數顯溫度計的PCB設計方法解析

1 引言

隨著科學技術的發展與工業技術的迅猛提升，在日常生活生產中我們時常需要準確測量與控制環境溫度與設備溫度。因此，研究溫度的測量與控制就顯的很重要了。

我們要從外界感應溫度，關鍵是溫度傳感器，在這里用LM35完成，獲取了外界的溫度值之后，需要一定的顯示裝置加以顯示。當前流行的方法是通過A/D轉換器將模擬量轉化為數字量，在這里用ICL7107完成。再通過LED或LCD顯示出來。下面介紹的溫度計是以雙共陽數碼管（LED）顯示的。

2 繪制數顯溫度計電路圖及PCB設計方法，需要注意的問題

我們要想成功的設計一個溫度計的PCB圖，大致要經過以下步驟：首先學會繪制溫度計的原理圖。繪制原理圖時要知道需要那些元件，庫中沒有的或很難找到的元器件，第一小步，我們必須要建立一個元件庫（Sch.Lib）以滿足設計需要，在制作元件時我們應該把多個元件放在一個庫中以方便調用，必要時還要在庫文件中對元器件進行說明可以在Browse Schlib中的Components中選中元件，再在Description中進行相應的描述（Description、Footprint、default Designator、Sheet part Filename）。在制作元件時我們必須注意一些小問題，例如：在制作TL431元件符號時引腳沒有放置在柵格上，調到原理圖時不能正常連接導線，在引腳上不能生存節點。此時我們可以在制作窗口中單擊鼠標右鍵選中Doument options，在彈出的library Editor Workespace對話框中對Gird選項中的Snap、Visibie進行設置。在制作元件時也要講究技巧例如：借助已有的元件庫中的類似元件，將其拷貝到自己制作庫中稍作修改。在制作集成芯片 Icl7107、Icl7660、S-DSP，必須注意每個引腳的屬性，須認真逐個的設置，以免在原理圖中出現錯誤連接導致在調試時將芯片燒壞。第二小步，將要用到的元件調到原理圖中進行連接，在連接的過程中要注意總線的連接，總線只是示意性電氣連接，而真正表示連接是網絡標號。因此在用到總線時必須放置網絡標號。第三小步，電路圖連接好后，我們必須進行ERC、Reports/Bill of material、Create netlist操作。電器規則檢查，以糾正電路圖中的電路錯誤。進行元件報表查看電路圖的元件信息。創建網絡表為做PCB繪制做準備。設計好的原理圖主要由以下幾個部分組成。

數顯溫度計的PCB設計方法解析

數顯溫度計的原理圖如下：

第二大步完成PCB制作。制作PCB的第一步，確定板框物理尺寸、布線尺寸和需要的各個板層，可以通過向導來完成。第二步，定義好PCB之后，調用菜單欄命令Design/Load Nets將元件調入PCB中，在放置元件時，需要注意的是不同的元件需要放置在不同的板層，例如放置名字（拼音）在BottomLayer層，且水平鏡像，不能用漢字。第三步，選擇跳線的過孔形式。第四步，選擇元件形式和焊盤間通過的銅膜線數，調用菜單欄命令Design/Rules進行設置。第四步，走線參數設置。第五步，連接好PCB后需要進行設計規則檢查，調用菜單欄命令Tools/Designs Rules Check.可完成，這樣可以避免設計錯誤和電氣錯誤。

3 PCB圖的打印、轉印與敷銅板的腐蝕加工與問題。

1. 用激光打印機打印PCB圖到熱轉印紙（用熱轉印紙制作PCB）

在開始菜單中添加打印機

根據添加打印機向導一步步做下去（當無實際打印機連接時，任選一種打印機即可）

PCB圖打印設置：窗口切換到欲打印的PCB圖，在File下，選擇Print/Preview，在Explorer下顯示了一個后綴為PPC格式的文檔，即打印文檔： Preview PCBPPC，將管理器切換到Browse PCBPrint，選擇需要打印的層進行設置：底層打印圖形的設置在Layers欄將MultiLayer移到最上層

n在Options欄勾選Show Holes

n在Color Set欄選擇Black & White（黑白圖形）

在設計PCB圖時，在Bottom Layer層放置“String”，在其中寫上自己的名字（漢語拼音）、設計日期。名字、日期要水平鏡像放置。設置好后，打印到熱轉印紙上的底層圖形。

2.下料：按尺寸剪切敷銅板，并用細砂紙打磨光，清潔

3.將打印的PCB底層圖用熱轉印機轉印到敷銅板上

4.修板：

用快干漆將少量沒有印好的線條修補好

5.腐蝕：將印好了電路板圖的敷銅板放入三氯化鐵溶液中腐蝕。溶液濃度高、溫度高則腐蝕速度快，但濃度和溫度要合適。腐蝕時間要掌握好。

6.清洗、晾干

7.鉆孔

選擇直徑合適的鉆頭：集成電路引腳及一般電阻、電容用0.8mm直徑的鉆頭，如有元件引腳較粗，可以根據測量值，換相應大些直徑的鉆頭。鉆孔過程中，鉆頭盡量插入夾具深一些，并且夾具要擰緊。

8.除去銅膜上的油墨

用有機溶劑（酒精、香蕉水、丙酮等）擦除覆蓋在銅膜線上的油墨，沒有上述溶劑時，也可以用砂紙擦除。

9.打磨并檢查電路板

除去油墨后，用較細的砂紙將銅膜線打磨光亮。打磨越好，越好焊接。不過不可打磨過度，以免銅膜厚度損耗過多。打磨后，用面巾紙清潔干凈。

檢查電路板：用萬用表檢查PCB上線條間有無短路、斷路。有短路要割斷，有斷路要搭上焊錫，將其連接好。

10.上助焊劑

將松香溶于無水酒精中制作成助焊劑待用。注意助焊劑的濃度要合適。過濃，干燥后不光亮，過稀，助焊性能較差。

用毛刷將酒精松香焊劑均勻地涂在清潔后的PCB板，涂刷時，將PCB板垂直放置，以免焊劑堵塞鉆孔。涂刷一遍即可，涂刷次數過多容易起皺紋，不光亮。

將涂刷酒精松香焊劑的PCB放置在陽光下涼干或自然涼干。ICL7107為十進制雙積分式3位半模數轉換器，精度為±2LSB（最低有效位），當其典型基準電壓分別為100.0 mV和1000 mV，并選用對應的外圍電路積分電阻、積分電容時，可構成滿度量程為200 mV和 2000 mV 2種電路。

ICL7107的輸出顯示數字N，輸入電壓，基準電壓 VREF的關系為：

N = 1000×

式中N僅為輸出顯示數字值，其小數點位置需要另行設置。顯然，當基準電壓VREF小于其典型基準電壓（100.0 mV和 1000 mV）時，輸出顯示數字N 將被擴大；而基準電壓VREF大于其典型基準電壓（100.0 mV和 1 000 mV）時，輸出顯示數字N將被縮小。

4 ICL7107芯片工作原理分析

ICL7107集成電路內部有模擬和數字電路2部分。模擬電路由轉換開關和運放等組成，以實現信號采樣和積分，它采用差動輸入，輸入阻抗1O10Ω。數字電路由計數器、鎖存器、控制邏輯和顯示譯碼器組成。輸入的模擬信號電壓值首先轉換成一個與之成正比的時間寬度信號，然后在這個時間寬度里對固定頻率的時鐘脈沖進行計數，則計數結果就是正比于輸入模擬信號的數字，最后進行數字的鎖存和譯碼顯示。轉換周期分為3個階段：自動穩零（AZ）階段、信號積分（INT）階段、反積分（DE）階段，其時間分別為：

（1）自動穩零階段（AZ）

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

（2）信號積分階段（INT）

對輸入模擬信號進行積分，時間是固定的：TINT= l000×TCL

（3）反積分（DE）階段

這個階段是實現對與輸入信號極性相反的參考電壓VREF進行積分，反相積分的最大時間為： T（DE）MAX =2000×TCL

從反積分開始到積分器輸出回到模擬公共端（C00M0N）電壓 VCOM的時間正比于輸入模擬電壓的大小，其數字讀數為：

N = 1000×

在反積分期的輸入時鐘脈沖數最大值是 2000，當等于或超過 2000時溢出，當不足2000時，只要反相積分期結束，即轉入自動穩零期。綜上，A／D轉換的 3個階段共需 4000個TCL時鐘周期，因為振蕩周期 4分頻 TCL，所以整個轉換時間為 16000個Tosc（振蕩周期）。

5 元器件的裝配與調試

5.1 采用試驗的方法

37腳的TEST端與l腳短接，表頭應顯示-188.8。這時可檢查顯示是否缺筆畫。如有，大多是引腳、連線虛焊。