Project2实验报告.doc

电子与信息工程学院 课程设计报告 （ 2013 — 2014 学年 第 一 学期） 课程名称： 课程设计2 班 级： 电子1102班 学 号： 1402110231 姓 名： 张虹杰 指导教师： 胡方强，包亚萍，李宝顺，陈增茂 2013 年 12 月 课程设计题目： 温度计的设计 目的与任务： 目的： 加深对电路分析、模拟电路、数字逻辑电路等相关课程理论知识的理解； 掌握电子系统设计的基本方法和一般规则； 熟练掌握电路仿真方法； 任务： 设计并制作一个数字温度计，温度传感器选用负温度系数的热敏电阻。 （1）基本要求 实验中，用所实现的数字温度计测量室温和杯内水的温度，并用给定的数字温度表做校验标准，调整和检验所设计的温度计的测量误差。要求测量的温度范围为20~50℃时，显示精度为0.1℃，测量误差不大于2℃。 热敏电阻的典型特性如表所示。 热敏电阻的典型特性 温度/℃ -18 -8 5 16 25 33 46 55 66 80 电阻/千欧 82 38 19.8 12.9 8.5 6.1 3.7 2.5 1.73 1.14 提高内容： 要求在20~50℃范围内测量误差不大于1℃，显示精度为0.1℃。 内容和要求： 1．在（I）的基础上改进系统，加入微处器，具体原理框图如下：（基本要求） 2．能够设置上下限温度范围和超限报警功能；（基本要求） 3．语音播报功能；（进阶要求） 4．其他特色和创新；（进阶要求） 设计内容 硬件系统框图 模块设计及参数计算 1.测温电桥及信号放大电路 上图是一个比较常用的温度测量电路，大致分为电源，电阻电桥，运放，输出部分。电源由R4，R6，C1，U1B组成，R4，R6为分压电路，C1主要滤除VCC中纹波，U1B为LM324运算放大器，工作于电压跟随器方式，其特点是具有高输入阻抗低输出阻抗，为后级电桥提供较稳定的电流。电桥由R1，R2，R3，R13及热敏电阻组成，通过调节R13使电桥平衡，当温度发生变化时，热敏电阻变化，电桥产生电压差。运放电路由R7，R8，R9，R10及U1A组成，调节R14可以调节输出电压幅值。D1主要用于防止输出负电压，保护后级A/D电路。 放大电路 最后经过放大部分，如上图，为微弱电压输出的放大电路。分析它是一个差分放大电路,其放大倍数为 ,那么放大后的电压值为 ,因为和温度T有一定的线性关系，A/D转换器的最大输入电压为5v,因此对应A/D输出的电压，与热敏电阻感知的外界温度具有一定的线性关系。 3.电桥输出电压控制 上图通过设置热敏电阻的100摄氏度的初始阻值，控制可调电阻的阻值，对应运放的输出电压控制在0V，此为温度的上限。对应A/D转换的最小值。然后通过测数据得到20到50摄氏度对应的具体电压值，画图测线得到温度对应电压关系的一次函数，为了得到更精确的值，通过三条精确地直线取代原来一条直线，得到三个区间的三个一次函数。使得误差控制在1摄氏度。并且保证精度保持在0.1摄氏度。 A/D变换电路模块 上图中的A/D转换芯片是TLC549，八位分辨率A/D转换器. 　　REF+：正基准电压输入 2.5V≤REF+≤Vcc+0.1。 　　REF－：负基准电压输入端，-0.1V≤REF-≤2.5V。且要求：（REF+）－（REF-）≥1V。 　　VCC：系统电源3V≤Vcc≤6V。 　　GND：接地端。 　　/CS：芯片选择输入端，要求输入高电平 VIN≥2V，输入低电平 VIN≤0.8V。 　　：转换结果数据串行输出端，与 TTL 电平兼容，输出时高位在前，低位在后。 　　：模拟信号输入端，0≤ANALOGIN≤Vcc，当 ANALOGIN≥REF+电压时，转换结果为全“1”(0FFH)，ANALOGIN≤REF-电压时，转换结果为全“0”(00H)。 　　：外接输入/输出时钟输入端，同于同步芯片的输入输出操作，无需与芯片内部系统时钟同步。 上图为设置热敏电阻显示的温度 上图为液晶显示器显示的实时温度。 误差 误差为。 设计总结 从刚开始对设计制作的一无所知到现在能完全设计出数字温度计，真的是感觉这个过程很重要，首先是放大电路，通过对之前模电中学过的放大电路的熟悉和重新学习，把电桥电路中变化的微弱电阻进行放大，得到能够测量的电压。然后是用到了这个学期学习的51单片机，通过之前做的几个单片机实验，已经对51有了较为深刻的了解，所以做的还算是得心应手，关键是通过液晶显示器的显