华德学院
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2023年2月13日发(作者：)哈尔滨华德学院课程设计用纸
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第１章绪论
1.1引言
温度检测在自动控制系统电路设计中的使用是相当广泛的，
系统往往需要针对控制系统内部以及外部环境的温度进行检测，
并根据温度条件的变化进行必要的处理，如：补偿某些参数、实
现某种控制和处理、进行超温告警等。因此，对所监控环境温度
进行精确检测是非常必要的，尤其是一些对温度检测精度要求很
高的控制系统更是如此。良好的设计可以准确的提取系统的真实
温度，为系统的其他控制提供参考；而相对不完善的电路设计将
给系统留下极大的安全隐患，对系统的正常工作产生非常不利的
影响。本文结合实践经验给出两种在实际应用中验证过的设计方
案。
1.2设计要求
1.确定设计方案画出电路图
2.完成所要求的参数计算
3.对电路进行焊接与组装
4.对电路进行调试
5.写出使用说明书
1.2.1设计题目和设计指标
设计题目：温度检测电路
技术指标：1.量程：0-30摄氏度
2.两位数码管显示
1.2.2设计功能
1.温度检测
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2.信号调理
3.数码显示
1.2.3硬件设计
1.传感器可选择LM35（因为热敏电阻的精度不高）。
2.模数转换，译码可选择集成芯片ICL7107芯片。
3.显示电路可以选择数码管三位显示室温。
1.3需要做的工作
1.器件选型
2.原理图绘制
3.各个流程设计
4.仿真之后做出实物
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第２章电路的方框图
2.1数字温度计电路原理系统方框图
数字温度计电路原理系统方框图，如图1-1所示。
图1-1电路原理方框图
2.2方框图工作流程介绍
通过温度传感器采集到温度信号，经过放大电路送到A/D
转换器，然后通过译码器驱动数码管显示温度。在温度采集过程
中我们选择多种传感器进行比较，但我们最终选择LM35温度传
感器，因为它校准方式简单，使用温度范围适中。在A/D转换和
译码的过程中，我们选择了ICL7107芯片，因为他集模数转换与
译码器于一体，使得外围电路简单，易于焊接，而且抗干扰能力
强。
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第3章单元电路设计和器件的选择
3.1温度采集电路的设计
3.1.1工作原理
传感器电路采用核心部件是LM35AH，供电电压为直流15V
时，工作电流为120mA，功耗极低，在全温度范围工作时，电流
变化很小。LM35AH具有很高的工作精度和较宽的线性工作范
围，该器件输出电压与摄氏温度线性成比例，0℃时输出为0V，
每升高1℃，输出电压增加10mV。因而，从使用角度来说，LM35
与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处，LM35无
需外部校准或微调，可以提供±1/4℃的常用的室温精度。
LM35具有以下特点：
（1）工作电压：直流4～30V；
（2）工作电流：小于133μA
（3）输出电压：+6V～-1.0V
（4）输出阻抗：1mA负载时0.1Ω；
（5）精度：0.5℃精度（在+25℃时）；
（6）漏泄电流：小于60μA；
（7）比例因数：线性+10.0mV/℃；
（8）非线性值：±1/4℃；
（9）校准方式：直接用摄氏温度校准；
（10）封装：密封TO-46晶体管封装或塑料TO-92晶体管封装；
（11）使用温度范围：-55～+150℃额定范围。
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Op－07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的单运算放大器集成
电路。由于OP-07具有非常低的输入失调电压，所以OP-07在很
多应用场合不需要额外的调零措施。OP-07同时具有输入偏置电
流低（OP-07A为±2nA）和开环增益高（对于OP-07A为300V/mV）
的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP-07特别适用于
高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。
温度采集电路如图3-1所示。
图3-1温度采集电路
3.1.2内部电路框图及引脚功能
LM35引脚功能如图3-2。
图3-2LM35引脚功能图
OP-07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡(调零端)，2为
反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚6为输出，7接电
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源+。它的引脚图如图3-3所示
图3-3OP-07引脚图
3.2A/D转换以及数码管驱动电路的设计
3.2.1工作原理
ICL7107是高性能、低功耗的三位半A/D转换器，同时包含
有七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统。ICL7107可直
接驱动共阳极LED数码管。ICL7107将高精度、通用性和真正的
低成本很好的结合在一起，它有低于10uV的自动校零功能，零
漂小于1uV/℃，低于10pA的输入电流，极性转换误差小于一个
字。真正的差动输入和差动参考源在各种系统中都很有用。在用
于测量负载单元、压力规管和其它桥式传感器时会有更突出的特
点。ICL7107转化器原理图如图3-4所示。
图3-4ICL7107转化原理图
18
27
36
45
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3.2.2内部电路框图及芯片各引脚功能
ICL7107AD转换器的管脚排列及其各管脚功能如图3-5所示。
图3-5ICL7107管脚排列
3.3温度显示电路的设计
数码管可以分为共阳极与共阴极两种，在本次设计当中，由
于ICL7107的特点，它只能驱动共阳极数码管，故我们要选用共
阳极七段数码管，在连接数码管时，我们要注意数码管各个管脚，
而且在管脚之前要接上电阻，以免烧坏芯片和数码管。
如图3-6共阳极数码管内部结构。
1V+OSC140
2D1OSC239
3C1OSC338
4B1TEST37
5A1REFHI36
6F1REFLO35
7G1CREF+34
8E1CREF33
9D2COMMON32
10C2ICL7107INHI31
11B2INLO30
12A2A-Z29
13F2BUFF28
14E2INT27
15D3V-26
16B3G225
17F3C324
18E3A323
19AB4G322
20POLGND21
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图3-6共阳极数码管内部结构
a
G
b
c
d
e
f
g
SP
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第4章整机电路的工作原理介绍
通过温度传感器LM35采集到温度信号，经过放大电路送到
A/D转换器，然后通过译码器驱动数码管显示温度。ICL7107集
A/D转换和译码器于一体，可以直接驱动数码管，省去了译码器
的接线，使电路精简了不少，而且成本也不是很高。ICL7107只
需要很少的外部元件就可以精确测量0到200mv电压，LM35本
身就可以将温度线性转换成电压输出。综上所述，采用LM35采
集信号，用ICL7107驱动数码管实现信号的显示。
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第5章电路的组装调试
5.1合理布局
在制作电路的过程中，信号线能完成各种功能，如信号输入、
反馈、输出以及提供基准信号等。因此，对于不同的应用，信号
线都必须以各种方式进行优化。但是，有一个公认的准则就是在
所有模拟电路中，信号线应尽可能的短，这是因为信号线越长，
电路中的感应和电容耦合就越多，这是不希望看到的。所以在此
电路的布线时采用直线最短的距离，以减少产生的干扰和损耗。
此电路有数字部分和模拟部分，对数字电路部分的布局以模拟部
分为例尽量以最短的距离进行连接。对不可避免要交叉的地方采
用跳线的方式连接。电路以方框的布局连接，先是温度采集传感
器紧接着是反向比例放大器和A/D转换、数码管驱动。对数码管
显示部分采用直立式的焊接方式，这样的焊接方式虽然麻烦，但
容易观察测量结果。
5.2电路的调试与所用工具
5.2.1电路的调试
在电路焊接完ICL7107、数码管及外围电路后，短接30和31脚
观察数码管显示，若显示的数字在95到105之间说明ICL7107
工作正常，实测显示97。整机电路焊接结束后测量LM35的2脚
对地电压，观察电压是否随着温度的变化而变化，实测数值符合
要求。电路上电观察数码管显示的数值和酒精温度计的数值进行
比较，若数值的的波动比较大而快，调节ICL7107的35脚和36
脚的R9，一面调节一面观察数值，直到数码管稳定显示，其数值
和酒精温度计的显示一致。
5.2.2调试所用工具：
一字螺丝刀，酒精温度计，电源箱，万用表等。
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结论
采用LM35温度传感器、ICL7107芯片。通过温度传感器
LM35采集到温度信号，再将采集到的温度信号送入OP-07放大
电路，再到A/D转换器，进行模数转换，然后通过译码器驱动数
码管显示温度。
在这次设计当中，初步了解了AD转换器的工作原理以及数
码管的连接方法，整个设计题目中信号采集电路比较重要，要对
电路中各个元件数值进行精确的计算，防止电路输出变化太大，
对测量不利。
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心得和体会
课程设计是培养我们综合运用所学知识,能够和同学一起团
结协作解决实际问题,锻炼我们把书本知识付诸实践的一个关键
环节,是对我们实际动手能力的具体训练和考察过程。
回想起近三周的课程设计，我想每个人都有万千感慨，从老
师的动员会到选题到定稿，从理论到实践，我们发现、提出、解
决过许多问题，在解决的过程中，可以说是遇到许多困难，但是
我并不抱怨，因为在此过程中我们不仅可以巩固以前所学过的知
识，还可以学到很多在书本上没有的知识。通过这次课程设计使
我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不
够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出
结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。我想不
论是谁在这个学习的过程中都会遇到各种各样的问题，但只要我
们认真努力、谦虚求教，就一定会把困难排除，也会从中发现自
己的不足之处，比如我个人了解到自己对以前所学过的知识理解
得不够深刻，掌握得也不够扎实。
古语说：“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。”求知的路上
就是这样，我们总会“欲渡黄河冰塞川，将登太行雪满山”。可是
汗水见证着每个人的收获，我们只要坚持不懈定会“长风破浪会
有时，直挂云帆济沧海”。通过实习，我才真正的意识到到老一辈
电子设计为我们的社会做出了多大的贡献。就我们的课程设计，
我想说的是电子设计真的很辛苦，但这种苦的背后也有每个人心
中的乐。本次课程设计是一个团队的任务，是考验我们相互帮助，
配合默契的特殊时刻，大学不像高中大家每天都要坐在一起上课，
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因此和同学接触的比较少，可是这些天的合作，使得我和同学们
之间的距离拉近了许多。当我们看到自己亲手焊接好的实物实现
了应有的功能时，我们一起相拥，享受那一刻的快乐。
通过这次课程设计使我了解到理论与实际相结合是很重要的
仅仅学会理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践
相结合起来，从理论中得出结论，才真正算是学到了知识，掌握
了本领，也提高自己的实际动手能力和独立思考的能力以及团队
协作能力。
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致谢
首先，感谢学校为我们搭建此次课程设计的平台，使我们能
够拥有这样的机会来实践课本知识，增强自己的动手能力。其次，
我想对我的指导老师王振立老师说一句谢谢，因为从课程设计的
最初以及设计的过程中，是他帮助我们解决了许多我们不懂的问
题，由于老师的帮助，我们才能将一些困难迎刃而解。最后，我
想感谢我同组的伙伴们，是他们让自己在学习中成长，也深刻的
体会到团结合作的重要性。
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参考文献
[1]郭红数字电子基础人民邮电出版社A/D译码部分
[2]王立新、杨少卿温度检测方法与温度传感器
[3]杨素行模拟电子技术基础第三版高等教育出版社放大器
部分
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附录1
电路原理图
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附录2
元件清单
元件名称元件型号及参数个数
电阻
10K2
100K2
24K1
1M1
470K1
1K1
10021
可调电阻100K1
1K1
电容
0.1uF1
0.01uF1
0.22uF1
100pF1
0.047pF1
芯片
LM351
OP-071
ICL71071
数码管共阳极数码管3