道、低价格A/D转换器，主要特点是：模数转换时间大约100us；方便TTL或CMOS标准接口；可以满足差分电压输入；具有参考电压输入端；内含时钟发生器；单电源工作时（0～5）V输入电压范围是0～5V；不需要调零等等。
各个引脚名称及作用：
Vin（+）、Vin（-）：两个模拟信号输入端，可以接收单极性、双极性和差模输入信号。
DB0-DB7：具有三态特性数字信号输出端，输出结果为八位二进制结果。 CLKIN：时钟信号输入端。
CLKR:内部时钟发生器的外接电阻端，与CLK端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率计算方式是：fck=1/(1.1RC）。
CS：片选信号输入端，低电平有效。 WR：写信号输入端，低电平启动AD转换。 RD：读信号输入端，低电平输出端有效。
INTR：转换完毕中断提供端，AD转换结束后，低电平表示本次转换已完成。 VREF/2：参考电平输入，决定量化单位。 VCC：芯片电源5V输入。 AGND:模拟电源地线。 DGND:数字电源地线。 3.5 存储电路
图3-6 AT28C16元件图
4
2KB的EEPROM,存储器，主要用于存储程序和表格数据 需要烧写的程序
:1000000000000100020000030004000005000600DB :100010000007000800000900001000110000120095 :10002000130000140015000016001700001800004F :1000300019002000002100220000230024000025D8 :1000400000260000270000280029000030003100B1 :100050000032003300003400350000360000370065 :1000600038000039004000004100420000430044D5 :1000700000004500004600470000480049000050CD :10008000005100005200530000540000550056007B :100090000057005800005900600000610062000035 :1000A00063000000650000660067000068006986 :1000B0000000700071000072000073007400007591 :1000C0000076000077007800007900800000810051 :1000D0000082008300008400850000860087000005 :1000E00088000000900000910092000093009425 :1000F000000095009600009700980000990000000D :00000001FF 3.6 数码显示电路 3.6.1 CD4511简要说明
图3-7 CD4511元件图
CD4511 是一片 CMOS BCD—锁存/7 段译码/驱动器，用于驱动共阴极 LED 码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器。 3.6.2 共阴极数码管
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（数
图3-8 共阴极数码管
（1）数码管使用条件：
（a）段及小数点上加限流电阻
（b）使用电压：段：根据发光颜色决定；小数点：根据发光颜色决定
（c）使用电流：静态：总电流 80mA（每段 10mA）；动态：平均电流 4-5mA 值电流 100mA
（2）数码管使用注意事项说明：
（a）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角； （b）焊接温度：２６０度；焊接时间：５Ｓ （c）表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来。 3.6.3 数码显示电路
数码采集电路整体连接图如图3-9所示。
图3-9 温度采集电路
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峰4 原理总图
5 元器件清单
表5-1 元件清单
器件名称 数量 LM35 1 TL082 1 ADC0804 1 AT28C16 1 CD4511 2 7
共阴极数码管 2 电阻 若干 电容 若干 导线 若干 6 调试过程及其测试
6.1 通电前检查
电路安装完毕后，经检查电路各部分接线正确，电源、元器件之间无短路，器件无接错现象。 6.2 通电检查
6.2.1 555电路脉冲输出波形
首先将示波器接入555电路三脚，调出方波 6.2.2 放大器模块的调试
将温度传感器与放大器相连，由于放大器放大倍数为3倍，所以测量出放大器1脚电压是温度传感器2脚的电压的3倍。 6.2.3 ADC0804输出调试
与前几个单元模块相连，用万用表测量11-18脚电压，高电平在4V左右，低电平为0V左右。产生的二进制数化成十进制数，所得为测出的温度传感器输出电压的100倍。
6.2.4 AT28C16的调试
给EEPROM导入程序，与前几个模块相连，产生输出，输出应于ADC0804输出电平相等。
6.2.5 数码管显示的调试
将CD4511，数码管与前面模块相连，显示温度，显示数字应是温度传感器输出电压的100倍。
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6.3 结果分析
将电烙铁靠近温度传感器，传感器上的示数迅速上升。
7 总结与体会
7.1 体会
通过这次自己动手做温控采集系统，我学到了很多东西. 我学到了不少课本上没有的知识，也锻炼了自己的动手能力，将以前学过的零散的知识串到一起。我学会了如何使用proteus软件，在使用proteus制作电路图时，我发现我有好多元器件都不知道在这个软件中如何表示，通过向别人请教以及上网查才知道。整个图画完了我知道了不少元器件的表示符号。在实际焊电路板时，我懂得了如何解决电路中出现的问题，对各种元器件有了进一步的了解，对于有些元器件要小心分清正负极，在实际焊的过程中，由于疏忽我们就有焊错的，还好及时发现了并加以补救。并且我学会了分析问题解决问题的能力，加深了对所学理论知识的理解和运用。我的动手能力得到了很大的提高，创新意识得到了锻炼。真心感谢这门课让我学到了很多。在以后的学习中我也会深入学习的，为以后毕业设计打好基础。 7.2 本方案特点及存在的问题
本方案连接电路便于思考，连接和检查。但是相较于方案一，电路稳定性较差，元件较多。测温范围小。 7.3 改进意见
学习单片机汇编语言，运用单片机编程控制输出。或者采用更精密芯片。连接电路时，尽可能减少导线连接。
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参 考 文 献
[1] 胡向东.传感器与检测技术.机械工业出版社.2013.
[2] 童诗白.模拟电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.2013. [3] 闫石.数字电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.2013. [4] 查丽斌.电路与模拟电子技术基础.电子工业出版社.2011.
[5] 张艳花.数字电子技术基础学习指导及习题详解.电子工业出版社.2011.
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