基于AD590的溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告論文題目： 溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì) 學(xué)院（系）： 班 級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師： 時(shí)間： 基于AD590的溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì) 摘要：給出了一種數(shù)字式溫度測(cè)量電路的設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)是基于溫度傳感器AD590、集成放大芯片LM324、12位4路A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS7841、以及單片機(jī)STC89C51來(lái)實(shí)現(xiàn)的。文章詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案以及模擬電路部分的硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試方法。關(guān)鍵詞：溫度測(cè)量系統(tǒng)；傳感器；放大電路正文： 1.原理與總體方案 電路中，用AD590獲取溫度信號(hào)。根據(jù)AD590的數(shù)據(jù)手冊(cè)可以知道，在正常工作的情況下，AD590的電流變化1A，相當(dāng)于環(huán)境溫度變化

2、1攝氏度，當(dāng)環(huán)境溫度為0攝氏度的時(shí)候，AD590產(chǎn)生273A的電流。AD590經(jīng)過(guò)10K的電阻串聯(lián)后，在電阻的兩端產(chǎn)生（2.73+T）V的電壓，該電壓經(jīng)過(guò)由LM324構(gòu)成的差分放大電路后，調(diào)整為05V的電壓，然后由ADS7841轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送給單片機(jī)STC89C51，進(jìn)行數(shù)碼顯示。設(shè)計(jì)的具體方案流程圖如圖所示： AD590基于1N4728產(chǎn)生的2.73V調(diào)零電壓LM324構(gòu)成的三運(yùn)放高共模抑制比放大電路2.733.73V2.73V05V送ADS7841圖1.1.0 2.硬件設(shè)計(jì)：具體的電路圖如圖所示，AD590工作在5V的電源下，產(chǎn)生273373A（0100攝氏度）的電流，經(jīng)過(guò)R1的分壓過(guò)

3、后，轉(zhuǎn)換為2.733.73V的電壓，經(jīng)過(guò)一個(gè)由LM324構(gòu)成的跟隨器后，送至三運(yùn)放放大電路的一端（設(shè)這個(gè)電壓為U0）。穩(wěn)壓管1N4728可以將5V的電源穩(wěn)壓成為3.3V，再經(jīng)1K的滑動(dòng)變阻器R7分壓后，產(chǎn)生2.73V的電壓（U1），送至三運(yùn)放放大電路的另一輸入端。由三運(yùn)放的放大關(guān)系可知：Uout=U0-U1=，其差模增益Kd為：，因此，可以通過(guò)調(diào)節(jié)5K的滑動(dòng)變阻器R8的阻值，來(lái)調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。經(jīng)過(guò)該三運(yùn)放，實(shí)現(xiàn)了電壓的相減和調(diào)節(jié)，從而將電壓調(diào)整為A/D芯片的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓。Ui1Ui0圖1.1.1 3.調(diào)試本電路的調(diào)試主要是針對(duì)調(diào)零電壓的調(diào)整和放大倍數(shù)的調(diào)整。具體的調(diào)整步驟和方法如下:3.1電路板

4、的檢查檢查電路板的焊接是否正確，有無(wú)虛焊、錯(cuò)焊以及漏焊，各電阻的阻值是否正確，集成運(yùn)放LM324的管教是否連接正確，以及AD590和1N4728的連接是否有誤。在該次調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)有一電阻接錯(cuò)，后仔細(xì)對(duì)照?qǐng)D紙檢查，重新焊接正確。3.2各關(guān)鍵點(diǎn)電壓的測(cè)量分別測(cè)量各關(guān)鍵點(diǎn)的電壓值，檢查電路工作是否基本正確。實(shí)際測(cè)得，U0=2.81V，U1=2.63V,Uout=3.8V，溫度改變，U0變化，但是輸出不變。分析后發(fā)現(xiàn)，原來(lái)最后一個(gè)放大器U2D的反饋電阻接到了+端，所以導(dǎo)致輸出電壓值恒定不變，于是將電阻重新焊接。3.3調(diào)節(jié)調(diào)零電壓調(diào)零電壓的調(diào)節(jié)是通過(guò)改變1K的滑動(dòng)變阻器R7的阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)?攝氏度的

5、時(shí)候，AD590產(chǎn)生237A的電流，所以，應(yīng)調(diào)節(jié)R7使U1為2.73V。但是調(diào)節(jié)后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)AD590置于冰水混合物中的時(shí)候，輸出Uout的電壓不為0。分析得知，由于AD590本身的誤差和實(shí)際電路存在的誤差，導(dǎo)致AD590在0攝氏度的時(shí)候輸出電流不為237A，再次調(diào)節(jié)R7至2.54V的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)輸出為0V。調(diào)好后，用石蠟將R7封號(hào)。3.4調(diào)節(jié)放大倍數(shù)調(diào)節(jié)放大倍數(shù)是通過(guò)改變5K的滑動(dòng)變阻器R8的阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)的，分析得知，放大5倍較為合適，調(diào)節(jié)好后，亦用石蠟封住R8。4.測(cè)試與分析4.1測(cè)試環(huán)節(jié)將溫度傳感器AD590置于26攝氏度的常溫下，測(cè)量輸出電壓為1.31V，經(jīng)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)放大關(guān)系正確，改變溫度至

6、50攝氏度，測(cè)出輸出電壓為2.49V，放大正常。再改變溫度至80攝氏度的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)輸出電壓為3.8V，與放大關(guān)系不符，分析發(fā)現(xiàn)，原因是LM324工作在5V的電壓下，由于本身的放大局限，放大器的輸出一般要小于電源電壓，所以，基本上3.8V已經(jīng)達(dá)到了LM324的最高輸出值。若要使輸出電壓增大，則需要為L(zhǎng)M324提供更高的電壓。分析發(fā)現(xiàn)，溫度變化1攝氏度，輸出電壓對(duì)應(yīng)變化0.05V。4.2方案比較在確定本方案之前，還設(shè)計(jì)了兩個(gè)方案，現(xiàn)比較各自的優(yōu)缺點(diǎn)如下：方案一電路圖如圖所示：圖1.1.2該方案使用了正負(fù)雙電源，能夠提供較大的放大倍數(shù)，且能夠測(cè)量0攝氏度一下的溫度，但是，它包含了微分和積分環(huán)節(jié)，而積

7、分環(huán)節(jié)雖然能夠消除純比例調(diào)節(jié)器固有的凈差問(wèn)題，但是積分器的積分作用動(dòng)作緩慢，在偏差剛出現(xiàn)時(shí)，積分器輸出很若，不能及時(shí)克服擾動(dòng)影響，被調(diào)參數(shù)的動(dòng)態(tài)偏差增大，調(diào)節(jié)過(guò)長(zhǎng)拖長(zhǎng)。而純微分環(huán)節(jié)無(wú)法克服凈差，當(dāng)偏差信號(hào)變換緩慢時(shí)，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的積累到達(dá)相當(dāng)大時(shí)，微分作用也無(wú)能為力。另外，該電路將放大部分單獨(dú)做了，其實(shí)可以在差分部分就可以實(shí)現(xiàn)放大功能。因?yàn)殡娫匆呀?jīng)設(shè)計(jì)為5V，再加之其積分和微分環(huán)節(jié)的不足，所以，放棄此方案。方案二該方案采用了差分放大電路，亦用穩(wěn)壓管1N4728和一個(gè)滑動(dòng)變阻器產(chǎn)生2.73V的調(diào)整電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R8和R9的阻值，調(diào)節(jié)放大比例，其余幾個(gè)放大器均為跟隨器作用。圖1.1.4 該方

8、案能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)大和調(diào)零作用，也工作在5V的電壓下，但是在調(diào)節(jié)方面不好操作，因?yàn)榉答伓撕徒拥囟说碾娮枰笙嗟?，所以，需同時(shí)調(diào)節(jié)R8和R9，在調(diào)節(jié)上面不好操作，且三運(yùn)放具有更好的共模抑制比能力。所以放棄了此方案。 4.3分析 本設(shè)計(jì)采用了目前廣泛應(yīng)用的高共模抑制比放大電路。它由三個(gè)集成運(yùn)算放大器組成，其中U2B、U2C為兩個(gè)性能一直（主要指輸入阻抗、共模抑制比和增益）的同相輸入通用集成運(yùn)算放大器，構(gòu)成平衡對(duì)稱差動(dòng)放大輸入級(jí)，U2D構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級(jí)，用來(lái)進(jìn)一步一直U2B、U2C的共模信號(hào)，并適應(yīng)接地負(fù)載的需要。 當(dāng)U2B、U2C性能一致時(shí)，輸入級(jí)的差動(dòng)輸出及其差模增益只與差模輸入電壓有關(guān)，

9、而其共模輸出、失調(diào)及漂移均在R8兩端相互抵消，因此電路具有良好的共模抑制能力，同時(shí)不要求外部電阻匹配。但為了消除U2B、U2C偏置電流等的影響，通常取R2=R3。另外，這種電路還具有增益調(diào)節(jié)能力，調(diào)節(jié)R8可以改變?cè)鲆娑挥绊戨娐返膶?duì)稱性。 5.結(jié)束語(yǔ) 本方案能夠?qū)崒?duì)溫度傳感器的電壓轉(zhuǎn)換、調(diào)零、以及放大功能，具有工作電容易獲得、放大比例調(diào)節(jié)方便、共模抑制比高、同時(shí)不要求外部電阻匹配的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)囟葌鞲衅鞯牡玫降碾娏餍盘?hào)，轉(zhuǎn)換成為AD芯片的標(biāo)準(zhǔn)輸入電壓，具有較高的實(shí)用性。 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我更深入地了解了一個(gè)放大電路的設(shè)計(jì)過(guò)程，學(xué)習(xí)了AD590的工作方式和用LM324設(shè)計(jì)放大電路的方法，加深了對(duì)三運(yùn)放高共模抑制比放大電路的理解，深刻體會(huì)了電路板焊接中的各種技巧。參考文獻(xiàn)：1張國(guó)雄主編. 測(cè)控電路M.天津大學(xué)：機(jī)械工業(yè)出版社，2008。2何希才主編.常用傳感器應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)與實(shí)踐M.北京