智能礦用溫度測量儀

1、河南工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書智能礦用溫度測量儀系別： 電氣系班級：06對口應電班姓名： 學號 ： 0504203049摘要礦用溫度傳感器是為檢測煤礦井下環(huán)境溫度而研制的，它可以連續(xù)將井下溫度信號轉(zhuǎn)換成標準頻率信號傳送給上位機，并具有實時顯示溫度值、超限聲光報警、頻率信號輸出等功能。適宜于井下需設(shè)置溫度傳感器的場所固定使用。本文對溫度傳感器的工作特點作了介紹，并對其工作原理進行了詳細分析。這種設(shè)備不僅具有測溫的功能，同時具有報警，自動保護的功能，在工業(yè)生產(chǎn)過程和科研工作中都具有非常重要的作用。該溫度傳感器設(shè)備克服了以往溫度傳感器測量范圍窄的缺點， 它的測溫范圍寬， 同時有聲光報警指示功能，

2、可自動地控制溫度， 給人們對特別環(huán)境下的溫度控制提供了方便，它的功能相當穩(wěn)定， 且費用低， 有利于普遍應用， 相信它一定將會給工業(yè)、生產(chǎn)、 科研等帶來嶄新的方面。 關(guān)鍵詞：溫度傳感器，電壓放大器，轉(zhuǎn)換器AbstractThe mining temperatures sensor is developed for monitoring temperature in the mine .It can successively detect and change the temperature in to the standard frequency signals, which are then

3、sent to the upper equipments. Besides, it has the functions of showing the value of the temperature in realtime, giving an alarm by sound and light and exporting frequency signals. It is suitable to use regularly in some places which need temperature sensors.This article has made the introduction of

4、 the work characteristic of the numeralthermometric device, and has carried on the detailed analysis to its principle of work. This kind of equipment not only has measured the warm function, simultaneously has the reports to the police and automatic protection function, all has unusual vital role in

5、 the industrial production process and the scientific research work. The numeral temperaturemeasuring device overcomes the shortcoming which the former digital temperaturemeasuring devices measure warm scope is narrow, its measured warm scope is wide， meanwhile it has the sound and light reports to

6、the police, it controls warm automatically, and it carries on the convenient to control the warm in special environment for peoples, its performance was quite stable, its cost is not high, it is advantageous to be widely applied， believed it will certainly to bring brandnew aspect for the industry,

7、the production, the scientific research and so on.Key words: Temperature sensor， voltage amplifier， switch261 緒論1.1課題背景隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，安全問題日益成為迫切需要解決的首要問題。由于煤礦井下生產(chǎn)過程復雜，環(huán)境條件惡劣，自然災害多，所以經(jīng)常會存在安全事故隱患。在井下安全事故中，煤礦瓦斯突出、透水與火災是礦井的三大自然災害，其中因瓦斯引起的事故尤為突出，據(jù)煤炭行業(yè)有關(guān)專家分析，瓦斯突出與礦井溫度有著密切的關(guān)系，近年來有人探討參考礦井中煤層溫度的變化來預測瓦斯的突出，而且，環(huán)境溫度

8、還對煤礦工人的健康有直接影響，所以對礦井中重要場所的溫度進行監(jiān)控在瓦斯災害性事故預測、保障勞動環(huán)境等方面具有重要意義。礦用溫度傳感器是監(jiān)控系統(tǒng)的主要配套設(shè)備之一，礦井安全、生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，使我省的煤礦安全生產(chǎn)管理水平達到一個高度。1.2本課題研究的內(nèi)容本文所要探討的溫度傳感器，它的主要部件采用中大型規(guī)模集成電路芯片，可用于遠距離溫度測量，功耗?。?W），測溫范圍比較大（50+150），測量精度高（溫差±0.2），非線性好（0.2%）。一般的溫度傳感器應具有以下基本功能： 1. 能把溫度量轉(zhuǎn)換為成比例的模擬電信號（電流或電壓等）；2. 把模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；3. 通過數(shù)字電路（計算

9、，譯碼和顯示）直接指示溫度值。根據(jù)上述基本功能的要求，可畫出溫度傳感器電路的簡框圖溫度變換處理A/D轉(zhuǎn)換計數(shù)數(shù)碼顯示圖11 溫度傳感器電路的簡框圖溫度傳感器是溫度變換電路的關(guān)鍵器件，常用的溫度傳感器有熱電偶，鉑電阻，半導體熱敏電阻等。近年來集成溫度傳感器已被廣泛采用，它的主要優(yōu)點是測溫精度高，重復性好，線性優(yōu)良，使用方便且適于遠距離傳送。本溫度傳感器中的電路中采用的溫度傳感器就是集成溫度傳感器（AD590），電壓放大電路應有高的共模抑制比。低噪聲和高輸入電阻。這才能對傳感器輸入的微弱信號進行有效的放大，溫度控制報警電路采用聲光報警及繼電器自動控制，本設(shè)備利用V/F轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，該方法的

10、優(yōu)點是轉(zhuǎn)換精度高，電路簡單，成本較低和抗干擾能力強，尤其適用于在轉(zhuǎn)換速度要求不高而又需要遠距離信號傳輸?shù)膱龊舷聭茫嬎?，譯碼。顯示電路采用MC14553，CD4511和數(shù)碼塊；它是在固定時間內(nèi)對A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量進行計算，它便于人們進行讀數(shù)，顯示較為清晰。根據(jù)以上對組成功能塊和初步分析，可以畫出本溫度傳感器電路的方框圖。如圖，圖中增加了一個自動控制報警電路，一個控制電路，由它產(chǎn)生一個門控信號（時基，脈沖），只有在其脈沖寬度內(nèi)才允許計數(shù)器計數(shù)，這樣才能實現(xiàn)上述的在固定時間內(nèi)對數(shù)字信號進行計數(shù)的要求，為了實現(xiàn)精確的溫度測量。這個門控信號的脈沖寬度要十分精確和穩(wěn)定。 2 方案確定2.1設(shè)計的整體

11、思路在設(shè)計一個智能化測量系統(tǒng)時，首先要進行系統(tǒng)的總體方案設(shè)計中一般應滿足以下幾點2122： (1) 遵循從整體到局部的設(shè)計原則。(2) 經(jīng)濟性要求。 (3) 可靠性要求。 (4) 操作和維護要求。就硬件而言，系統(tǒng)所選用的設(shè)計電路和應用器件，不僅要考慮滿足功能要求，還應考慮產(chǎn)品的應用環(huán)境，留有一定的設(shè)計余量，以滿足可靠性要求。2.2總體方案分析對于本課題所要研制的傳感器系統(tǒng)而言，其基本出發(fā)點就是利用現(xiàn)有工藝條件，采用微型計算機處理技術(shù)，提高傳感器精度等級和工作穩(wěn)定性，拓展其功能，并賦予其智能化特征，使傳感器不僅能夠?qū)崟r準確地測量環(huán)境溫度，同時盡可能減少不必要的人工操作，提高工作效率。因此，整個傳

12、感器系統(tǒng)總體設(shè)計方案的確定，要圍繞優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計這個原則，盡量減少硬件電路的復雜程度，發(fā)揮計算機處理功能強大的優(yōu)勢，提高系統(tǒng)工作的可靠性。鑒于此，同時根據(jù)系統(tǒng)要求，確定該系統(tǒng)總體設(shè)計方案如圖21所示：溫度傳感器電壓放大V/F轉(zhuǎn)換計數(shù)及寄存譯碼及驅(qū)動數(shù)碼顯示門控電路直流穩(wěn)壓電源報警電路圖21 礦用溫度傳感器系統(tǒng)框圖本設(shè)計采用的數(shù)字電路和模擬電路來實現(xiàn)所需功能。溫度信號通過溫度敏感元件將溫度信號轉(zhuǎn)化為電信號，再經(jīng)過電壓放大和電壓頻率轉(zhuǎn)換（V/F變換），對頻率信號進行計數(shù)譯碼等處理，實現(xiàn)顯示報警等功能。礦用溫度傳感器將測得的溫度值由總線輸入到微控制器中，微控制器將采集到的溫度值處理，獲得高精度的測量結(jié)

13、果，送入LED數(shù)碼管顯示，同時計算出對應的頻率信號，輸出給監(jiān)控系統(tǒng)的工作分站，上傳給監(jiān)控主機。如果檢測溫度超過傳感器的溫度報警設(shè)定值，則發(fā)出聲光報警提示。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1直流穩(wěn)壓電源3.1.1直流電源，本電路中用的直流電源為單相小功率電源，它將頻率為50HZ，有效值為200V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定，輸出電流為幾百毫安以下的直流電壓，單相交流電經(jīng)過電源變壓器，整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓，其方框圖以及各電路輸出電壓波形如圖所示，下面就各部分的作用加以介紹。電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路U 0-+.圖31 直流電壓變換圖直流電源的輸入為220V的電網(wǎng)電壓，一般情

14、況下，所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過電源變壓器降壓后，再對交流電壓進行處理。變壓器副邊電壓有效值決定于后面電路的需要。變壓器副邊電壓通過整流電路由交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。即將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈沖電壓。圖中整流電路輸出端所畫波形是未接濾波電路時的波形，接入濾波電路后波形有所變化。 為了使輸出電壓平滑，理想情況下，應將交流分量全部濾掉，使濾波電路的輸出電壓僅為直流電壓。然而，由于濾波電路為無源電路，所以接入負載后影響其濾波效果，對于穩(wěn)定性要求不高的電子電路，整流濾波后的直流電壓可以作為供電電源，交流電壓通過整流，濾波后，雖然變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但是當電

15、網(wǎng)電壓波動或者負載變化時，其平均值也隨之變化，穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動或負載電阻變化影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。3.1.2 W117穩(wěn)壓塊結(jié)合以上對直流穩(wěn)壓電源的基本分析，對照下面本溫度傳感器電路中所用到的穩(wěn)壓電源部分，如圖，下面對它作一下討論。圖32 穩(wěn)壓電源模塊本電路中，220V交流電經(jīng)變壓電路降壓為24V的交流電壓，然后經(jīng)四個二級管的全橋整流，再經(jīng)過C1（1000uF/150V）電容的濾波，得到脈動電壓，再經(jīng)過W117集成穩(wěn)壓塊，經(jīng)過可調(diào)電位器R2的調(diào)整，得到符合要求的直流電壓，圖32中C2用于抵消入射線較長時的電感效應，以防止電路產(chǎn)生自激振蕩，其容量較小，取

16、0.1uF為了減少R2上的紋波電壓，在其上并聯(lián)了一個10uF的電容C3，但是，在輸出短路時，C3將向穩(wěn)壓器調(diào)整端放電，并使調(diào)整端發(fā)射結(jié)反偏，為了保護穩(wěn)壓器，可加二極管D1，提供一個放電回路。電容C4用消除輸出電壓中的高頻噪聲，取1uF也可用幾微法至幾十微法的電容，以便出較大的脈沖電流，但若C4容量較大，一旦輸入端斷開，C4將從穩(wěn)壓器輸出端向穩(wěn)壓器放電，易使穩(wěn)壓器損壞，因此，在穩(wěn)壓器的輸入端和輸出端之間跨接一個二級管D2，起保護作用，在此電路中，有一個重要器件W117三端穩(wěn)壓器，下面對其主要參數(shù)做一下介紹：它有三個引出端，分別為輸入端，輸出端，電壓調(diào)整端（簡稱調(diào)整端）。調(diào)整端是基準電壓電路的公共

17、端，T1和T2組成的復合管為調(diào)整管；基準電壓電路為能隙基準電壓電路；比較放大電路是共集共射放大電路，保護電路包括過流保護，調(diào)整管安全區(qū)保護和過熱保護三部分。R1和R2為外接的取樣電阻，調(diào)整端接在它們的連接點上。當輸出電壓U0因某種原因（如電網(wǎng)電壓波動式或負載電阻變化）而增大時，比較放大電路的反相輸入端電位（即采樣電壓）隨之升高，使得放大電路輸出端電位下降，U0勢必隨之減??；當輸出電壓U0因某種原因而減小時，各部分的變化與上述過程相反；因而輸出電壓穩(wěn)定?？梢姡c一般串聯(lián)型穩(wěn)壓電路一樣，由于W117電路中引入了電壓負反饋，使得輸出電壓穩(wěn)定，因為調(diào)整端的電流很小，約為50uA.所以輸出電壓為其中UR

18、EF的典型值為1.25V。主要參數(shù)：W117的最大輸出電流為1.5A，工作溫度范圍55150。 對于特定的穩(wěn)壓器，基準電壓UREF是1.2V1.3V中的某一個值，在一般分析計算時可取典型值1.25V。 W117的輸出端和輸入端電壓之差為3V40V，過低時不能保證調(diào)整管工作在放大區(qū)，從而使穩(wěn)壓電路不能穩(wěn)壓，過高時調(diào)整管可能因為管壓降過大而擊穿。 外界取樣電阻必不可少，根據(jù)最小輸出電流I0min可求出R1的最大值，一般取240。 調(diào)整端電流很小，且變化也很小，在電網(wǎng)電壓波動和負載電阻變化時，輸出電壓非常穩(wěn)定。3.2溫度傳感器及電路 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，特別是自動化的發(fā)展，對測量的精度和速度，尤其對

19、被測量動態(tài)過程和遠距離的測量提出了更高的要求，因而絕大多數(shù)是將非電量轉(zhuǎn)換成電量再測量，溫度傳感器有多種類型，可根絕溫度范圍和測量精度等要求進行選擇。本電路中采用了型號為AD590的集成溫度傳感器，而是電流型集成溫度傳感器，AD590是一個二端器件，成本低，它是以電流為輸出來指示溫度，使用時不需要考慮任何傳輸線上電壓信號損失和噪聲干擾，具有很高的測量精度，廣泛應用于遠距離測溫，遠距離控溫和多點測溫等控制系統(tǒng)中，下面分析AD590的性能特點及基本接法。AD590的性能特點如下： 測量范圍：55150 工作電壓范圍：4V30V 線性電流輸出：1PA1K 極好的線性：在整個測溫范圍內(nèi)非線性誤差小于&#

20、177;0.3 激光微調(diào)定標使精度達到±0.53.3 電壓放大器圖33 電壓放大器原理圖傳感器輸出電壓UT一般較弱，需要經(jīng)過放大后才能進入A/D轉(zhuǎn)換，但由于UT數(shù)值較小，還常常包含有各種共模干擾信號，所以需要采用共模抑制比和增益均很高的低噪聲測量放大器。如上圖A1.A2為同相輸入放大，它們組成第一級放大電路。運放A3組成第二級差分運算電路，三個運放電路都引入了深度負反饋。根據(jù)運放A1A2輸入端分別“虛短”得：上式中UT為傳感器輸出電壓，UR為參考電壓，它是由穩(wěn)壓管經(jīng)電位器RW分壓取得的，電路中的三個運放，故用集成器運放LM324因此第二級運算電路的差模輸入電壓為：根據(jù)差分運算電路輸出

21、電壓的計算公式可得： 因此說放大電路的電壓放大倍數(shù)為：改變RW可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)Au的大小。下面對放大電路的參數(shù)及測溫范圍擴展電路做一下分析。3.3.1測溫范圍擴展電路這部分電路的功能是可使前面所說明的測溫裝置能顯示被測溫度的正負值并能擴展測溫范圍（100）為實現(xiàn)上述功能，電路中加入了一個雙D觸發(fā)器CD4013，并利用計數(shù)器MC14553的溢出信號，作為CD4013的觸發(fā)信號，現(xiàn)簡述基本工作原理：圖35 CD4013工作原理圖MC14553是三位十進制計數(shù)器（BCD碼輸出）每當計滿100個脈沖時它的溢出端OF（引腳14）就輸出一個完整的脈沖，而后重新開始從零計數(shù)?；谶@一特點，同時又根據(jù)在設(shè)計V/

22、F變換器時是把0100轉(zhuǎn)換，放大后的輸出電壓換成對應的脈沖頻率1000HZ2000HZ這一原則。我們就可以由MC14553的計數(shù)值（最高計數(shù)值為1000）和其溢出端OF的輸出情況，來確定被測溫度是處于0100或大于100的哪一范圍。其原理圖見圖35(a)對應的波形關(guān)系見圖(b)，圖中的兩個觸發(fā)器，它們均接成T型觸發(fā)器（D端和端相連接）由時鐘脈沖上升沿觸發(fā)。其溢出脈沖情況有下列三種可能：（1）在計數(shù)周期1秒內(nèi)，只有一個溢出脈沖產(chǎn)生，則二觸發(fā)器的輸出狀態(tài)為Q2Q1=“01”，于是三極管導通，個位數(shù)碼小數(shù)點被點亮，說明計數(shù)脈沖個數(shù)在10002000范圍，則顯示的溫度值為0100范圍。（2）在計數(shù)周期

23、內(nèi)，如果有兩個溢出脈沖產(chǎn)生，則二觸發(fā)器的輸出狀態(tài)為Q2Q1=“10” 說明計數(shù)脈沖個數(shù)大于2000（即頻率2000HZ）則被測溫度值大于100這時原有的三位數(shù)碼管顯示值是大于100的溫度值部分。正確的溫度值應把這個顯示值再加上100才行這時Q2輸出的高電平使T2導通，于是對應的百位數(shù)碼管被點亮但該數(shù)碼管上只利用了其中的bc段，所以只指示為1。從而完成了顯示溫度值為100的范圍。（3）如果在計數(shù)周期1S內(nèi)，沒有溢出脈沖產(chǎn)生，說明計數(shù)脈沖個數(shù)1000對應的頻率小于1000HZ即被測溫度值0，此時原來三位數(shù)碼管顯示的數(shù)值并不是實際溫度值。實際溫度值應為顯示值減去100，比如顯示值為75.5，正確溫度

24、值為75.5100=24.5由于此時無溢出脈沖，觸發(fā)器狀態(tài)Q2Q1=“00”所以小數(shù)點和百位數(shù)碼管均不亮，做出了指示溫度為0的狀態(tài)。3.4溫度控制及報警電路本設(shè)備的電路不僅能完成溫度測量，而且還能實現(xiàn)溫度的控制同時還能報警，最簡單的溫控制報警電路可以利用施密特觸發(fā)器帶回電壓比較器由它去控制繼電路的吸合，從而進行通電加熱升溫或斷電降溫，加熱升溫的指示標志是綠色發(fā)光二極管亮，斷電降溫標志是蜂鳴器報警，蜂鳴器作為最高加熱溫度的標志，施密特觸發(fā)器的反向輸入端與測量放大器的輸入端相連同相輸入端接參考電壓（電壓值可由電位器調(diào)整）該參考電壓大小和預置的溫控值相應，溫控報警電路如圖所示：圖36 溫控報警電路圖

25、中由運算放大器和外接電阻組成施密特電壓比較器，其滯后電壓U由下式?jīng)Q定：UOH代表輸入高電平，UOL代表輸出低電平，UR為控溫報警參考電壓，其大小與預制控制溫度值相對應調(diào)節(jié)UR可改變預制控制值如果被控制溫低于預制值即（）電壓比較器輸出高電平，使三極管導通繼電器吸合，對控溫對象通電加熱LED發(fā)光直到溫度升高到，電壓比較器翻轉(zhuǎn)輸出低電平三極管T1截止，T2導通，蜂鳴器報警，繼電器J釋放，使控溫對象斷電待溫度降至轉(zhuǎn)換電壓時，電壓比較器又輸出高電平從新使三極管T1導通T2截止，對被控制對象加熱，蜂鳴器為最高溫度標志報警點，它使人們及時知道被控物體的工作情況，給予及時的提示，防止因為有時視覺疲勞的讀數(shù)或觀

26、察錯誤而造成不必要的損失。LED發(fā)光二極管為加熱狀態(tài)指示燈。 T1所接二極管D作為三極管保護用，當晶體管由導通變?yōu)榻刂範顟B(tài)時，控制繼電器的電感線圈將會產(chǎn)生很高的反電勢，極性為上負下正，如不采取措施，將有可能使晶體管集電結(jié)反向擊穿而損壞。當接入二極管D后，此時二極管導通，使反電動勢被限制在0.7V左右，從而可使三極管能安全工作。3.5 V/F變換電路V/F變換和F/V變換采用集成塊LM331，LM331是美國NS公司生產(chǎn)的性能價格比較高的集成芯片，可用作精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器用。LM331采用了新的溫度補償能隙基準電路，在整個工作溫度范圍內(nèi)和低到4.0V電源電壓下都有極高的精度。同時它動態(tài)范圍寬，可

27、達100dB；線性度好，最大非線性失真小于0.01，工作頻率低到0.1Hz時尚有較好的線性；變換精度高，數(shù)字分辨率可達12位；外接電路簡單，只需接入幾個外部元件就可方便構(gòu)成V/F或F/V變換電路，并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。LM331可用作精密的頻率電壓（F/V）轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長時間積分器以及其它相關(guān)的器件。LM331為雙列直插式8腳芯片。    LM331內(nèi)部有（1）輸入比較電路（2）定時比較電路（3）RS觸發(fā)電路（4）復零晶體管（5）輸出驅(qū)動管（6）基準電路（7）精密電流源電路（8）電流開關(guān)（9）輸出保護點路等部分。輸出管采用集電極開路形式

28、，因此可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，從而適應TTL、DTL和CMOS等不同的邏輯電路。此外，LM331可采用單/雙電源供電，電壓范圍為4V40V，輸出也高達40V。IR（PIN1）為電流源輸出端，在f0（PIN3）輸出邏輯低電平時，電流源IR輸出對電容CL充電。引腳2為增益調(diào)整，改變RS的值可調(diào)節(jié)電路轉(zhuǎn)換增益的大小。f0為頻率輸出端，為邏輯低電平，脈沖寬度由Rt和Ct決定。引腳4為電源地。引腳5為定時比較器正相輸入端。引腳6為輸入比較器反相輸入端。引腳7為輸入比較器正相輸入端。8引腳為電源正端。 圖37 由LM331組成的電壓頻率變換電路圖37是由LM331組成的

29、電壓頻率變換電路，LM331內(nèi)部由輸入比較器、定時比較器、RS觸發(fā)器、輸出驅(qū)動、復零晶體管、能隙基準電路和電流開關(guān)等部分組成。輸出驅(qū)動管采用集電極開路形式，因而可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配TTL、DTL和CMOS等不同的邏輯電路。 當輸入端Vi輸入一正電壓時，輸入比較器輸出高電平，使RS觸發(fā)器置位，輸出高電平，輸出驅(qū)動管導通，輸出端f0為邏輯低電平，同時電源VCC也通過電阻R2對電容C2充電。當電容C2兩端充電電壓大于VCC的2/3時，定時比較器輸出一高電平，使RS觸發(fā)器復位，輸出低電平，輸出驅(qū)動管截止，輸出端f0為邏輯高電平，同時，復零晶體管導通，電容C

30、2通過復零晶體管迅速放電，電子開關(guān)使電容C3對電阻R3放電。當電容C3放電電壓等于輸入電壓Vi時，輸入比較器再次輸出高電平，使RS觸發(fā)器置位，如此反復循環(huán)，構(gòu)成自激振蕩。輸出脈沖頻率f0與輸入電壓Vi成正比，從而實現(xiàn)了電壓頻率變換。其輸入電壓和輸出頻率的關(guān)系為：由式知電阻R2、R3、R4、和C2直接影響轉(zhuǎn)換結(jié)果f0，因此對元件的精度要有一定的要求，可根據(jù)轉(zhuǎn)換精度適當選擇。電阻R1和電容C1組成低通濾波器，可減少輸入電壓中的干擾脈沖，有利于提高轉(zhuǎn)換精度。V/F轉(zhuǎn)換電路的作用的把檢測到的模擬電壓，經(jīng)放大后變成對應頻率的脈沖信號，脈沖信號的頻率f與輸出電壓的大小成正比，即： 式中Ui為V/F變換電路

31、的模擬輸出電壓只存在固定時間T內(nèi)（有定時器控制時間T）對V/F轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖進行計數(shù)，則有計數(shù)值與脈沖頻率間的關(guān)系為： 式中D為計數(shù)值，為V/F轉(zhuǎn)換得到的脈沖信號頻率，可見計數(shù)值D與輸入電壓Ui的幅值成正比，從而實現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。 最佳溫度穩(wěn)定性:最大值為±50×106/ 小功耗:5V以下典型值為15mr 動態(tài)范圍:10KHZ滿量程頻率下最小值為100dB 滿量程頻率范圍:1HZ100KHZ3.6 計數(shù)，譯碼，顯示電路 因V/F轉(zhuǎn)換器完成A/D轉(zhuǎn)換，需要與計數(shù)器配合使用，即需要固定的時間內(nèi)對V/F轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖進行計數(shù)，該計數(shù)值表示了V/F轉(zhuǎn)換器所輸入的模擬電壓的大小1

32、8。計數(shù)器選用MC14553(CD4553)，它是三位十進制（BCD碼輸出）計數(shù)器，顯示譯碼器選用CD4511，它設(shè)有鎖存器，七段顯示譯碼器和輸出驅(qū)動電路；顯示譯碼器選用CD4511，下面著重對CD4511及其它所成的電路做一下分析：CD4511是常用的七段顯示譯碼器，它具有輸出大驅(qū)動電流的能力，最大可達到25mA，可直接驅(qū)動LED數(shù)碼管，或熒光數(shù)碼管，它有四個輸入端A，B，C，D和七個輸出端ag，它還具有輸入BCD碼鎖存，燈測試和熄滅顯示控制功能，它們分別由鎖存端LE，燈測試端LT，熄滅控制端來控制。 當鎖存允許端LE=“0”時鎖存器直通，譯碼器輸出端ag隨入AD端而變化，當LE=“1”時，

33、鎖存器鎖定，輸出端保持不變，熄滅控制端BI非=0時，譯碼器輸出全“0”。因此，正常工作時應使為高電頻，另外燈測試端譯碼器輸出全“1”，數(shù)碼管各段均亮，即顯示“8”，用來檢測數(shù)碼管是否正常，當輸入端譯碼大于1001時，七段顯示管輸出全“0”，各段均不亮，CD4511常用于驅(qū)動其陰極LED數(shù)碼管，工作時一定要加限流電阻。本設(shè)備中由CD4511組成的基本數(shù)字顯示電路如下圖所示：圖38 由CD4511組成的基本數(shù)字顯示電路圖中BS205為共陰極LED數(shù)碼管，電阻R用于限制CD4511的輸出電流大小，它決定LED的工作電流大小，從而調(diào)節(jié)LED的發(fā)光亮度，R值由下式?jīng)Q定：式中U0H為CD4511輸出高頻電

34、壓（VDD）UD為LED的正向工作電壓（1.5V2.5V），對于多位數(shù)碼顯示，通常采用動態(tài)掃描顯示方法，只需一片譯碼器，本設(shè)備所采用譯碼顯示電路如下圖所示：圖39 數(shù)碼顯示電路框圖該電路由三位十進制（BCD碼輸出）計數(shù)器MC14553，譯碼器CD4511和三位LED數(shù)碼管組成，計數(shù)器MC14553的三位（百，十，個位）輸出BCD碼按時序通過Q0Q3送至譯碼器CD4511，同時輸出相應的顯示位選擇位號DS3（低電平有效），使對應的三級管導通，則LED數(shù)碼管共陰極接地，于是相應位的計數(shù)器內(nèi)容被對應的數(shù)碼管顯示出來，只要掃描頻率不很低，三位數(shù)碼管就能顯示出穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。3.7定時鎖存和清零信號產(chǎn)生電路

35、3.7.1定時(IS)信號前面已經(jīng)指出，需采用V/F轉(zhuǎn)換器，進行A/D轉(zhuǎn)換，要應該對V/F轉(zhuǎn)換輸出的頻率脈沖在固定時間內(nèi)進行計數(shù)，這一時間固定為1秒，在此期間計數(shù)的結(jié)果就是換轉(zhuǎn)器輸出脈沖的頻率，為了配合計數(shù)器MC14553就需要產(chǎn)生頻率為0.5HZ(周期為2秒)的對稱方波，該方波輸出為低平期間(1秒)控制計數(shù)器(MC14553)計數(shù)，這使該方波作用到MC14553的計數(shù)允許控制端(NH端，引腳11)即可，因為INH端為低電平時才允許計數(shù)，而高電平時禁止計數(shù)。這種頻率為0.5HZ的方波信號作為計數(shù)時間的基準，叫做秒時基信號，為了得到時間精確的秒時基信號，采用“振蕩加分頻”的方法，即先產(chǎn)生一個高頻

36、波。而后對它進行分頻，只要分頻系數(shù)合適，就可以得到所需要的“秒信號”比如高頻振蕩產(chǎn)生方波的頻率為32768HZ=215HZ，經(jīng)過216次分頻，就得到了我們所要求的頻率為0.5HZ的秒信號，本設(shè)備采用的就是這種電路，電路原理圖，如圖，“秒信號”產(chǎn)生電路：圖310 “秒信號”產(chǎn)生電路圖中用了集成電路器件(CD4060和CD4013)關(guān)鍵是CD4060它是一個14位二進制計數(shù)器(分頻器)振蕩器集成電路，它由兩部分電路構(gòu)成，一部分電路是14級分頻器另一部分電路是振蕩器。分頻器部分是由T觸發(fā)器組成的14位二進制串行計數(shù)器，其分頻數(shù)為(1616384)(即214214)由Q14Q14振蕩器是兩個反相器通過外接電表石英晶體構(gòu)成振蕩頻率為32768HZ的非對稱式多諧振蕩器，經(jīng)其本身14級分頻，在其輸出端(引腳3)得到頻率為2HZ的對稱方波，然后再經(jīng)過后面所接的雙D觸發(fā)器CD4013的四分頻即可從引腳13得到0.5HZ的對稱方波脈沖寬度為1S，它就是所要求“秒時基信號”。3.7.2鎖存和清零信號對V/F轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖進行定時計數(shù)，數(shù)碼管顯示的數(shù)字不應變化，而且只在有在1秒時間結(jié)束停止計數(shù)時才顯示計數(shù)結(jié)束，這就是要在技術(shù)和譯碼單元之間設(shè)置鎖存單元。計數(shù)器MC14553內(nèi)部包含有鎖存單元(寄存器)計數(shù)結(jié)果能否進入寄存器由鎖存允許端LE控制，前面已提及。