温度控制器.doc

1设计任务
1.1 设计目的和意义
为了更好的）测量范围0℃~100℃
(2) 精度0.5℃
(3)用LED显示
适应数字化为人们带来的快捷与方便，设计一款数字温度计，来满足科研、日常生活的需要，并且数字温度计还可以应用在特殊环境，如人不能经常进入的高温、有毒等环境。
1.2 设计任务要求
(1
2 系统设计
2.1 总体方案设计
根据设计的要求整体设计方案图如图1所示。

图1整体设计方案图
2.2具体电路设计
利用温度传感器采集周围的温度变化，产生电压，通过对采样得到的电压处理，传输到A/D转换器将模拟量转化成数字量，最后由LED显示器显示温度。
2.2.1 传感器电路的设计
LM35具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与摄氏温度成线性比例关系，并且无需外部校准，可以提供±1/4℃的常用的室温精度。很适合本次设计要求，电路图如图2所示。
以下是LM35芯片介绍
（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
（4）输出阻抗：1mA 负载时0.1Ω；
（5）精度：0.5℃精度；
（6）比例因数：线性+10.0mV/℃；
（7）非线性值：±1/4℃；

图2 温度采集电路
2.2.2 电压采样电路的设计
采用电阻分压原理，使得采集到的电压符合A/D芯片的工作要求，并且要考虑到温度与电压成线性关系，用两个电阻进行分压使得输入A/D电压为温度传感器的电压的1/10，输入A/D芯片电压为图中A、B两点电压。电路设计如图3所示。

图3 电压采样电路
2.2.3 A/D转换电路的设计
TC7107是一种高性能、低功耗的三位半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。直接驱动共阳极LED显示。与学过的0809 A/D转换芯片相比，使得电路简化，减少了器件，使得成本降低，由此选择了TC7107更加的合适。
以下是TC7107电气特性
（1）工作电压：±5V；
（2）供电电流：小于1.8mA
（3）噪声：典型值15uV
（4）输入端漏电流：小于10pA
（5）模拟公共端电压：2.7~3.35V
根据通过对TC7107说明书的认真阅读，掌握了各个管脚的作用，以及它的连线方式，将A/D转换芯片连接如图4所示。

图4 A/D转化电路

2.2.4 LED显示模块
数码管可以分为共阳极与共阴极两种，在本次设计当中，由于TC7107的特点，只能驱动共阳极数码管，故选用共阳极七段数码管。在连接数码管时，要注意数码管各个管脚所对应的字母，不能接错或接漏，而每一LED的阴极分别为a,b,c,d,e,f,g及sp（小数点），它的内部结构图5所示。

图5 共阳极数码管内部图

2.3 系统总体电路
将各个模块的电路级联后，构成一个整体电路，在连接电路时一定要注意元器件之间的名称是否有重复的，特别是通过复制级联的电路，如图6所示。

图6 总体设计电路
2.4 系统所用元器件
本系统所用的元器件清单如表1所示。
表1 本系统所有的元器件
元器件名
数量
温度传感器LM35
1
电阻RES
5
电容CAP
5
A/D转换TC7107
1
七段译码显示7SEG-COM-ANODE
3
七段译码显示7SEG-COM-CATHODE
1
电源CELL
1
DC
2
导线
若干
3 系统调试与仿真
此次设计只做了整体电路的调试，按照以上各个模块将总体电路连接好，然后调试。

Ø 首先要检查电路是否结对，尤其要检查元器件是否有重名。
Ø 主要检查芯片的接法是否按照芯片介绍中接法保持一致。
Ø 接通电源，调高温度，看数码管是否亮。由于此次设计应用总线，很容易连接错，则需要检查接入总显得标号与输出总线的标号是否一直，再看看是否有漏接或虚接的存在。
Ø 当数码管显示后，对比LED显示是否LM35显示温度一直，若不一直要调节电压采样电路中的电阻值。
仿真结果如图7、图8所示。

图7 仿真结果图

图8 仿真结果图
4 总结
4.1 本系统的优缺点
本次设计的优点：
² 实现了温度与LED的一一对应显示
² 实现了0.5℃精度的要求
² 能够快速的检测出温度的变化
² 将老师的测试温度范围要求扩到0℃~150℃
本次设计的缺点：总是保持0.2℃的误差。
4.2 心得体会
通过本次设计，使我学到了很多知识：用Proteus画电路图，在画图过程中如和能够快速的找到自己想要的元器件（查元器件的英文），来节省时间，在画线时不但要注意连线真确还要保证连线的美观性，列入这次实验中应用了总线不但线路更加的简单明了，而且使图形更加的美观、清晰；在调试时，不但需要仔细，更重要的是通过耐性的分析找到可能出错的地方，经常出现的的错误有接线是否虚接，电阻值是否合适，输入电压是否符合芯片的工作要求，在这个环节一般要用电压检测元件来，还有当运行电路时发现出现黄色点，这表示电路的连接点出现了高低电频的叠加；对A/D转换有了深刻的理解，它可以应用在数字电压表/电流/电阻等的设计，一般任何变量能与模拟电压来表示的都可以利用A/D转换，具体的用数字表现出来；对芯片TC7107应用使得我明白如何去使用一种陌生的芯片，在应用芯片是一定要对它的各个参数有所了解，各个管脚的作用以及相关的接线方式要加以理解，这样为以后的调试做好准备；对各个类型数码管的应用以很熟悉；也对如何去实现具体电路的设计流程，首先要对电路分不同的模块，然后根据不同模块要实现的功能进行分析，再联想到实现这些模块所需要的芯片及相关资料，最后对电路级联和调试，有时也可根据需要对模块单独调试好了，再级联。
在这次课设中感谢老师的细心的指导，特别是TC的芯片的应用，刚开始很难掌握芯片的应用，尤其是关于它的差动输入的理解，通过老师的指点后我才明白了TC7107的应用，在调试方面由于没有经验，对一些出现的问题不能及时发现，在老师的细心知道下，才解决了问题，同时也要感谢在实习中同学对我的帮助，通过这次实习让我明白了一个团队精神的重要性。
参考文献
[1] 阎石主编. 数字电子技术基础（第五版）. 北京：高等教育出版社，2006.
[2] 2011.6.23

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