自制數字溫度計.

1、探 爪2012級 探測試技術課程設計 探 集中實踐報告書 課題名稱自制數字溫度計 姓 名 學 號 系、部電氣工程系 專業(yè)班級 指導教師 2015年6月27日 一、設計任務及要求： 設計任務：設計一個簡易數字溫度計，裝置由溫度傳感器、信號處理電路、數字 電壓表構成。 設計要求： 1 選用溫度傳感器 AD590測量溫度，通過信號處理電路將溫度引起的電流變化轉 化為電壓變化，然后經過雙積分 A/D轉換器轉換為數字信號，通過共陽極數碼管顯 示數值。 2 進行系統(tǒng)總體設計，并畫出總設計框圖。 3設計完成相應的測溫電路，導出電路輸出電壓與溫度之間的函數表達式 、指導教師評語: 二、成績 指導教師簽名： 年

2、 月 日 目錄 第 1 章 設計目的 1 第 2 章 設計要求 1 第 3 章 硬件電路設計 1 3.1 電路設計結構框圖 1 3.2 傳感器 1 3.3 傳感器電路的計算 2 3.4 信號處理 3 3.5 A/D 轉換電路的設計 4 3.6 顯示電路 5 3.7 顯示電路的設計 5 3.8 總電路圖 6 第 4 章 結論 6 參考文獻 第1章設計目的 設計一個簡易數字溫度計，裝置由溫度傳感器、信號處理電路、數字電壓表構成 第2章設計要求 1 選用溫度傳感器AD590測量溫度，通過信號處理電路將溫度引起的電流變化轉 化為電壓變化，然后經過雙積分A/D轉換器轉換為數字信號，通過共陽極數碼管顯示數

3、 值。 2 進行系統(tǒng)總體設計，并畫出總設計框圖。 3設計完成相應的測溫電路，導出電路輸出電壓與溫度之間的函數表達式 第3章硬件電路設計 3.1電路設計結構框圖 本方案采用AD590集成兩段式感溫電流源溫度傳感器對溫度進行采集，采集的電 壓經過放大電路將信號放大，然后經過 3.5位A/D轉換器轉換成數字信號，在進行模擬 /數字信號轉換的同時,直接驅動LED顯示器,將溫度顯示出來。系統(tǒng)結構框圖如圖 3-1 所示。 圖3-1 系統(tǒng)結構框圖 日常生活中，溫度的測量范圍為-3055 C,精度控制為0.5 C,因此本項目采用 AD590集成兩端式感溫電流源溫度傳感器，3.5位A/D轉換器ICL7107及4

4、個八段數碼 管設計數字溫度計。 3.2傳感器 AD590是半導體結效應式溫度傳感器，PN結正向壓降的溫度系數為-2mV/C，利 用硅熱敏晶體管 PN結的溫度敏感特性測量溫度的變化測量溫度，其測量溫度范圍為 -50150。AD590輸出電流值(yA級)等于絕對溫度(開爾文)的度數。使用時一般需要 將電流值轉換為電壓值,如圖3-2中，Ucc為激勵電壓,取值為440 V。輸出電流I0 以絕對溫度零度-273T為基準,溫度每升高C ,電流值增加1 yA0 圖3-2AD590基本原理圖 7 溫度t對應輸出電流I0為3-2 lo(t)=273 yA + t KpA/ C(3-2) 式中：273yA為攝氏零

5、度時輸出的電流值；t為測得的攝氏溫度。 在室溫 25 C 時,輸出電流：10(25)=(273+25)=298 yA 3.3傳感器電路的計算 電路具有偏置和增益調節(jié)裝置功能，為了改善輸出電壓的性能，電路中采用了電壓跟 隨器。由于AD590輸出的是絕對溫度，而實際顯示的是攝氏溫度，設計差動放大電路 (U1,U2為輸入),調整電位器使U1=0.273 V,則輸出電壓值Uo與溫度傳感器測得的攝氏溫 度呈線性關系，計算公式為3-3 Uo 10KQ 10K Q U2U1 t V 1000 (3-3) 如圖3-3所示，對于25C的室溫,Uo=0.025V + 12V 圖3-3電路原理圖 3.4信號處理 I

6、CL7107是一種高性能、低功耗的三位半 A/D轉換器，同時包含有七段譯碼器、顯 示驅動器、參考源和時鐘系統(tǒng)。ICL7107可直接驅動共陽極LED數碼管。ICL7107將高 精度、通用性和真正的低成本很好的結合在一起，它有低于10uV的自動校零功能，零 漂小于1uV/C，低于10pA的輸入電流，極性轉換誤差小于一個字。真正的差動輸入和 差動參考源在各種系統(tǒng)中都很有用。在用于測量負載單元、壓力規(guī)管和其它橋式傳感器 時會有更突出的特點。 對于ICL7107AD轉換器來說輸入輸出電壓關系如公式 3-4 U 0 =1000 Ui Uref (3-4) ICL7107AD轉換器的管腳排列及其各管腳功能如

7、下： V+和V-分別為電源的正極和負極（或地）。 au-gu,aT-gT,aH-gH分別為個位、十位、百位筆畫的驅動信號，依次接個位、十位、 百位LED顯示器的相應筆畫電極。 Bek:千位筆畫驅動信號。接千位 LEO顯示器的相應的筆畫電極。 PM :液晶顯示器背面公共電極的驅動端，簡稱背電極。 Oscl-OSc3 :時鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器。第38腳 至第40腳電容量的選擇是根據下列公式來決定：Fosl = 0.45/RC COM :模擬信號公共端，簡稱“模擬地”，使用時一般與輸入信號的負端以及基 準電壓的負極相連 TEST :測試端，該端經過500歐姆電阻接至邏輯電

8、路的公共地， 故也稱“邏輯地” VREF + VREF-:基準電壓正負端。3 CREF:外接基準電容端。 INT : 27是一個積分電容器，必須選擇溫度系數小不致使積分器的輸入電壓產生漂 移現(xiàn)象的元件 IN +和IN-:模擬量輸入端，分別接輸入信號的正端和負端。 AZ:積分器和比較器的反向輸入端，接自動調零電容CAz。如果應用在200mV 滿刻度的場合是使用0.47卩F而2V滿刻度是0.047譏 BUF:緩沖放大器輸出端，接積分電阻Rint。其輸出級的無功電流(idling current ) 是100yA,而緩沖器與積分器能夠供給 20 yA的驅動電流，從此腳接一個 Rint至積分電 容器，

9、其值在滿刻度200mV時選用47K，而2V滿刻度則使用470K。ICL7107的工作 原理：雙積分型A/D轉換器ICL7107是一種間接A/D轉換器。它通過對輸入模擬電壓 和參考電壓分別進行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時間間隔，然后 利用脈沖時間間隔，進而得出相應的數字性輸出。 3.5 A/D轉換電路的設計 A/D轉換電路的設計,具體電路圖如圖3-7所示: +5V 圖3-7ICL7107與數碼管構成的數顯電路圖 輸入 由傳感器電路與轉換電路綜合關系求得：顯示數 =T （溫度）C 。因此，則可用顯 示器電路直接可以顯示出溫度 3.6 顯示電路 數碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共

10、陽極是把所有LED的陽極連接到共同接 點正電源電壓，共陰極是把所有 LED的陰極連接到共同接點com。而每一 LED分別為 a,b,c,d,e,f,g及sp（小數點），共陽極內部結構圖如圖3-4,共陰極內部結構圖如圖3-5所 圖3-6共陰極數碼管內部結構 3.7顯示電路的設計 在本次設計當中，由于ICL7107的特點，它只能驅動共陽極數碼管，故要選用共陽 極七段數碼管。在連接數碼管時，要注意數碼管各個管腳所對應的字母，不能接錯或接 漏，而且在管腳之前要接上電阻，以免燒壞芯片和數碼管。 對于數碼管與ICL7101的連接，其中一個數碼管的 A到G引腳與ICL7101的2到8引 腳連接（個位）；依次

11、四個數碼管與ICL7101相連。 3.8總電路圖 將傳感電路、信號采集處理放大電路、 A/D轉換電路、七段數碼顯示電路這四個單 元電路級聯(lián)起來可以得到如圖 3-8總電路圖所示: 圖3-8總電路圖 丄 r r M.-J； A a I AAM 第4章結論 首先對于溫度傳感器的誤差分析，AD590在-55C +150C范圍內，非線性誤差僅 為).3C。因為流過AD590的電流與熱力學溫度成正比，當電阻為 1kQ時，輸出電壓 VO隨溫度的變化為1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應對 電路進行調整。調整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調整電位器R2，使 VO=273.2mV?；蛟谑覝叵?25C )條件下調整電位器,使VO=273+25=298mV。但這樣調 整只可保證在0C或25C附近有較高精度。 本學期開設的重要實用的一門功課傳感器，通過對傳感器的學習使我以前學習的 科目有了更深的認知，掌握了更多的知識，了解更多的要點，對自己的不足也有了跟多 的了解。為自己以后的學習工作生活打下了夯實的基礎，這就是我通過本次課程設計最 深的體會與認知。 本次的課程設計對一學期的學習有了很好的總結。對于一學期的傳感器的學習，一 直是只拘泥于課本知識，沒有做過跟實際問題相符的小課題。通過本次的設計，對于以 后做的畢業(yè)設計有很大的幫助。傳感器綜合設計在現(xiàn)實生