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1、2023年重庆市第三届中等职业学校电子技能竞赛考题（学生组）考题名称：数字温度计完成时间：4小时书目一、电路说明部分1.1电路原理简介1.2电路主要元器件介绍13装配及调试说明二、考题答卷部分2.1电子产品装配30分2.2参数测试25分2.3电子产品功能测试30分三、电路设计软件PortelDXP2023应用部分15分备注：请参赛选手细致审题后，再起先组装。考号：工位号：一、电路说明部分1、1原理简介1、产品功能环境温度与我们生活休戚相关，温度高了会感觉热，温度低了会感觉冷，那么我们怎样知道环境中的温度原委是多少摄氏度呢？这里给大家介绍一个数字测温电路，电路通电后LED显示实时温度测量值，温度
2、计的温度测量范围为099.9C0该电路不仅可以显示实时测量温度值，还可以通过按键选择温度计的报警值，当温度高于某个设定温度时(40C50C6(C),温度计告警指示灯点亮。2、电路组成及原理分析数字温度计主要由：温度检测电路、信号放大电路、V/F变换电路、频率测量电路、超温告警电路和电源电路所组成，电路组成方框见图1,电路原理图见图2,PCB板图见图3,4图1温度检测电路：温度检测电路主要由并联式稳压器、电桥和差分放大器组成，由U4构成的并联式稳压电源，为电桥供应高精度4.096V的电压，电桥由R30/R31/R44和PTlOO组成，RP4用于电路调试，在电路调试过程中通过调整RP4来模拟PTl
3、oO的温度变更，便利电路调试，电桥输出的差分电压V=4.096*(Rpt100/(R30+RpnOO)-R(R31+RQ),该信号通过RlO和Rll送入由U7B组成的差分放大器进行前级放大。信号放大电路：由U7A、PR6、RI2、R13和R45组成的同相比例运算放大器，主要有2个作用，其一是用于将上一级的信号进行同相放大，其二是调整因元件参数偏差引起的测量误差。调整RP6可变更其放大倍数，RP6也可称为量程电位器，数字温度计设计最大测量温度为99.9C,依据表1可查出当温度为100c时，PTlOO的内阻为138.51欧姆，依据电桥失衡后的输出电压计数公式可知，当环境温度为100时，差分输出电压
4、为70mV,为了显示和限制便利这里我将信号调理为标准的IOmV/C。调整RP6可变更放大器的放大倍数，当测量温度为Io(TC时，我们通过调整RP6使TP-A点的电压为1.OOOV,由于PTIOo销热电阻是线性的，当测量温度为50时，TP-A点电压应当为0.500V。V/F变换电路：V/F变换电路主要由Ul和其少量外围器件组成的电压频率转换电路。这里VZF变换器的作用是把TP-A点的电压输出为对应的频率值,在显示计数这块,计数器最大计数量为999,TP-A点的温度信号为IOmV/,满量程为99.9C即999mV,电压每增加ImV,单位时间内计数器的值要增加1。V/F变换器的输出频率fo=(R6+
5、RP2)2.09*R2*R5*C13RP2)*Vin,RP2为量程调整电位器，RP3为零点迁移电位器。计数译码显示电路：V/F完成了A/D的转换，接下来就须要计数器的协作了，即在规定时间内对V/F转换器的输出脉冲进行计数，计数值表示了V/F转换器所输入的模拟电压大小。计数器选用CD4553,它是三位十进制(BCD码输出)计数器，译码器选用CD451I,它设有锁存器、七段显示译码器和输出驱动电路，显示选用3只七段LED数码管。门控电路：采纳V/F转换器进行A/D转换，就应当对V/F转换器输出的频率在固定时间内进行计数，这里我们设置的固定时间是0.25秒。也就是说在0.25秒内CD4553计数器收
6、到的脉冲个数，为了协作CD4553计数，固定时间计时由CD4060组成的计时电路来完成，CD4060它是一个14位的二进制计数器/安排器/振荡器，电路振荡部分采纳32.768kHz的晶振作为信号发生，然后再经过14级分频后，得到一个2Hz占空比相等的脉冲信号。频率为2Hz周期为0.5秒，即高电平0.25秒低电平0.25秒。CD4553的DlS为计数允许限制端，高电平禁止计数，低电平允许计数；LE为锁存限制端，高电平常寄存器内容保持不变，低电平常计数值送入寄存器；MR为计数器复位端，高电平复位，复位仅对计数值进行复位，对寄存器值没有影响。依据这个限制逻辑我们将门控信号干脆送入LE,然后经过倒相后
7、送入DIS端，在LE端接入RC电路对计数器定时清零。当门控信号为高电平常，计数器允许计数，当门控电路变更为低电平常，计数器禁止计数，同时LE为低电平，计数值锁存到寄存器中；当门控信号再次由低电平转换为高电平常，门控信号上接入的RC电路对计数器进行清零。OVF为计数好处端，当计数器值超过最大计数值时，计数器好处进位，DI闪耀。超温告警电路：超温告警电路由基准电压发生电路和电压比较器组成。基准电压发生电路由CD4017十进制计数器和其外围器件组成，计数器RST为复位端，高电平常对计数器进行复位，计数器的Q3与RST连接，当Q3输出为高电平常，计数器自动复位，由此可见，计数器只能在QO-Q2间进行计
8、数器。超温告警电路设置了3个温控点，分别为40、50和60C对应的参考基准电压为400、500600mVoQo输出为高电平常，D6/RP5/R37组成串联分压电路，调整RP5,使R37上的电压为400mV,Ql输出高电平常，调整RP7时R37上的电压为500mV,Q2为高电平常，调整RP8使R37上的电压为600mV.该电压通过由U8A组成的射极跟随器，送入由U8B组成的电压比较器，当TP-A点的电压大于参考电压时，比较器输出高电平，启动声光报警电路。3、电路目的数字温度计通电后，LED数码显示器能精确地显示出由PTIOo测量的环境温度值，用电烙铁、热风枪或其他发热器件对PTlOO加热，当指示
9、灯D5点亮时，测量温度大于40C时，电路起先告警，指示灯D4点亮时，测量温度大于50时，电路起先告警，指示灯D3点亮时，测量温度大于60时，电路起先告警，二二fflWadtraKK)ItlH1、PTloO伯热电阻PTlOO伯热电阻是一种以伯金(Pt)做成的电阻式温度检测器，其具有稳定性好、测量精度高、输出T-R线性度都好等优点，PTlOO属于正电阻系数热电阻，电阻和温度变更的关系式如表1所示：温0123456789度C电阻值(C)0100.0010039100.78101.17101.56101.95102.23102.73106.12103.5110103.90104.29104.68105
10、.07105.46105.85106.24106.63107.02107.4020107.79108.18108.57108.96109.35109.73110.12110.51110.90111.2930111.67112.06112.45112.83113.22113.61114.00114.38114.77115.1540115.54115.93116.31116.70117.08117.47117.86118.24118.63119.0150119.40119.78120.17120.55120.94121.32121.71122.09122.47122.8660123.24123.6
11、3124.01124.39124.78125.16125.54125.93126.31126.6970127.08127.46127.84128.22128.61128.99129.37129.75130.13130.5280130.90131.28131.66132.04132.42132.08133.18133.57133.95134.3390134.71135.09135.47135.85136.23136.61136.99137.37137.75138.13100138.51138.88139.26139.64140.02140.40141.78141.16141.54141.9111
12、0142.29142.67143.05143.43143.80144.18144.56144.94145.31145.69120146.07146.44146.82147.20147.57147.95148.33148.70149.08149.46130149.83150.21150.58150.96151.33151.71152.08152.46152.83153.21140153.58153.96154.33154.71155.08155.46155.83156.20156.58156.95150157.33157.70158.07158.45158.82159.19159.56159.9
13、4160.31160.68160161.05161.43161.80162.17162.54162.91163.29163.66164.03164.40170164.77165.14165.51165.89166.26166.63167.00167.37167.74168.11180168.48168.85169.22169.59169.96170.33170.70171.07171.43171.08190172.17172.54172.91173.28173.65174.02174.38174.75175.12175.49表1在实际应用中PTIOo伯热电阻具有多种的封装方式,这里的PTloo
14、伯热电阻采纳陶瓷封装,封装后的外形图如图5,电路符号如图62、运算放大器LM3581.M358双运放集成电路，采纳8脚双列直插塑料封装，其内部包含两组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，两组运算放大器相互独立，引脚及内部方框图如图7所示，LM358具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源运用，价格低廉等优点，因此被广泛应用于各种电路中。在图8中由U7A、RP6、RI3、R45和RI2组成同相比例运算放大电路，其放大倍数为AUf=(RI3+Rrp6)R12,我们可以通过调整RP6小范围地变更此级放大电路的放大倍数。3、并联稳压器TL431TL431是TL、ST公司研制开发的并联型三端稳压基准。由于其封装简洁(型如三极管)、参数优越(高精度、
