1、 温度测量仪摘要本课题采用 lm35 传感器作为感知元件，输出电压经放大后由 A/D 转换芯片转换成相应地址，送至AT28C64 存储芯片输出相应地址的数据，数据经过74157 选择，由 CD4511 负责数码管的译码，最终在两位共阴数码管上进行显示。本课题采用 CD4029 进行计数预警，采用分位计数的方案，由 7485 进行比较后判断是否进行温度预警。关键词：lm35 温度测量 预警 AD0809目录第一章 系统指标1.1系统预期指标1.2 系统结构要求1.3系统技术指标要求1.4设计条件第二章 方案设计 2.1 方案流程2.2 方案的整体设计第三章 模块详细设计3.1 传感器及其放大电路
2、模块3.2 A/D 及存储器模块3.3 数码管显示模块3.4 计数模块3.5 比较判断以及报警模块3.6 显示切换模块第四章 测试与调试4.1 数字显示电路的调试4.2 ADC、AT28C64 与显示电路的连接调试4.3 NE555 频率发生调试4.4 传感器与显示电路的调试4.5 报警温度的设定与判断调试第五章 设计总结5.1 设计完成情况5.2 问题与改进5.3 心得体会第一章 系统指标1.1 系统预期指标系统设计要求该温度测量仪能够显示当前环境温度，并兼有环境温度超温警报功能。预警温度能够手动进行设置。1.2 系统结构要求本课题给出的结构框图如下，要求有系统复位开关 S1 键，报警温度切
3、换设定开关 S2 键。 图 1.2.1 1.3 系统技术指标要求（1）温度测量范围：099（2）显示精度：1（3）测温灵敏度：20mv/（4）显示采用四位共阴数码管（5）温度报警采用 LED 发光二极管或蜂鸣器（6）报警温度可以任意设定1.4 设计条件（1）电源：015V 稳压电源可调（2）可供选择的器件下表所示各电容、电阻、发光二级管等元件自定。第二章 方案设计2.1 方案流程温度测量仪的本质是将模拟信号转换成数字信号，并进行相应的信息反馈，以达到帮助人们感知环境的目的。所以温度信息必须经过传感器以及 A/D 转换芯片转换成数字信息再经由数字显示电路显示。另外，由于温度传感器的输出有限，需在
4、传感器后添加一放大器。超温报警预设电路也需要和数字显示电路进行连结，以显示设定的报警温度。因此，还需要在数字显示，环境温度输出，以及超温温度设定之间增一切换电路，以切换环境温度和超温设定的显示。具体流程框图如下：温度传感器放大器A/D 转换存储器显示切换显示电路预警计数超温判断报警图 2.1.1其中温度传感器是该课题设计的核心所在，温度传感器直接影响到测温的精度以及灵敏度。另外温度传感器还分为电流型输出和电压型输出。温度传感器的选择不仅影响整体设计方案的性能，而且对后续电路的设计也有一定程度的影响。2.2 方案的整体设计方案采用 lm35 作为本课题的温度传感器，运放使用 TL084，A/D
5、转换芯片采用 ADC0809，使用AT28C64 作为存储芯片。切换显示电路使用两片74157 实现该功能。由 CD4511 驱动数码管进行显示。温度预警计数由两片 CD4029 执行。报警判断由两片4 位比较器件 7485 联级成 8 位比较器进行比较。采用两个 LED 二极管作为报警信息输出。第三章 模块详细设计3.1 传感器及其放大电路模块（1）传感器 lm35lm35 系列是精密集成电路温度传感器，其输出的电压线性地与摄氏温度成正比。是电压型输出的温度传感器，因此后续电路不再需要电流电压转换器，一定程度上简化了电路的设计。该系列传感器生产制作时已经过校准，输出电压与摄氏温度一一对应，使
6、用极为方便。灵敏度为 10.0mV/，精度在 0.4至 0.8(-55至+150 温度范围内), 重复性好，低输出阻抗，线性输出和内部精密校准使其使用起来更加简单与方便。其工作电压为 4V30V，宽工作电压，满足课题设计要求。测温范围为-50+150 ，也符合课题设计要求。Lm35 有多种封装形式，本课题设计采用如下封装图 3.1.1（2）放大电路的设计本课题设计要求测温灵敏度为 20mv/，lm35器件自身的灵敏度为 10mv/，因此放大器的放大倍数应达到 2 倍。易知，应采用同向放大器。同向放大器设计如下：图 3.1.2Vi 与 V-虚短， Vi因为虚断，反向输入端没有电流通过，R1、R2
7、 串联。所以 12VoutIR又 Vi 等于 R2 上的分压 2ViIR综得，12iVoutR由上，可取 R1、R2 分别为 1K。（3）电压跟随器电压跟随器，顾名思义，就是输出电压与输入电压是相同的，也就是说，电压跟随器的电压放大倍数恒小于且接近 1。它的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低。将它放在 lm35 后面可以隔离开传感器和后方的电路，保证传感器输出电压的稳定性与实用性。本设计使用 TL084 的一个放大器作为电压跟随器。如图：图 3.1.3模块整体电路如下：图 3.1.4 3.2 A/D 及存储器模块（1）ADC0809ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处
8、理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。器件封装如下：图 3.2.1器件引脚结构：ADC0809 各脚功能如下：D7-D0：8 位数字量输出引脚。IN0-IN7：8 位模拟量输入引脚。VCC：+5V 工作电压。GND：地。REF（+）：参考电压正端。REF（-）：参考电压负端。START：A/D 转换启动信号输入端。ALE：地址锁存允许信号输入端。（以上两种信号用于启动A/D 转换）.EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端（一般为 500KHz）
9、 。器件时序图：图 3.2.2因为本次设计的要求是 20mv/，ADC0809 的模拟电压范围为 0V5V，20*255=5100mv，所以模拟电压取 5V。（2）NE555NE555 是一种计时 IC，只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用，其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。下面是 NE555 的管脚图：图 3.2.3本次设计中 NE555 提供给 ADC0809 95KHZ 的时钟频率。其具体电路如下图所示：图 3.2.4取 Ra、Rb 分别为 1K、5.6K，电容 102，Rl 不接。（3）AT28C64 AT28C64是一款存储器芯片，当CE和OE为低电平,WE为高
10、电平,由地址引脚上电平决定的存储单元中的存储的数据就被读出。AT28C64的引脚如下图所示：图3.2.5其中 A0A11为输入地址线，I/O0I/O7为输出线。AT28C64烧录数据表温度（） ADC 地址输出 AT28C64输出 （8421BCD）0 0000 0000 0000 00001 0000 0001 0000 00012 0000 0010 0000 001099 0110 0011 1001 1001模块连线图：图3.2.6图3.2.73.3 数码管显示模块本课题设计采用CD4511作为数码管的译码芯片。CD4511是一个用于驱动共阴LED（数码管）显示器的BCD码七段码译码器
11、，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能 提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。CD4511的输入为8421BCD码。CD4511 真值表：输 入 输 出LE BI LI D C B A a b c d e f g 显示X X 0 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 8X 0 1 X X X X 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 00 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 10 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 20 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0
12、 0 1 30 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 40 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 50 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 60 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 70 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 80 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 90 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐
13、0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 消隐1 1 1 X X X X 锁 存 锁存显示模块电路：图 3.3.3在本课题中上图的 CD4518 由 74157 代替，另外由于是共阴管，所以 7 个 300 的电阻可以由共地端的一个电阻取代。3.4 计数模块在本课题中计数模块采用四位二进制/十进制可预置计数器CD4029实现。由于测温范围为099，所以预警设计温度为两位数。所以需要两片CD4029。这里可以采用一位开关控制进行099的计数，也可以采用两位开关分别控制一位十进制数进行09的计数。两相比较，第二种方案设定起温度来
14、更为方便、可靠，故采用第二种方案。CD4029引脚作用介绍：CD4029引脚图：图3.4.1计数模块电路图如下：图3.4.23.5 比较判断以及报警模块本课题设计中采用的比较判断芯片为7485。7495是四位比较芯片，通过级联可以构成8位比较芯片。在本次设计中就通过两片7485的级联，形成8位比较芯片，进行环境温度和设定温度的比较，从而判断是否报警。比较判断以及报警电路如下：图3.5.13.6 显示切换模块74157为4组2选1数据选择器，单片74157可以实现4位二进制的选择与输出。在本课题中则要求能够进行8位二进制的选择与输出，所以需要两片74157同时进行工作。74157部分的电路如下图
15、所示： 图3.6.1第四章 测试与调试4.1 数字显示电路的调试手动给予 CD4511 的四个输入管脚相应的高低电平，查验数码管显示是否正确。列表如下：符合 8421BCD 码的输入要求，显示模块可以正常使用，符合设计要求。4.2 ADC、AT28C64 与显示电路的连接调试检测 AT28C64 的 3、4、5、6、7、8、9、10 脚，记录它们的高低电平状态，同时记录数码管的显示数字。制成下表：发现 AT28C64 的输入与数码管显示输出相符，所以该部分模块与设计要求相符。4.3 NE555 频率发生调试将 NE555 的输出脚 3 号脚连接示波器的 CH1 通道，显示占空比 50%的方波信
16、号。经测量，方波频率为 95KHZ,符合设计要求。4.4 传感器与显示电路的调试检测 lm35 的输出脚的电压，检测经放大器放大后的信号电压，并观测数码管显示的温度示数，制表如下：理论 实测 误差Vout（mv）IN(mv) 显示（） Vout（mv）IN(mv) 显示（） 280 560 28 280 560 31 3符合电路设计要求，但误差较大。4.5 报警温度的设定与判断调试由 CD4029 进行计数，分别设定不同的温度，高于当前环境温或者低于，观测并记录发光二极管的亮灭情况。制成下表：设定 测量 报警25 31 是31 31 是38 31 否报警模块符合设计要求。第五章 设计总结5.1 设计完成情况指标基本达成，能够正常显示温度，能够设置比较温度，并能超温报警。当给 lm35 加热时，显示温度能够明显有改变。5.2 问题与改进（1）数码管过量，可串接电阻（2）电路不工作时，仔细检查，可能是器件也可能是短路、断路造成（3）调试尽量分模块调试，更精准5.3 心得体会本次课程设计大大的锻炼了自己本身的动手能力，同时对器件，对电路都有了一个更深层次的认识。丰富了一些电路设计的经验。
