电子线路专业系统设计方案报告.doc

目录
第一章 课程设计名称及设计要求 1
第二章 总体设计思想 2
第三章 元件介绍及单元电路设计 3
3.1 ICL7107 3
3.2 铂电阻Pt100 5
3.3 数码管 6
3.4 LM324 6
第四章 总电路及元器件装配和调试 8
4.1 总电路图 8
4.2 电路板焊制 8
4.3 电路板检测 8
4.4 电路板检测结果及分析 9
4.5 调试统计 9
第五章 心得体会 9

第一章 课程设计名称及设计要求
一、 设计题目
温度测量数显仪设计实现

二、 设计背景
温度控制是日常生活和工程领域常常需要处理问题，在冷库、制冷设备、粮食贮备等精度要求不尤其高场所，常常采取铂电阻来实现温度采集和控制调整。

三、 设计任务
设计一个可在一定温度范围进行温度测量和控制温度测量数显控制仪。该仪器测量温度范围为-50~200℃，能够对温度值进行数字显示。

四、 设计目标
1) 了解温度采集传感器Pt100工作原理，掌握其工程设计使用方法。。
2) 掌握模数转换、电阻电压转换及数码显示电路设计结构方法。
3) 掌握电子电路系统设计基础方法，培养提升综合利用多学科相关知识进行初步工程设计和实际装调系统电路能力。

第二章 总体设计思想
此次课程设计任务为数显温度测量仪:测温范围-50℃—200℃。
设计电路由稳压电路、温度采集、电阻/电压转换器和显示电路组成。其中，温度采集传感器采取热敏电阻铂Pt100，A/D转换器用ICL7107（双电源±5V供电，适合驱动发光二极管显示），共阳数码管用ICL7107控制。
本方案用到了ICL7107，电路中A/D转换电路和数码显示电路全部由其控制和组成，所以在设计具体电路时，要针对ICL7107进行合理设计。而电阻/电压转换电路由运放电路组成，用ICL7107组装3 位半数字电压表进行显示。Pt100是电阻/电压转换电路关键部分。测温传感器铂-100热电阻（Pt-100）进行温度采集。热电阻变换电路要求LM324 4级集成差放选择匹配。经过铂金属传热和中间电路将热信号转换为电压信号再经放大后输入到ICL7107芯片，最终经数字显示电路将温度信号显示。
该方案设计方框图表示以下

基于ICL7107温度测量控制原理方框图
优点：电路组成明确且设计合理，能够较为理想实现试验设计要求。
缺点：电路所用元器件较多，调试比较复杂。

第三章 元件介绍及单元电路设计
3.1 ICL7107
ICL7107是高性能、低功耗三位半A\D转换器，同时包含有七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统。ICL7107可直接驱动共阳极LED数码管。ICL7107将高精度、通用性和真正低成本很好结合在一起，它有低于10uV自动校零功效，零漂小于1uV/℃，低于10pA输入电流，极性转换误差小于一个字。真正差动输入和差动参考源在多种系统中全部很有用。在用于测量负载单元、压力规管和其它桥式传感器时会有更突出特点。
ICL7107转化器原理图图3.1所表示。其中计数器对反向积分过程时钟脉冲进行计数。控制逻辑包含分频器、译码器、相位驱动器、控制器和锁存器。
驱动器是将译码器输出对应于共阳极数码管七段笔画逻辑电平变成驱动对应笔画方波。

图3.1 ICL7107转化器原理图
控制器作用有三个：
1. 识别积分器工作状态，适时发出控制信号，使各模拟开关接通或断开，A/D转换器能循环进行。
2. 识别输入电压极性，控制LED数码管负号显示。
3. 当输入电压超量限时发出溢出信号，使千位显示“1" ，其它码全部熄灭。
钓锁存器用来存放A/D转换结果，锁存器输出经译码器后驱动LED 。它每个测量周期自动调零（AZ）、信号积分（INT）和反向积分（DE）三个阶段。
双积分型A/D转换器电压波形图图3.2所表示

图3.2双积分型A/D转换器电压波形图
ICL7107AD转换器管脚排列及其各管脚功效图3.3所表示。

图3.3 ICL7107管脚排列
ICL7107是集A/D转换和译码器为一体芯片，而且这芯片能够驱动三个数码管工作而不需要更多译码器，这给我们连接电路或分析电路提供了一定方便。ICL7107芯片管脚比较多，每一个管脚所代表功效也各不相同，能够组成多种电路，比如说有积分电路。这要求我们在接电路时要小心，不能出现错误。

图3.4 ICL7107实际搭配电路

3.2 铂电阻Pt100
1. Pt100热敏电阻将温度改变转换成电阻值改变：温度是0℃，阻值为100Ω；温度100℃时，阻值为138.5Ω；温度200℃时，阻值177Ω；温度电阻系数0.385Ω/℃，基础呈线性增加。
2. 电阻/电压转换电路
1) 当t=-50℃时，运放输出电压为
Uo=(1+80.31/33) ×0.3=1.03V
2) 当t=200℃时，运放输出电压为
Uo=(1+175.84/33) ×0.3=1.90V
3) 在-50℃ ～200℃，输出电压在1.0～1.9V间。
在电阻/电压转换电路后，接一电压跟随器，提升带负载能力。
所选运放均由LM324提供。
3. 由ICL7107组成A/D转换和数码驱动电路。四只数码管共阳组成高精度数字电压表头，用来显示温度（1mV就代表1℃）.
4. 电源±5V和GND由试验室EM1716提供。
铂电阻对应温度表Pt100
温度℃
-50
-25
0
25
50
75
100
125
150
175
200
电阻Ω
80.31
90.19
100
109.73
119.4
128.98
138.5
147.94
157.31
166.61
175.84
3.3 数码管

因为是共阳极，故上端COM端接正向输入电压，下端COM端悬空。

3.4 LM324
LM324为四运放集成电路，采取14脚双列直插塑料封装。，内部有四个运算放大器，有相位赔偿电路。电路功耗很小，lm324工作电压范围宽，可用正电源3～30V，或正负双电源±1．5V～±15V工作。它输入电压可低到地电位，而输出电压范围为O～Vcc。它内部包含四组形式完全相同运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。每一组运算放大器可用图所表示符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo信号和该输入端相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo信号和该输入端相位相同。

图3.5 LM324引脚图

图3.6实际搭配电路图。

第四章 总电路及元器件装配和调试
4.1 总电路图

4.2 电路板焊制
在焊制电路板过程中， PCB板制作错误，我们对其修改其中R4和R5不接地可是板子上却接了地，我们只好用刀片切断其连线，还有R5应该和R10连接板子上却没有连接，我们用选择直接引线处理，即使能处理问题，但在工艺上，抗干扰上带来了较大问题，但因为时间有限，所以做得不是很好。

4.3 电路板检测
A、 37脚TEST端和l脚短接，表头应显示-1888。这时可检验显示是否缺笔画。如有，大多是引脚、连线虚焊。
B、首先将 IN+和IN-短接，表头应显示为“0000”。若不为零，则应检验参考源电容C2和自动校零电容C4是否漏电。
C、将3l脚和36脚短接，表头读数应为1000。若有偏差，调电位器RP。仍然不行，多半是RP、积分电容C3坏。
D、将32脚和26脚短接，表头最高位应显示-l，其它位均不亮。不然，应检验电源或换芯片。
E、将芯片ICL7107正确插入插槽，用温度计测出此时室温，给电路板接通+5V电源。然后调整滑动变阻器使数码管显示到目前温度。再用数字万用表红表笔接ICL710736引脚，黑表笔接地。假如测得电压为1V左右，那么该温度为此时温度。
4.4 电路板检测结果及分析
电路完整，数码管显示也没有缺笔现象，也能够很正确测得温度。
4.5 调试统计
A,连接好电路图，发觉指示值飘逸不定，测量ICL710730端31端未发觉异常，再测量36端时发觉漂移不定：结论---电位器RP2损坏。
B、调零时，依据PT100在0°时对应100Ω计算得出LM3245端输出为1.06V，测量Vin-(30管脚)发觉值≠Vin+(31管脚)：结论—-电阻值20K过大，几番测试调整，最终为13.3K。
C、调零后，依据PT100在200°时对应175.84Ω计算得出LM3245端输出为1.62V，测量Vin-,依据Vo=1000*Vin/Vref，而且Vref-=0V,能够计算出Vref+值，从而依据电阻分压确定电阻值。

第五章 心得体会
经过两天焊接和3天调试，我们组制作温度测量数显仪完成了，而且能够完美地实现测量并显示温度。
经过此次试验设计，我学会了基于ICL7107温度测量仪工作原理。怎样利用电子器件进行温度测量这个问题从小就迷惑我，而现在看来，基础温度测量技术也不再神秘，其实就是依据PT100分度表，即每一阻值全部对应一个温度，使温度改变经过热敏电阻阻值改变表示出来。
可能因为时间仓促，电路板设计存在多种小问题，比如该接地没有接地等等。这造成了我们用了部分时间来做电路板修改，当初我也担心修改后测量仪能否正常地工作。
从认真焊接到耐心调整，我们组每一步全部做得比较到位，并没有急于求成。试验中碰到问题关键是怎样调整增益，刚开始我们并没有头绪，只是在一味地乱调，认为调到要求就完事了，可就是一直调不出。经过老师细心指导，我们知道了调整也是有步骤，在基件上只要是调整到正确时，就不能再做调整了。我豁然开朗。最终经过测量，得到了试验结果，因为存在误差，试验结果靠近理想结果。
在大学最终一个课程设计，我很好完成了试验，受益匪浅，同时也知道了很多道理。