發(fā)布時間：2014-07-17所屬分類：計算機職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。它是指在顯示時段內(nèi)對組成字形的發(fā)光二極管保持恒定地的導(dǎo)通或截止。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是程序操作簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O 端口多，硬件電路的復(fù)雜性。CPU 送出字形碼后可以不再管理。 關(guān)鍵詞：數(shù)字溫度計, LM35 ICL7107,
摘要：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。它是指在顯示時段內(nèi)對組成字形的發(fā)光二極管保持恒定地的導(dǎo)通或截止。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是程序操作簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O 端口多，硬件電路的復(fù)雜性。CPU 送出字形碼后可以不再管理。
關(guān)鍵詞：數(shù)字溫度計, LM35 ICL7107,科技與生活
《科技與生活》雜志發(fā)行對象為國家機關(guān)、學(xué)術(shù)研究機構(gòu)、企事業(yè)單位的各級領(lǐng)導(dǎo)干部和職工，以及各高等院校的教育工作者等。具有很強的實用性、權(quán)威性，是教育界企業(yè)界一直信賴的優(yōu)秀期刊，所發(fā)表的論文可用于晉升、職稱評定、升學(xué)、就業(yè)、以及獎學(xué)金評定的主要依據(jù)。本刊熱忱歡迎廣大科技工作者不吝賜稿。
1 設(shè)計方案選擇
1.1 方案一
可以采用溫度傳感器DS18B20，在單片機溫度檢測應(yīng)用電路設(shè)計中，大多都是使用DS18B20 溫度傳感器，而且它可以直接讀取被測非電量溫度值，進行轉(zhuǎn)換，達到設(shè)計要求。數(shù)字溫度計由DS18B20 傳感器、時鐘振蕩電路、單片機、LED 顯示電路、單片機復(fù)位電路等電路組成。原理框圖如圖1 所示。
1.2 方案二
通過溫度傳感器LM35 采集到溫度信號，經(jīng)過整形電路送到A/D 轉(zhuǎn)換器，然后通過譯碼器驅(qū)動數(shù)碼管顯示溫度。
數(shù)字溫度計工作原理及設(shè)計
溫度是日常生活、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護、化工、石油等領(lǐng)域最常遇到的一個物理量。測量溫度的基本方法是使用溫度計直接讀取溫度。本次我們設(shè)計的數(shù)字顯示溫度計可以直接測量溫度，得到溫度的數(shù)字值，既簡單方便，又直觀準(zhǔn)確。
1.3 方案比較
以上兩種方案第一種方案電路設(shè)計上比較簡單對于溫度顯示計的設(shè)計上也可以添加例如溫度臨界點報警功能，但是使用單片機進行硬件電路焊接后，還必須軟件編程再進行調(diào)試。后續(xù)工作繁多。因此此設(shè)計選擇第二種方案。雖電路復(fù)雜點但通過找資料、電路設(shè)計、硬件電路焊接后就可以實現(xiàn)溫度測量。
2 系統(tǒng)設(shè)計總體思路及工作原理
2.1 系統(tǒng)設(shè)計總體思路
本設(shè)計模塊劃分為溫度采集電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路、譯碼驅(qū)動電路、溫度顯示電路構(gòu)成。ICL7107 芯片是由A/D 轉(zhuǎn)換和譯碼器兩部分構(gòu)成，可以直接驅(qū)動數(shù)碼管，省去了譯碼器的接線，在硬件電路焊接上，ICL7107 只需要少量外部元件就可以精確測量0 到200mv電壓，LM35 溫度采集傳感器本身輸出轉(zhuǎn)換電壓與輸入非電量溫度之間成線性關(guān)系。所以該電路核心是用ICL7107 驅(qū)動數(shù)碼管實現(xiàn)信號的顯示。
2.2 數(shù)字溫度計工作原理
LM35 溫度傳感器先將感受到外界的非電
3.1 LM35集成溫度傳感器
LM35 屬于NS 公司生產(chǎn)的集成電路溫度傳感器系列產(chǎn)品，它的特點是工作精度高和線性工作范圍較寬。該器件輸出電壓與攝氏溫度線性成比例。這個特點符合我們?nèi)粘囟茸x書的習(xí)慣。對其精度的驗證是用電烙鐵直接靠近LM35 溫度傳感器給其加熱，很快顯示數(shù)數(shù)值來。方便實驗數(shù)據(jù)測量。從使用者的習(xí)慣及方便性來說， LM35 與用開爾文標(biāo)準(zhǔn)的線性溫度傳感器相比更優(yōu)越一些，此外，LM35 無需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，可以提供±1/4℃的常用的室溫精度，方便實用。LM35 集成溫度傳感器如
圖3 所示。
3.1.1 引腳介紹
(1)1 引腳：電源正極V+;
(2)2 引腳：輸出V ;
(3)3 引腳：輸出地/ 電源地GND。
3.1.2 LM35的主要參數(shù)
如表1 所示。
3.1.3 LM35 的工作原理
LM35 輸出電壓與攝氏溫標(biāo)呈線性關(guān)系，
轉(zhuǎn)換公式如下：
溫度為0 時輸出為0V，每升高1℃，輸出電壓增加10mV。在靜止溫度中自熱效應(yīng)低(0.08℃ )，單電源模式在25℃下靜止電流約50μA，工作電壓較寬，可在4—20V 的供電電壓范圍內(nèi)正常工作非常省電。
3.2 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(ICL7107芯片)
ICL7107 是一塊應(yīng)用非常廣泛的高性能、低功耗集成電路。它包含三位半A/D 轉(zhuǎn)換器，七段譯碼器，顯示驅(qū)動器外，還設(shè)有參考電壓、獨立模擬開關(guān)、邏輯控制、時鐘系統(tǒng)、自動調(diào)零功能等。因此ICL7107 是一款高精度、通用性和低成本結(jié)合很好的集成電路。
3.2.1 ICL7107 的基本特點
(1)ICL7107 是三位半位雙積分型A/D 轉(zhuǎn)換器， 屬于CMOS 大規(guī)模集成電路，它的最大顯示值為士1999， 最小分辨率為100uV，轉(zhuǎn)換精度為0.05 士1 個字。
(2)不需要另加驅(qū)動器件，可直接驅(qū)動共陽極LED 數(shù)碼管。
(3)芯片內(nèi)部基準(zhǔn)電源穩(wěn)定性很高，通過電阻分壓器可得基準(zhǔn)電壓。
(4)通過模擬開關(guān)實現(xiàn)自動調(diào)零和自動極性顯示功能。
(5)對輸入信號無衰減作用，輸入阻抗高。
(6)可靠性良好，壽命長，噪音低，溫漂小。
(7) 低功耗。芯片本身功耗小于15mw。
(8)使用時可將LED 共陽極數(shù)數(shù)碼管公共陽極接V+。
(9)方便功能檢查。
(10)整機組裝方便，無需外加有源器件，配上電阻、電容和LED 共陽極數(shù)碼管，就能構(gòu)成一只直流數(shù)字電壓表頭。
3.2.2 ICL7107A/D 轉(zhuǎn)換器的管腳排列
如圖4 所示。
3.2.3 ICL7107A/D 轉(zhuǎn)換器的管腳功能
如表2 所示。
3.2.4 ICL7107 的工作原理
ICL7107 為 A/D 轉(zhuǎn)換和譯碼器為一體的芯片，是一種間接A/D 轉(zhuǎn)換器。它通過對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時間間隔，然后利用脈沖時間間隔，進而得出相應(yīng)的數(shù)字性輸出。它不需要的譯碼器直接驅(qū)動三個數(shù)碼管工作。
3.3 LED數(shù)碼管
LED 數(shù)碼管(LED Segment Displays)由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。數(shù)碼管實際上是由七個發(fā)光管組成8 字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點就是8 個。這些段分別由字母a，b，c，d，e，f，g，dp 來表示。如圖5 所示為LED 引腳定義圖。
3.3.1 靜態(tài)顯示
靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。它是指在顯示時段內(nèi)對組成字形的發(fā)光二極管保持恒定地的導(dǎo)通或截止。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是程序操作簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O 端口多，硬件電路的復(fù)雜性。CPU 送出字形碼后可以不再管理。
3.3.2 動態(tài)顯示
LED 數(shù)碼管動態(tài)顯示是單片機應(yīng)用最廣泛一種顯示方式，動態(tài)顯示是指在顯示時段內(nèi)對組成字形的發(fā)光二極管實行間斷或輪流(多字符顯示)點亮。動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O 端口，而且最大限度地降低顯示功耗。但是占用了CPU 的執(zhí)行程序時間。
4 溫度檢測電路的制作與調(diào)試
溫度檢測電路制作：按照圖6 溫度檢測電路原理框圖對相關(guān)元件進行焊接，其中注意芯片各管腳的作用以及該如何進行接線。調(diào)試包括調(diào)整和測試兩部分.
調(diào)整：主要對電路參數(shù)的調(diào)整測試：主要是對電路各項技術(shù)指標(biāo)和功能進行測量和試驗。
調(diào)試過程及步驟：
(1)接通電源;
(2)先靜態(tài)后動態(tài)調(diào)試;
(3)對復(fù)雜電路進行分級調(diào)試，然后聯(lián)調(diào);
(4)調(diào)試完成對照參數(shù)指標(biāo)相符性;
(5)記錄整個調(diào)試過程及步驟;
(6)調(diào)整完成后通電進行考機試驗，檢
表1：LM35 的主要參數(shù)
序列參數(shù)名稱說明
1 工作電壓直流4 ～ 30V;
2 工作電流小于133μA;
3 輸出電壓+6V ～ -1.0V;
4 輸出阻抗1mA 負載時0.1Ω;
5 精度0.5℃精度(在+25℃時);
6 泄漏電流小于60μA;
7 比例因數(shù)線性+10.0mV/℃;
8 非線性值±1/4℃;
9 校準(zhǔn)方式直接用攝氏溫度校準(zhǔn);
10 封裝密封TO-46 晶體管封裝或塑料TO-92 晶體管封裝;
11 使用溫度范圍使用溫度范圍：-55 ～ +150℃額定范圍。
表2：ICL7107A/D 轉(zhuǎn)換器的管腳功能
引腳號引腳符號功能說明
1 腳、26 腳V+、V— 電源正極、電源負極
2~8 腳D1/C1/B1/A1/F1/G1/E1 個位7 段碼輸出
9~14、25 腳D2/C2/B2/A2/F2/E2 /G2 十位7 段碼輸出
15~18、22~24 腳D3/B3/F3/E3/G3/A3/C3 百位7 段碼輸出
19 腳AB4 千位，千位只顯示1
20 腳POL 極性顯示
21 腳BP/GND 模擬信號公共端
27 腳INT 積分器外接積分電容輸入端
28 腳BUFF 緩沖器輸出端，外接積分電阻
29 腳A-Z 外接自動調(diào)零電容
30 腳IN LO 模擬信號負極輸入
31 腳IN HI 模擬信號正極輸入
32 腳COM 模擬信號公共端
33、34 腳外接基準(zhǔn)電容C -、C +
35、36 腳REF LO、 REF HI 基準(zhǔn)電壓的負極、正極輸入端
37 腳TEST 邏輯電路公共地
40~38 腳OSC1~OSC3 時鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器。測性能的穩(wěn)定性。
5 結(jié)束語
在這次設(shè)計當(dāng)中，初步了解了A/D 轉(zhuǎn)換器的工作原理以及數(shù)碼管的連接方法。在這個設(shè)計中，信號采集電路比較重要，要對電路中各個元件數(shù)值進行精確的計算，防止電路輸出變化太大，對測量不利。
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