目录
第一章方案选择 (1)
1.1温度传感器LM35 (1)
1.2 V/F转换器LM331 (1)
1.3频率计ICM7216A (2)
1.4 直流稳压电源 (3)
第二章硬件电路设计 (4)
2.1硬件总体框图 (4)
2.2部分硬件电路 (4)
2.2.1数据采集及V/F转换电路 (4)
2.2.2 计数显示电路 (5)
2.2.3电源电路 (5)
第三章设计总结 (7)
参考文献 (8)
附录：数显温度仪硬件电路图 (8)
第一章方案选择
温度是最基本的环境参数，人们的生活和温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置有重要的意义。
随着社会的发展和技术的进步，人们越来越注重温度检测与显示的重要性。
温度检测与状态显示技术与设备已经普遍应用于各行各业，市场上的产品层出不穷。
该温度测量仪，通过电压-频率转换方式，将温度传感器传递来的电压信号转换成与之成正比的频率信号，通过计数译码，将测试温度显示出来。
根据测量的温度范围及精确度要求，选用芯片及其介绍如下
1.1温度传感器LM35
LM35是一种得到广泛使用的温度传感器。
LM35系列是3端子电)压输出精密集成电路温度传感器，它的输出温度与摄氏温度线性成比例，因而LM35优于用开尔文标准的线性温度传感器。
LM35采用内部补偿，所以输出可以从0℃开始，无需外部校准或微调来提供1/4的常用的室温精度，目前，已有两种型号的LM35可以提供使用。
LM35DZ输出为0℃～100℃，而LM35CZ输出可覆盖－40℃～110℃，且精度更高，工作范围为 45～+150℃，电源提供模式有单电源与双电源，单电源模式在25℃下静止电流约50μA，工作电压较宽，可在4—20V的供电电压范围内正常工作非常省电。
为降低功耗，本次设计采用单电源供电，选用LM35DZ，引脚如图1所示。
图1 LM35管脚图
1.2 V/F转换器LM331
LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片,可用作精密频率电压转换器、A/ D 转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。
LM331 为单片V/ F 转换器,电源电压范围较宽，为4 V～20 V；输出为集电极开路形式,温度稳定性好；功耗低(5 V)电源供电时，功耗为15 mW；输出频率范围1 Hz～100 kHz。
LM331 采用了新的温度补偿能隙基准电路, 在整个工作温度范围内和低到 4.0V 电源电压下都有极高的精度。
LM331 的动态范围宽, 可达 100dB ；线性度好, 最大非线性失真小于 0.01% ,工作频率
低到0.1Hz
时尚有较好的线性;变换精度高,数字分辨率可达12位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成 V/F 或 F/V 等变换电路,并且容易保证转换精度。
管脚图如图2。
1.3频率计ICM7216A
单片频率计ICM7216A 是美国Intersil 公司首先研制的专用测频大规模集成芯片。
它是标准的28引脚的双列直插式集成电路, 采用单一的+5V 稳压电源工作。
它内含高频振荡器、十进制计数器、七段译码器、位多路复用器、能够直接驱动7段数码显示管。
其基本的测频范围为DC 至10MHz, 若加预置的分频电路, 则上限频率可达40MHz 或100MHz, 单片频率计ICM7216A 只要加上晶振、量程选择、LDE 显示器等少数器件即可构成一个DC 至40MHz 的微型频率计, 可用于频率测量, 机械转速测量等方面的应用。
管脚图如图3。
图2 LM331管脚图
1.4 直流稳压电源
直流稳压电源选用三端集成稳压器W7805，7915及7815构成直流稳压电源。
目前，集成稳压器已经成为模拟集成电路的一个重要的组成部分。
集成稳压器具有体积小、可靠性高以及温度特性好等优点，而且使用灵活、价格便宜。
芯片只引出了三个端子，分别接输入，输出和公共端；芯片内集成了保护、放大、采样等电路，使用更加安全可靠。
第二章硬件电路设计2.1硬件总体框图
数显温度测量仪硬件框图如下所示：
图4 温度测量仪硬件框图
被测物体的温度通过LM35/45温度传感器转化为电压信号，输出地电压信号送到电压-频率转换器LM331转换成频率信号，接下来将频率信号送到集成的频率计ICM7216A进行计数并译码，驱动4个数码显示管将测量的温度显示出来。
2.2部分硬件电路
根据方案说明及硬件框图，数显温度测量仪具体硬件电路如下。
2.2.1数据采集及V/F转换电路
在该模块主要完成温度采集与数据转换。
由LM35采集到的温度值转化为电压值，将该电压信号传送到V/F转换器LM331。
将电压信号转化为频率信号，送往下一处理电路。
图5 数据采集及转换电路
被测电压由UIN端输入，经V/ F 转换后从Fout 端输出。
输入端的R7和C2构成滤波环节；如果输入电压UIN波动较大，可适当增大C1 容量。
当6 、7 脚的RC 时间常数匹配时，输入电压呈阶跃变化：输出频率也随之阶跃变化。
该电路输出的频率为：
Fout = RSUIN/ (2. 09RLRtCt)
2.2.2 计数显示电路
该模块主要由ICM7216D单片集成计数器，8段数码管及相应的外围硬件组成，完成对上一模块输入频率量的计数与译码显示，显示出来的温度即为测量的温度。
图6计数显示电路
被测信号由INA*端输入，复位端和保持端分别接地与接电源。
单片频率计ICM7216在使用时, 在OSIN 和OSOT两端外接2.5MHz晶体和阻容元件与片内的高增益互补场效应反向器构成并联谐振回路, 产生高稳定度的时间基准信号, 供片内分频后产生计数闸门时间使用, 测频精度由外接晶体性能确定(在高精度应用场合, 可将晶体置于带屏蔽的恒温槽内)。
ICM7216D的D1-D8端为8位显示数码管的输出端, f-a端为七段显示码, ICM7216D采用8位LED分时循环扫描的方式将每一位数字的段码从f-a端逐位输出, 输出顺序为从最高位到最低位, 扫描频率为500Hz, 由于带有显示驱动, 因此可直接驱动LED显示器。
2.2.3电源电路
供电模块主要提供各个芯片所要求的电压。
本次设计用到的电压值为+5V，+15V及-15V。
图7 电源电路
第三章设计总结
在这次设计过程中，可以说是充满挑战也有惊喜，在充满困惑的同时也多些了了解，虽然时间不是很长单过程确实值得回味，每一个细节我们都亲历而为，也因此印象深刻。
在学习或实践中我们或多或少掌握了一些知识，有了一些体会和感受。
在调试的过程中遇到过很多问题，在同学之间问题最大多数是焊接不牢固导致接触不良，可在老师和同学们共同努力下我们把问题一一解决。
通过这次设计我认识到我们做事一定要一丝不苟，认真掌握事物发展原理和内部构造，认清事物本质，踏实的干好每个环节，虚心向周围的人学习，团结合作就有可能事半功倍。
再者，就是要学会把我们学的东西变成产品，学会运用自己的知识去制作东西，能够在艰苦的环境中继续研究，养成一种自己的工作方式和习惯。
设计的时间两个星期，但使我们从中体会到做事情应该有的态度却是值得我们长久受用的，至少我们从中学到了很多有用的知识，了解了我们以后的工作的大概方向，可以说是受益匪浅。
最后想感谢老师的帮助，在老师的帮助下学习了电子系统综合设计这门课，在对我以后的学习和考研的路上会有很大的帮助的，想从事电子信息工程这个专业还是要多加努力才行。
参考文献
【1】杨为理.现代通讯集成电路应用技术手册[M].电子工业出版社，2002,5
【2】顾晖.微机原理及接口技术.北京：电子工业出版社，2008
【3】鲁维佳.Altium Designer 6.x电路设计实用教程.北京：北京邮电大学出版社，2014.9 【4】杨素行.模拟电子技术基础简明教程.北京.高等教育出版社，2006.5
【5】杨刚.电子系统设计与实践.北京：电子工业出版社，2009.3
附录：数显温度仪硬件电路图。