制作数显温度计
数显温度计设计方案
数显温度计设计方案数显温度计是一种利用热敏电阻或热电偶等传感器来测量温度的仪器，通过将温度转化为电信号，再经过电路处理生成数值，并将其以数字的形式显示出来。
设计方案的硬件部分包括：传感器、模拟信号处理电路、数字信号处理电路、数码显示电路和电源电路。
1. 传感器：选择热敏电阻或热电偶作为温度传感器。
热敏电阻是一种温度传感材料，其电阻值随温度变化而变化。
热电偶是一种通过两种不同金属之间的热电效应来测量温度的传感器。
2. 模拟信号处理电路：将传感器输出的温度电信号进行放大、滤波和线性化处理。
放大电路可以选择运算放大器等器件进行放大处理。
滤波电路可以采用RC滤波器来去除杂散噪声。
线性化电路可以通过对传感器输出特性进行校准来实现温度信号的线性化。
3. 数字信号处理电路：将模拟信号转换为数字信号，并进行AD转换。
使用微控制器或FPGA等数字电路芯片，通过串行或并行接口将模拟信号转换为数字信号，并进行数据处理和存储。
4. 数码显示电路：使用数码管或LCD等显示器件来显示测量到的温度数值。
通过控制数码管的驱动电路，将数字信号转化为可视化的数字显示结果。
5. 电源电路：为整个温度计提供工作电源。
可以通过直流电源或电池来为电路供电。
在设计过程中还需注意以下几点：1. 传感器的选择要考虑到测量范围、精度和响应时间等因素。
2. 模拟信号处理电路应能对传感器输出的小信号进行放大、滤波和线性化。
3. 数字信号处理电路应具备足够的计算能力和存储容量，以便进行温度数据的处理和存储。
4. 数码显示电路应能将数字信号转换为直观可见的温度数值，并保证显示的准确性和稳定性。
5. 电源电路应具备稳定的电源输出，以确保温度计的正常工作。
综上所述，数显温度计的设计方案主要包括传感器选择、模拟信号处理电路设计、数字信号处理电路设计、数码显示电路设计和电源电路设计等方面。
在设计过程中需要考虑传感器的选择、信号处理的精度和稳定性、显示的直观性和可靠性等因素，以确保温度计的准确测量和可靠工作。
数字显示温度计的PCB设计制作过程
1 引言随着科学技术的发展与工业技术的迅猛提升，在日常生活生产中我们时常需要准确测量与控制环境温度与设备温度。
因此，研究温度的测量与控制就显的很重要了。
我们要从外界感应温度，关键是温度传感器，在这里用LM35完成，获取了外界的温度值之后，需要一定的显示装置加以显示。
当前流行的方法是通过A/D转换器将模拟量转化为数字量，在这里用ICL7107完成。
再通过LED或LCD显示出来。
下面介绍的温度计是以双共阳数码管（LED）显示的。
2 绘制数显温度计电路图及PCB设计方法，需要注意的问题我们要想成功的设计一个温度计的PCB图，大致要经过以下步骤：首先学会绘制温度计的原理图。
绘制原理图时要知道需要那些元件，库中没有的或很难找到的元器件，第一小步，我们必须要建立一个元件库（Sch.Lib）以满足设计需要，在制作元件时我们应该把多个元件放在一个库中以方便调用，必要时还要在库文件中对元器件进行说明可以在Browse Schlib中的Components中选中元件，再在Description中进行相应的描述（Description、Footprint、default Designator、Sheet part Filename）。
在制作元件时我们必须注意一些小问题，例如：在制作TL431元件符号时引脚没有放置在栅格上，调到原理图时不能正常连接导线，在引脚上不能生存节点。
此时我们可以在制作窗口中单击鼠标右键选中Doument options,在弹出的library Editor Workespace对话框中对Gird选项中的Snap、Visibie进行设置。
在制作元件时也要讲究技巧例如：借助已有的元件库中的类似元件，将其拷贝到自己制作库中稍作修改。
在制作集成芯片Icl7107、Icl7660、S-DSP，必须注意每个引脚的属性，须认真逐个的设置，以免在原理图中出现错误连接导致在调试时将芯片烧坏。
第二小步，将要用到的元件调到原理图中进行连接，在连接的过程中要注意总线的连接，总线只是示意性电气连接，而真正表示连接是网络标号。
基础课程设计-数显温度计设计与制作
基础课程设计-数显温度计设计与制作2020-12-12【关键字】方案、情况、设想、思路、方法、条件、空间、模式、行动、监测、运行、传统、问题、系统、有效、继续、充分、整体、现代、合理、快速、保持、发展、发现、掌握、规律、特点、关键、稳定、思想、基础、需要、环境、工程、体系、能力、方式、作用、标准、结构、水平、任务、反映、速度、关系、设置、检验、分析、简化、借鉴、调节、逐步、形成、拓展、丰富、规划、保证、确保、指导、强化、帮助、教育、解决、调整、完善、方向、扩大、实现、提高、核心、智能化设计课题：数显温度计设计与制作专业班级：09级电子信息工程2班设计时间： 2011年10月10日—12月28日目录一、结构设计方案选择 (3)方案一：汽车尾灯电设计与制作……………………………………….．．3方案二：数显温度计设计与制作 (5)方案比较与选择.............................................................................................. (6)二、摘要 (7)三、设计任务与要求 (8)四、单元电路设计、参数计算及元器件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9温度采样电路部分 (9)A/D转换的设计部分 (10)数码管的驱动部分 (11)五、总原理图及元器件清单 (11)六、安装与调试 (13)温度的采样电路部分 (13)A/D部分 (13)数字电压表的设计部分 (14)数码管的驱动部分................................................................................. (14)七、性能测试 (14)八、主要参考文献 (15)九、实验总结及拓展分析 (15)十、心得与体会 (16)一、制作设计方案选择方案一：汽车尾灯的设计与制作一、设计任务与制作假设汽车尾部左右两侧各有4个指示灯(用发光二极管模拟)有四种显示模式如下：1.汽车正常运行时指示灯全灭;2.右转弯时，右侧4个指示灯按右循环顺序点亮，每灯只亮0.5秒；3.左转弯时,左侧4个指示灯按左循环顺序点亮，每灯只亮0.5秒；4.临时刹车时左右两侧所有指示灯同时闪烁。
数显温度计的设计
设计性实验五数显温度计的设计摘要：数显温度计可以准确的判断和测量温度,以数字显示，而非指针或水银显示。
故称数字温度计或数字温度表。
此电路是用AT89C52单片机器件，并利用DS18B20温度传感器和4位共阳极LED数码管动态扫描来完成温度显示。
本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。
一．引言随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。
本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，此电路是用AT89C52单片机器件，并利用DS18B20温度传感器和4位共阳极LED数码管动态扫描来完成温度显示。
电路特点有体积小,灵敏度和精度高,很适应很多对精度要求较高的场合,完成对设备及场地的温度控制,能有效的提高工作人员对环境的变化的反应速度。
数显温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器（如铂电阻，热电偶，半导体，热敏电阻等），将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化，温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系，一定的曲线关系等，这个电信号可以使用模数转换的电路即AD转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给处理单元，如单片机或者PC机等，处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来，成为可以显示出来的温度数值，如25.0摄氏度，然后通过显示单元，如LED,LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。
这样就完成了数字温度计的基本测温功能。
二．设计目的系统地运用已学的理论知识解决实际问题的能力和查阅资料的能力。
《数显温度计设计与制作》项目教学设计
和 作 品评 价 ， 对 项 目实 施 进 行 总结 反 思 。 并
１下达 项 目工 作任 务 书 ．
二 、 目分 析 项
数 显 温 度 计 教 学 项 目是 以 学 生 完 成 一 个 单 片 机 控 制 的数 字 显示 温 度 计 的 设 计 和 制 作 为 目标 的 教 学 过 程 。 在 教 学 实 施 过程 巾 ． 生 在 老 师 的 指 导 下 分 工 合 作 完 成 学 单 片机 控 制 的 数 显 温 度 计 电路 的设 计 与 制 作 。
定 项 目实 施 计 划 ， 等 。 等
２制 订 项 目 实 施 计 划 书 ．
学 生 在 明确 了 ｌ 任 务 后 ， 生 可 以按 照 小 组 分 工 Ｔ作 学 查 找 相 关 资 料 ， 括 图 书 馆 、 店 、 络 资 源 等 ， 后 据 项 目的 目标 和 任 务 ， 行 研 讨 ， 根 进 制
数 显 温 度 计 设 计 与 制 作 项 目是 以 单 片 机 为 核 心 器
件 ， 用 软 硬 件 相 结 合 的 方 法 来 实 现 对 实 时 温 度 的数 字 采 化 显 示 。数 显 温 度 计 电 路 的 种 类 非 常 多 ， 可 以 用 专 用 既 集 成 电 路 实 现 ， 可 以用 通 用 数 字 电 路 实 现 ， 能 用 单 又 还
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主持人 ： 向东 陶
《 数显温度计设计与制作》 目教学设计 项
■ 吴 建 宁
一
、
项 目介 绍
数字 电子技术 、 Ｃ语 言 程 序 设 计 基 础 、Ｒ Ｔ Ｌ等 课 程 ． ＰＯＥ
一款高精度数显温度计的设计与制作
二、 电路 调试
电路安装 完毕后 ， 测量 Ｉ３基准 电压 Ｃ
Ｂ Ｄ码 表 示 的 百 位 数值 ， 次 类推 ， 环 Ｃ 依 循
要 进行 数 码 显 示 ， 需 将 此 信 号 转换 扫 描 。 Ｑ 还 ０～Ｑ３上 输 出 Ｂ Ｄ 码 数 值 经 源输 出应 为 ２５ Ｃ ．Ｖ：调 整 Ｒ ３使 Ｉ４的 ２ Ｐ Ｃ 成 数字信号。本 电路采 用是 由 ＭＣ ４ ３ ４ １ １４ ３ ５ １译码 后 送 至 Ｌ Ｄ 数 码 管 ，并 在 ＤＳ 脚 电压为 １９ ９ Ｅ ．９ Ｖ：将开关拨至校正位置 ， （ 图 ４ 所 示 ） 为 核 心 的 转 换 电 路 ， 信号 的控 制下 轮 流 扫 描 点 亮 。由于 考 虑 到 调 整 Ｒ ２使 Ｉ４ 的 ３脚 电压 由 ０～０９ Ｖ 如 Ｐ Ｃ ．９
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图３ 信号调理 电路
图 ５ Ｔ ４ １引脚及 内部结构 图 Ｌ３
项目7：制作一个数字温湿度显示计
项目七制作一个数字温湿度显示计一、项目应用温湿度监测传感器在人们的实际生活中使用非常广泛，比较熟知的有室内温湿度计，温室大棚里用于温湿度测量仪等。
图7-1 温湿度显示计二、项目认知1. LM35DZ温度传感器1）LM35DZ温度传感器的认知本项目使用了NS公司生产的LM35DZ温度传感器，它有三个引脚，分别是接电源正极的+VS，模拟信号输出引脚Vout和接电源负极的GND，被广泛应用于工业场合及日常生活中。
图7-2 LM35DZ温度传感器的实物图该传感器的测量范围是0℃～99℃，其中0℃对应输出的电压是0V，99℃对应的输出电压是0.99V。
温度每增加1℃，对应的输出电压将增加10mV，温度的变化与输出电压大致呈线性关系。
由于温度传感器LM35DZ输出的电压范围为0～0.99 V，虽然该电压范围在A／D转换器的输入允许电压范围内，但该电压信号较弱，如果不进行放大直接进行A／D转换则会导致转换成的数字量太小、精度低。
在本项目中用了一个由LM393芯片构成的同相比例运算放大器对温度传感器的输出信号做了幅度放大，放大倍数为3倍，放大后的输出电压范围是0～2.97 V，对应温度传感器测量范围仍是0℃～99℃。
2）LM35DZ温度传感器的检测外观检测：标识清晰、完整，引脚完好无损坏。
2.HS1101湿度传感器1） HS1101湿度传感器的认知湿度传感器一般被分为电阻式和电容式两种，本项目使用的是HS1101，它是法国Humirel公司生产的电容式湿度传感器，由两个引脚组成，无正负极之分。
在实际使用中，常被等同于一个可变式电容器件，即电容量会随着所测空气湿度的增加而增大，并且相对湿度的变化和电容值呈线性规律，在相对湿度0%～100%RH范围内，对应电容量的变化范围是162pF～200p，而且测量误差不大于±2%RH，测量时的响应时间不大于5s。
由于测量精度相对较高，被广泛应用于工业场合及日常生活中。
数显温度计的设计与制作
数显温度计的设计与制作设计任务设计并制作一台以5V 电源供电（可取自于USB 插口或手机充电器），具有摄氏度和华氏温度显示功能的数字温度计，量程-20℃~+100℃（或-20℉~+100℉），分辨率0.1℃（或0.1℉）。
其原理框图参考图3.1，工作过程如下：半导体温度传感器LM335输出正比于开氏温度的电压值U 1（10mV/K ），将电压U 1减去2730mV 后，得到正比于摄氏温度的电压U 2（10mV/℃），再经过U 3= 1.8U 2+320mV 的运算后，得到正比于华氏温度的电压U 3（10mV/℉）。
开关选择U 2或U 3送入2V 数字表头，它具有1mV 分辨率，即温度分辨率为0.1℃或0.1℉。
最后将数字表头的小数点固定于十位，显示值即为温度值。
如果没有2V 表头，也可以将输出电压值10:1分压后，送入普通数字万用表的200.0mV 档，亦可完成温度值的显示。
本实验中的运放要求使用一片LM324四运放，即最多使用4个运放完成全部电路设计。
为了使用方便，本设计要求采用单5V 供电，运放所需的-5V 电压利用电荷泵芯片（ICL7660）来提供。
考虑到5V 电源电压可能不稳定，参与运算所需的2730mV 、320mV 等固定电压由2.5V 基准源芯片（TL431）分压或放大得到。
开氏->摄氏-2730mV LM335温度传感器摄氏->华氏x1.8+320mV TL4312.5V 基准+5V/-5V变换电路摄氏度华氏度至各运放Vee 2V 数字表头（或数字万用表）U 1=10mV/K U 2=10mV/˚C U 3=10mV/˚F图1 数字温度计原理框图注意事项（1）电源可采用USB 供电，也可以使用4.5V 或6V 电池盒。
（2）注意所有的芯片电源端对地应加上0.1uF 退偶电容，电源入口处应加至少10uF 退偶电容。
（3）注意元件误差、运放失调、基准源偏差等都会带来误差，电路设计中要适当留有电位器以便调整零点偏移。
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用AD590和ICL7107制作数显温度计
一制作准备：
1、了解7107芯片基本特点。
①ICL7107是31/2位双积分型A/D转换器，属于CMoS大规模集成电路，它的最大显示值为士1999，最小分辨率为100uV，转换精度为0.05士1 个字。
②能直接驱动共阳极LED数码管，不需要另加驱动器件，使整机线路简化，采用士5V两组电源供电，并将第21脚的GND接第30脚的IN 。
③在芯片内部从V+与COM之间有一个稳定性很高的2.8V基准电源，通过电阻分压器可获得所需的基准电压V REF。
④能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动极性显示功能。
⑤输入阻抗高，对输入信号无衰减作用。
⑥整机组装方便，无需外加有源器件，配上电阻、电容和LED共阳极数码管，就能构成一只直流数字电压表头。
⑦噪音低，温漂小，具有良好的可靠性，寿命长。
⑧芯片本身功耗小于15mw（不包括LED）。
⑨不设有一专门的小数点驱动信号。
使用时可将LED共阳极数数码管公共阳极接V+.
⑩可以方便的进行功能检查。
图1 ICL7107的引脚图及典型电路。
ICL7107引脚功能
V＋和V-分别为电源的正极和负极，
au-gu,aT-gT,aH-gH：分别为个位、十位、百位笔画的驱动信号，依次接个位、十位、百位LED显示器的相应笔画电极。
Bck：千位笔画驱动信号。
接千位LEO显示器的相应的笔画电极。
PM：液晶显示器背面公共电极的驱动端，简称背电极。
Oscl-OSc3 ：时钟振荡器的引出端，外接阻容或石英晶体组成的振荡器。
第38脚至第40脚电容量的选择是根据下列公式来决定：
Fosl = 0.45/RC
COM ：模拟信号公共端，简称“模拟地”，使用时一般与输入信号的负端以及基准电压的负极相连。
TEST ：测试端，该端经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地，故也称“逻辑地”或“数字地”。
VREF＋VREF- ：基准电压正负端。
CREF：外接基准电容端。
INT：27是一个积分电容器，必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件IN＋和IN- ：模拟量输入端，分别接输入信号的正端和负端。
AZ：积分器和比较器的反向输入端，接自动调零电容CAz 。
如果应用在200mV满刻度的场合是使用0.47μF，而2V满刻度是0.047μF。
BUF：缓冲放大器输出端，接积分电阻Rint。
其输出级的无功电流( idling current )是100μA，而缓冲器与积分器能够供给20μA的驱动电流，从此脚接一个Rint至积分电容器，其值在满刻度200mV时选用47K，而2V满刻度则使用470K。
2、了解AD590的特点。
AD590传感器的输出电流与环境绝对温度成正比.测温误差小,动态阻抗高,响应速度快,传输距离远,体积小,微功耗等特点.其外形图及符号如下图所示.共有三个管脚:1脚为正极,2脚为负极,3脚接管壳,使用时将3脚接地可以起到屏蔽作用.
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3、准备相关的材料
次级线圈能输出双电源的变压器，次级线圈输出为12V(也可为9V) 1个
AD590 1个
ICL7107 1个
7805,7905 各1个
1403 1个
电源线1条
整流二极管(IN4007) 4个
470uF带极性电容(耐压的多少是根据变压器来选择的可选用耐压16V,25V) 4个
01.uF电容5个
100pF 1个
0.22uF 1个
0.01uF 1个
0.47uF 1个
电阻:
1K 2个
100Ω（精密可调滑动电阻器）2个
220Ω1个
9.1K 1个
6.2K 1个
47K 1个
100K 1个
200Ω（滑变，电路图中未显示，串联到Rp1和Rp2下方增大可调范围）2个
350Ω（滑变，电路图中未显示，用于数码管的限流）1个
数码管（共阳极）5个
40脚底座，8脚底座各1个
细导线若干
二电路图如下所示：
电路原理简介：电路可分为两部分，左边的是电源的部分，右边的是模数转换部分，模数转
换部分用7107以及7107芯片所需的外搭元器件和数码管实现模拟量到数字量的转换，转换的模拟量就是AD590的2脚输出电压，约为（273mV+当时的室温）mV，再从31脚引入到芯片7107内部，然后通过调节Rp1的电阻来改变7107的30脚电压调节到273mV，然后在芯片内部实现了相减，再把30脚和31脚的压差，通过数码管显示出来。
36脚是调节7107的量程的。
注意事项：
1：变压器的中间抽头应接地，可接在第一组470uF的电容连接处。
2：7805有三个管脚，1脚接输入，2脚接地，3脚输出。
3：7905有三个管脚，1脚接地，2脚输入，3脚输出。
4：MC1403为低压基准芯片。
有8个管脚，1脚接电源，2脚接输出，3脚接地。
其余各管脚空置。
5：本文的电路图中ICL7107的36脚接可调电阻Rp2的可调端，图中用网络标号已经标出。
ICl7107的26脚接-5V电源，图中也用网络标号已经标出。
6：在实际调试时可能36脚和30脚的对地电压调节不到100mV和273mV，可在Rp1和Rp2下面串联200Ω的电阻（也可为200Ω的滑变）即可加大Rp1和Rp2的调节范围。
7：数码管的接法如下图。
本文中用的是共阳极数码管，3脚和8脚接电源正极，其余的各管脚对应的接到ICL7107的相应管脚，可将最末尾的数码管倒接相应的段位显示摄氏温度的符号℃。
上述的电路图中的ICL7107接数码管的管脚已经标明。
数码管的3或8脚接电源时应串上1个可调的350Ω的电阻，来避免流过的电流过大烧坏数码管，同时也可以通过可调的电阻来调节数码管的亮度。
接小数点时可将DP端接地即可。
三焊接好后的调试：
首先检查正负5V电源是否供电正常，芯片1403的2脚电压是否为2.5V。
排除焊接、漏接线漏接地等常见错误。
然后用万用表测量AD590“2脚”输出电压正常情况下AD590的2脚输出电压为（273+当时温度）mV。
然后调节7107的36脚对地电压为100mV，再Rp1，使7107的30脚对地电压为273mV。
这时显示的温度就为实时摄氏温度。
可让7107的30脚接地，显示的为绝对温度。
正常时AD590的2脚对地电压约为（273mV+当时的室温）mV。
7107的30脚和31脚的电压差为当时的室温。
四焊好后的实物图如下所示：
如图数码管所示的温度即为当时的室温23.3℃，其中数码管的十位g 段没有亮是因为在首次通电时，数码管的3或8脚没有串联限流电阻，致使十位的g 段烧坏，因此，读者要特别注意。
实物图可能与上文所述的原理图有些出入，这是因为在焊好调试时所添加的，在后续的调试时并没有对所添加的元器件进行连线焊接，也没有拆除，所以对电路没有任何影响，读者不必疑惑，按照上述的原理图以及注意事项焊接、调试，即可制作成功。
这个图片显示的是-0.7℃,从图片上可以看出来是用冰棍来覆盖在传感器AD590上面，来检测能否显示零下温度。
检测结果说明可以显示零下温度。
参考文献：
电路图参考传感器技术与应用贾海瀛编著清华大学出版社，2011.10 （温度测量一
节）。