数显温度计设计经验总结：电路 及PCB设计方法

一般情况下，我们要从外界感应温度，关键是温度传感器，在这里用LM35完成，获取了外界的温度值之后，需要一定的显示装置加以显示。当前流行的方法是通过A/D转换器将模拟量转化为数字量，在这里用ICL7107完成。再通过LED或LCD显示出来。下面介绍的温度计是以双共阳数码管(LED)显示的。

　　绘制数显温度计电路图及PCB设计方法，需要注意的问题

　　我们要想成功的设计一个温度计的PCB图，大致要经过以下步骤：首先学会绘制温度计的原理图。绘制原理图时要知道需要那些元件，库中没有的或很难找到的元器件，第一小步，我们必须要建立一个元件库(Sch.Lib)以满足设计需要，在制作元件时我们应该把多个元件放在一个库中以方便调用，必要时还要在库文件中对元器件进行说明可以在Browse Schlib中的Components中选中元件，再在Description中进行相应的描述(Description、Footprint、default Designator、Sheet part Filename)。在制作元件时我们必须注意一些小问题，例如：在制作TL431元件符号时引脚没有放置在栅格上，调到原理图时不能正常连接导线，在引脚上不能生存节点。此时我们可以在制作窗口中单击鼠标右键选中Doument options，在弹出的library Editor Workespace对话框中对Gird选项中的Snap、Visibie进行设置。在制作元件时也要讲究技巧例如：借助已有的元件库中的类似元件，将其拷贝到自己制作库中稍作修改。在制作集成芯片Icl7107、Icl7660、S-DSP，必须注意每个引脚的属性，须认真逐个的设置，以免在原理图中出现错误连接导致在调试时将芯片烧坏。第二小步，将要用到的元件调到原理图中进行连接，在连接的过程中要注意总线的连接，总线只是示意性电气连接，而真正表示连接是网络标号。因此在用到总线时必须放置网络标号。第三小步，电路图连接好后，我们必须进行ERC、Reports/Bill of material、Create netlist操作。电器规则检查，以纠正电路图中的电路错误。进行元件报表查看电路图的元件信息。创建网络表为做PCB绘制做准备。设计好的原理图主要由以下几个部分组成。

　　数显温度计的原理图如下：

　　[p]第二大步完成PCB制作。制作PCB的第一步，确定板框物理尺寸、布线尺寸和需要的各个板层，可以通过向导来完成。第二步，定义好PCB之后，调用菜单栏命令Design/Load Nets将元件调入PCB中，在放置元件时，需要注意的是不同的元件需要放置在不同的板层，例如放置名字(拼音)在BottomLayer层，且水平镜像，不能用汉字。第三步，选择跳线的过孔形式。第四步，选择元件形式和焊盘间通过的铜膜线数，调用菜单栏命令Design/Rules进行设置。第四步，走线参数设置。第五步，连接好PCB后需要进行设计规则检查，调用菜单栏命令Tools/Designs Rules Check.可完成，这样可以避免设计错误和电气错误。

　　PCB图的打印、转印与敷铜板的腐蚀加工与问题

　　1. 用激光打印机打印PCB图到热转印纸(用热转印纸制作PCB)

　　在开始菜单中添加打印机

　　根据添加打印机向导一步步做下去(当无实际打印机连接时，任选一种打印机即可)

　　PCB图打印设置：窗口切换到欲打印的PCB图，在File下，选择Print/Preview，在Explorer下显示了一个后缀为PPC格式的文档，即打印文档： Preview PCBPPC，将管理器切换到Browse PCBPrint，选择需要打印的层进行设置：底层打印图形的设置在Layers栏 将MultiLayer移到最上层

　　n在Options栏勾选Show Holes

　　n在Color Set栏 选择Black & White(黑白图形)

　　在设计PCB图时，在Bottom Layer层放置“String”，在其中写上自己的名字(汉语拼音)、设计日期。名字、日期要水平镜像放置。设置好后，打印到热转印纸上的底层图形。

　　2.下料：按尺寸剪切敷铜板，并用细砂纸打磨光，清洁

　　3.将打印的PCB底层图用热转印机转印到敷铜板上

　　4.修板：

　　用快干漆将少量没有印好的线条修补好

　　5.腐蚀：将印好了电路板图的敷铜板放入三氯化铁溶液中腐蚀。溶液浓度高、温度高则腐蚀速度快，但浓度和温度要合适。腐蚀时间要掌握好。

　　6.清洗、晾干

　　7.钻孔

　　选择直径合适的钻头：集成电路引脚及一般电阻、电容用0.8mm直径的钻头，如有元件引脚较粗，可以根据测量值，换相应大些直径的钻头。钻孔过程中，钻头尽量插入夹具深一些，并且夹具要拧紧。

　　8.除去铜膜上的油墨

　　用有机溶剂(酒精、香蕉水、丙酮等)擦除覆盖在铜膜线上的油墨，没有上述溶剂时，也可以用砂纸擦除。

　　9.打磨并检查电路板

　　除去油墨后，用较细的砂纸将铜膜线打磨光亮。打磨越好，越好焊接。不过不可打磨过度，以免铜膜厚度损耗过多。打磨后，用面巾纸清洁干净。

　　检查电路板：用万用表检查PCB上线条间有无短路、断路。有短路要割断，有断路要搭上焊锡，将其连接好。

　　10.上助焊剂

　　将松香溶于无水酒精中制作成助焊剂待用。注意助焊剂的浓度要合适。过浓，干燥后不光亮，过稀，助焊性能较差。

　　用毛刷将酒精松香焊剂均匀地涂在清洁后的PCB板，涂刷时，将PCB板垂直放置，以免焊剂堵塞钻孔。涂刷一遍即可，涂刷次数过多容易起皱纹，不光亮。

　　将涂刷酒精松香焊剂的PCB放置在阳光下凉干或自然凉干。ICL7107为十进制双积分式3位半模数转换器，精度为±2LSB(最低有效位)，当其典型基准电压分别为100.0 mV和1000 mV，并选用对应的外围电路积分电阻、积分电容时，可构成满度量程为200 mV和 2000 mV 2种电 路。

　　ICL7107的输出显示数字N，输入电压，基准电压 VREF的关系为：

　　N = 1000× （Vin/Vref）

　　式中N仅为输出显示数字值，其小数点位置需要另行设置。显然，当基准电压VREF小于其典型基准电压(100.0 mV和 1000 mV)时 ，输出显示数字N 将被扩大；而基准电压VREF大于其典型基准电压 (100.0 mV和 1 000 mV)时，输出显示数字N将被缩小。

　　ICL7107芯片工作原理分析

　　ICL7107集成电路内部有模拟和数字电路2部分。模拟电路由转换开关和运放等组成，以实现信号采样和积分，它采用差动输入，输入阻抗1O10Ω。数字电路由计数器、锁存器、控制逻辑和显示译码器组成。输入的模拟信号电压值首先转换成一个与之成正比的时间宽度信号，然后在这个时间宽度里对固定频率的时钟脉冲进行计数，则计数结果就是正比于输入模拟信号的数字，最后进行数字的锁存和译码显示。转换周期分为3个阶段：自动稳零(AZ)阶段、信号积分(INT)阶段、反积分(DE)阶段，其时间分别为：

　　(1)自动稳零阶段(AZ)

　　TAZ =1O00×TCL-(2000×TCL -1000×TCL ×lN/VREF

　　(2)信号积分阶段(INT)

　　对输入模拟信号进行积分，时间是固定的：TINT= l000×TCL

　　[p](3)反积分(DE)阶段

　　这个阶段是实现对与输入信号极性相反的参考电压VREF进行积分，反相积分的最大时间为： T(DE)MAX =2000×TCL

　　从反积分开始到积分器输出回到模拟公共端(C00M0N)电压 VCOM的时间正比于输入模拟电压的大小，其数字读数为：

　　N = 1000× （Vin/Vref）

　　在反积分期的输入时钟脉冲数最大值是 2000，当等于或超过 2000时溢出，当不足2000时，只要反相积分期结束，即转入自动稳零期。综上，A/D转换的 3个阶段共需 4000个TCL时钟周期，因为振荡周期 4分频 TCL，所以整个转换时间为 16000个Tosc(振荡周期)。

　　元器件的装配与调试　采用试验的方法

　　37脚的TEST端与l脚短接，表头应显示-188.8。这时可检查显示是否缺笔画。如有，大多是引脚、连线虚焊。

　　首先将 IN+与IN-短接，表头应显示为“0000”。若不为零，则应检查参考源电容C2和自动校零电容C4是否漏电。

　　将3l脚与36脚短接，表头读数应为1000。若有偏差，调电位器RP。仍然不行，多半是RP、积分电容C3坏。

　　将32脚与26脚短接，表头的最高位应显示-l，其它位均不亮。否则，应检查电源或换芯片。

　　根据故障现象检修

　　这种方法直接，判断故障较快。如：输入信号为零，表头显示不为零，并不停跳动。应检查基准源电容C2和自动校零电容C4。

　　若表头读数偏差较大，可能是积分电容C3问题，或者基准电压发生变化等。

　　实验总结

　　a.放置名字(拼音)在BottomLayer层，且水平镜像，不能用汉字

　　b.检查网络表：根据原理图中的Nets，在PCB中的管理器Nets下逐一核对，看有无错误。

　　c.PCB制作完后，必须进行DRC检查， 无高亮(绿色)显示

　　d.在制作元件时，没有注意封装图的位置，一般应该将1号焊盘放置在坐标原点。如果离坐标原点很远，则在调入PCB图时，偏离放置位置很远，甚至看不到。

　　e. 知道了ICL7107、ICL7660、MC78058T、TL431、S-DSP是否正常的测试方法。

　　f.ICL7660有使电压反向的功能，ICL7107有D/A转换功能和译码功能，LM35能使温度信号转化成电信号的功能，MC7805T具有提供+5V电压的作用。