简易数字温度计的设计.docx

课程设计说明书 第II页
简易数字温度计的设计
摘 要
温度是我们日常生产和生活中实时在接触到的物理量，但是它是看不到的，仅凭感觉只能感觉到大概的温度值，传统的指针式的温度计虽然能指示温度，但是精度低，使用不够方便，显示不够直观，数字温度计的出现可以让人们直观的了解自己想知道的温度到底是多少度。数字温度计采用进口高精度、低温漂、超低功耗集成电路和液晶显示器，是一种精度高、稳定性好、适用性极强的新型现场温度显示仪。是传统温度计的理想替代产品，数字温度计采用进口芯片组装精度高、高稳定性，误差小，内电源、微功耗、不锈钢外壳，防护坚固，美观精致。　数字温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器（如铂电阻，半导体，热敏电阻等），将温度的变化转换成电信号的变化。本设计主要使用温度采集电路，数字频率计电路和LED显示电路构成，从而实现温度的检测和显示。
关键词：74LS161N，NE555，计数器，译码器 （（关键词在摘要中找3~5个

目 录
1绪论...................................................................................1
1.1 课题描述..................................................................................................... 1
1.2 基本工作原理........…….....................................................................................1
2 相关芯片及硬件电路设计…….................2
2.1 555定时器…......................................................................................................2
2.2热敏电阻...........................................................................................................3
2.3 74LS161N芯片.................................................................................................3
2.4主要电路的电路图及原理..................................................................................4
2.4.1 单稳态振荡电路…....................................................................4
2.4.2温度转换为频率电路................................................................................5
2.4.3译码显示电路..............................................................................................................7
2.5总体电路图........................................8
总 结..........................................................................................................10
致 谢..........................................................................................11
参考文献......................................................................................................................12

课程设计说明书 第12页
1 绪论
1.1 课题描述
随着人们生活水平的不断提高和电子技术的发展，人们的生活都向着数字化，智能化发展。，当今社会温度检测系统被广泛的社会生产，生活的各个领域。在工业，环境监测，医疗，家庭等多方面都有应用。因此要求也越来越高，数字温度计就是一个简单的例子。随着温度检测理论与技术的不断更新，温度传感器的种类也越来越多，每种传感器根据其自身特性，都有它自己的应用领域。
本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，其输出的温度由数字显示，具有读数方便，测温范围广，测温准确，使用范围广，主要用于测温比较准确的场所，或科研实验室使用，可广泛用于需要温度控制的地方。
1.2 基本工作原理及框图
原理：使用温度频率转换电路，根据温度和频率的转换关系，不同的温度对应不同的频率值，转化为相应的频率输出，在显示器中将频率显示出来，显示的频率就是对应的温度值，然后通过计数器使数和温度转化成的频率信号能够在显示器上显示。
译码显示电路
温度转换为频率电路
与门
计数器

单稳态多谐振荡器

图1 基本工作原理框图
2 相关芯片及硬件电路设计
2.1 555定时器
555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路，该电路使用灵活，方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单谐震荡电路，多谐震荡电路和施密特触发器。

图2 555定时器内部图解
555定时器工作时过程分析如下： 
5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。 
当VI1＞2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。 
当VI1＜2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。 
当VI1＞2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。 
当VI1＜2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。
2.2 热敏电阻
热敏电阻的主要特点是：
①灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；
②工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～55℃；
③体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；
④使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；
⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产；
⑥稳定性好、过载能力强。
2.3 74LS161N芯片
74LS161N是一个具有异步清零，同步置数，可保持状态不变的十六进制加 法计数器。

图3 74LS161N引脚排列图
2.4 主要电路的电路图及原理
2.4.1 单稳态振荡电路
状态翻转一次后，延时一定时间再翻转到最初状态后一直保持此状态的，需要外部触发脉冲信号，电路才开始工作，没有了该触发脉冲信号，电路不工作的，就是单稳态振荡电路。

图4 单稳态振荡电路

图5 单稳态振荡电路PROTEUS仿真
电路原理：无触发信号输出的时候，555内放电三极管VT饱和导通，管脚7接地，电容电压为0V。
有触发信号时，U0由低电平跳变为高电平，三极管VT截止，电路开始对电容C2充电，电路由稳态进入暂稳态，当1/3VCC3VCC时，处于中间保持状态，仍有输出。
当UC刚略大于2/3VCC时，此时VT导通，电容上充的电将通过VT放电，这一步保证了输出又回到了U0=0的稳定状态。
主要参数的计算：
暂稳态脉冲的宽度为:TW=1.1RC （1）
2.4.2 温度转换为频率电路
在NE555组成的多谐振荡器中，电容C的充放电T1和放电时间T2各为:
T1=（R1+R2）Cln(VCC-VT)/(VCC-VT)=(R1+R2)Cln2 （2）
T2=R1Cln(0-VT+)/(0-VT-)=R1Cln2 （3）
所以电路的振荡周期为:
T=T1+T2=(R2+2R1)Cln2 （4）
振荡频率为:
F=1/T （5）
通过改变C和R的参数可以改变振荡频率，温度的变化可以改变热敏电阻R2的阻值，它的变化又会改变振荡频率，所以可以通过改变频率的变化来反应温度的变化。
图6中取R2=2.5K,C=100nF，则根据以上的公式得2R1=1/(fCln2)-R2,得出R1=5K

图6 温度转换为频率电路

图7 温度转换频率电路PRITEUS仿真图
2.4.3 译码显示电路
译码显示电路由计数器电路，与非门，译码器组成。
计数器电路由74LS161N芯片组成，74LS161N是一个具有异步清零，同步置数，可保持状态不变的十六进制加法计数器。
显示电路由数码管来显示。
下图8可以实现累加计数。

图8 译码显示电路
2.5总体电路图
在各个模块下汇总了下面这张电路图, 根据温度和频率的转换关系，不同的温度对应不同的频率值，转化为相应的频率输出，在显示器中将频率显示出来，再通过计数器把数字把数字在显示器上显示出来。

图9 总体电路图

总 结
这次的课程设计，使我认识到自己平时所学的知识并没有掌握好，加深了对所学知识的理解。因为知识没有掌握住，导致这次课程设计做的并不顺利，但是到最后还是通过自己以及在小伙伴们的帮助下完成了这次课程设计，由最初的收集资料，到画电路图还有最终的调试，使我深刻的认识到课堂上学习的知识多么重要，要掌握好，学以致用。通过这次课程设计，也使我对专业加深了了解，对自己的专业更加感兴趣。而且还培养了我的动手能力，遇到困难要坚持，不能放弃。从这次设计中，我收获了许多培养了自己独立思考问题解决问题的能力，加深了对数电，模电知识的理解，巩固了学到的知识，对我以后的课程设计有很大的帮助，虽然可能有失败的地方，但是真的收获的更多。
致 谢
正所谓，三人行，必有我师。在这次课程设计中，首先要感谢我的指导老师张老师，是您给了我一个关于这次课程设计明确的思路，耐心的指导，每当遇到问题，您都会不厌其烦的给我们解答，让我们更加严格要求自己，要不然不会完成的那么顺利。其次，也要感谢我的同学们，他们在画电路图以及调试的时候，给了我很大的帮助，使我对一些元器件以及电路原理更加了解，使我学到了很多很多，顺利的完成了这次课程设计。
参考文献
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