LM35和ICL7107數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)

./1電路的設(shè)計(jì)數(shù)字溫度計(jì)電路原理系統(tǒng)方框圖,如圖1.1.溫度采集溫度采集電壓放大AD轉(zhuǎn)換數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)溫度顯示圖2.1電路原理方框圖通過(guò)溫度傳感器LM35采集到溫度信號(hào),經(jīng)過(guò)整形電路送到A/D轉(zhuǎn)換器,然后通過(guò)譯碼器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示溫度。ICL7107集A/D轉(zhuǎn)換和譯碼器于一體,可以直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管,省去了譯碼器的接線,使電路精簡(jiǎn)了不少,而且成本也不是很高。ICL7107只需要很少的外部元件就可以精確測(cè)量0到200mv電壓,LM35本身就可以將溫度線性轉(zhuǎn)換成電壓輸出。綜上所述,采用LM35采集信號(hào),用ICL7107驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)信號(hào)的顯示。2電路原理及其電路組成數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)原理圖見(jiàn)附錄1。它通過(guò)LM35對(duì)溫度進(jìn)行采集,通過(guò)溫度與電壓近乎線性關(guān)系,以此來(lái)確定輸出電壓和相應(yīng)的電流,不同的溫度對(duì)應(yīng)不同的電壓值,故我們可以通過(guò)電壓電流值經(jīng)過(guò)放大進(jìn)入到A/D轉(zhuǎn)換器和譯碼器,再由數(shù)碼管表示出來(lái)。2.1傳感電路LM35具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍,該器件輸出電壓與攝氏溫度線性成比例。因而,從使用角度來(lái)說(shuō),LM35與用開(kāi)爾文標(biāo)準(zhǔn)的線性溫度傳感器相比更有優(yōu)越之處,LM35無(wú)需外部校準(zhǔn)或微調(diào),可以提供±1/4℃LM35具有以下特點(diǎn)：〔1工作電壓：直流4～30V；〔2工作電流：小于133μA〔3輸出電壓：+6V～-1.0V〔4輸出阻抗：1mA負(fù)載時(shí)0.1Ω；〔5精度：0.5℃精度〔在+25〔6漏泄電流：小于60μA；〔7比例因數(shù)：線性+10.0mV/℃；〔8非線性值：±1/4℃；〔9校準(zhǔn)方式：直接用攝氏溫度校準(zhǔn)；〔10封裝：密封TO-46晶體管封裝或塑料TO-92晶體管封裝；〔11使用溫度范圍：-55～+150℃?zhèn)鞲衅麟娐凡捎煤诵牟考荓M35AH,供電電壓為直流15V時(shí),工作電流為120mA,功耗極低,在全溫度范圍工作時(shí),電流變化很小。電壓輸出采用差動(dòng)信號(hào)方式,由2、3引腳直接輸出,電阻R為18K普通電阻,D1、D2為1N4148。傳感器電路原理如圖2.1.采樣值的準(zhǔn)確量化是溫控電路正常工作的關(guān)鍵,這里采用以下?lián)Q算辦法來(lái)進(jìn)行量化。設(shè)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理后的電壓為Ui,則已知－10V對(duì)應(yīng)的溫度為－55℃,10V對(duì)應(yīng)的溫度為125℃,易求得比例因數(shù)Kt＝0.111V/℃。溫度為0℃時(shí),ΔT＝55℃〔即相對(duì)于－55℃的變化量。圖2.1傳感器電路原理圖Ui轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后,每個(gè)數(shù)字量對(duì)應(yīng)電壓值為4.883mV,〔由12位AD,滿(mǎn)量程20V可得,用Ks表示?？汕蟮脭?shù)字量變化與溫度變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系：＝〔0.111V/℃/〔4.883mV/數(shù)字量＝22.73數(shù)字量/℃當(dāng)ｔ＝0℃時(shí),AD輸出的數(shù)字量D0=0+55℃×22.73數(shù)字量/℃＝1250＝04E2H。溫控電路由傳感器電路、信號(hào)調(diào)理電路、A/D采樣電路、單片機(jī)系統(tǒng)、輸出控制電路、加溫電路構(gòu)成。電路基本工作原理：傳感器電路將感受到的溫度信號(hào)以電壓形式輸出到信號(hào)調(diào)理電路,信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理后輸入到A/D采樣電路,由A/D轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量值送給單片機(jī)系統(tǒng),單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)的溫度要求判斷是否需要接通加溫電路。溫度信號(hào)采集電路Op－07芯片是一種低噪聲,非斬波穩(wěn)零的單運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓〔對(duì)于OP-07A最大為25μV,所以O(shè)P-07在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低〔OP-07A為±2nA和開(kāi)環(huán)增益高〔對(duì)于OP-07A為300V/mV的特點(diǎn),這種低失調(diào)、高開(kāi)環(huán)增益的特性使得OP-OP－07具有以下特點(diǎn)：超低偏移：150μV最大。<1>低輸入偏置電流：1.8nA。<2>低失調(diào)電壓漂移：0.5μV/℃。<3>超穩(wěn)定,時(shí)間：2μV/month最大<4>高電源電壓范圍：±3V至±22V它的引腳圖如圖2.2所示。878765圖2.2OP-07引腳圖OP-07芯片引腳功能說(shuō)明：1和8為偏置平衡<調(diào)零端>,2為反向輸入端,3為正向輸入端,4接地,5空腳6為輸出,7接電源+。OP-07高精度運(yùn)算放大器具有極低的輸入失調(diào)電壓,極低的失調(diào)電壓溫漂,非常低的輸入噪聲電壓幅度及長(zhǎng)期穩(wěn)定等特點(diǎn)。由LM35和OP-07組成的信號(hào)采集電路如圖2.3所示：圖2.3信號(hào)采集電路由輸出短路法及輸入求和方式可判斷該電路是電壓并流負(fù)反饋放大電路。因此可知If=-Vi/Rf,反饋系數(shù)F=If/Vo,所以F=-1/R3A=Vo/Ii,放大倍數(shù)AF=A/〔1+AFA/D轉(zhuǎn)換電路ICL7107是高性能、低功耗的三位半A\D轉(zhuǎn)換器,同時(shí)包含有七段譯碼器、顯示驅(qū)動(dòng)器、參考源和時(shí)鐘系統(tǒng)。ICL7107可直接驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極LED數(shù)碼管。ICL7107將高精度、通用性和真正的低成本很好的結(jié)合在一起,它有低于10uV的自動(dòng)校零功能,零漂小于1uV/℃,低于10pA的輸入電流,極性轉(zhuǎn)換誤差小于一個(gè)字。真正的差動(dòng)輸入和差動(dòng)參考源在各種系統(tǒng)中都很有用。在用于測(cè)量負(fù)載單元、壓力規(guī)管和其它橋式傳感器時(shí)會(huì)有更突出的特點(diǎn)。ICL7107轉(zhuǎn)化器原理圖如圖2.4所示。其中計(jì)數(shù)器對(duì)反向積分過(guò)程的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)?？刂七壿嫲ǚ诸l器、譯碼器、相位驅(qū)動(dòng)器、控制器和鎖存器。驅(qū)動(dòng)器是將譯碼器輸出對(duì)應(yīng)于共陽(yáng)極數(shù)碼管七段筆畫(huà)的邏輯電平變成驅(qū)動(dòng)相應(yīng)筆畫(huà)的方波。圖2.4ICL7107轉(zhuǎn)化器原理圖控制器的作用有三個(gè)：第一,識(shí)別積分器的工作狀態(tài),適時(shí)發(fā)出控制信號(hào),使各模擬開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi),A/D轉(zhuǎn)換器能循環(huán)進(jìn)行。第二,識(shí)別輸入電壓極性,控制LED數(shù)碼管的負(fù)號(hào)顯示。第三,當(dāng)輸入電壓超量限時(shí)發(fā)出溢出信號(hào),使千位顯示"1",其余碼全部熄滅。

釣鎖存器用來(lái)存放A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果,鎖存器的輸出經(jīng)譯碼器后驅(qū)動(dòng)LED。它的每個(gè)測(cè)量周期自動(dòng)調(diào)零〔AZ、信號(hào)積分〔INT和反向積分〔DE三個(gè)階段。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電壓波形圖如圖2.5所示圖2.5雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電壓波形圖ICL7107AD轉(zhuǎn)換器的管腳排列及其各管腳功能如圖2.6所示。1V+OSC1401V+OSC1402D1OSC2393C1OSC3384B1TEST375A1REFHI366F1REFLO357G1CREF+348E1CREF339D2COMMON3210C2ICL7107INHI3111B2INLO3012A2A-Z2913F2BUFF2814E2INT2715D3V-2616B3G22517F3C32418E3A32319AB4G32220POLGND21圖2.6ICL7107管腳排列ICL7107是集A/D轉(zhuǎn)換和譯碼器為一體的芯片,而且這芯片能夠驅(qū)動(dòng)三個(gè)數(shù)碼管工作而不需要更多的譯碼器,這給我們連接電路或者分析電路提供了一定的方便。ICL7107芯片的管腳比較多,每一個(gè)管腳所代表的功能也各不相同,能夠組成各種電路,比如說(shuō)有積分電路。這要求我們?cè)诮与娐窌r(shí)要小心,不能出現(xiàn)錯(cuò)誤。數(shù)碼管顯示數(shù)碼管可以分為共陽(yáng)極與共陰極兩種,共陰極是把所有LED的陽(yáng)極連接到共同接點(diǎn)com,而每一LED的陰極分別為a,b,c,d,e,f,g及sp〔小數(shù)點(diǎn),它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2.7所示。aGaGbcdefgSP圖2.7共陽(yáng)極數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中,由于ICL7107的特點(diǎn),它只能驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極數(shù)碼管,故我們要選用共陽(yáng)極七段數(shù)碼管。在連接數(shù)碼管時(shí),我們要注意數(shù)碼管各個(gè)管腳所對(duì)應(yīng)的字母,不能接錯(cuò)或接漏,而且在管腳之前要接上電阻,以免燒壞芯片和數(shù)碼管。調(diào)試與總結(jié)3.1調(diào)試與測(cè)量數(shù)據(jù)我們要通過(guò)調(diào)試電路來(lái)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)電路的相關(guān)內(nèi)容?！?按照電路圖對(duì)相關(guān)元件進(jìn)行連接,其中注意芯片各管腳的作用以及該如何進(jìn)行接線?！?當(dāng)上步驟完成后,接通電源,觀察數(shù)碼管和二極管是否亮,若不亮?xí)r,要對(duì)電路電源進(jìn)行檢測(cè),看是否線路接觸不良或者電路短路?！?〔2完成之后,觀察數(shù)碼管是否顯示數(shù)值,然后改變LM35的溫度值,觀察數(shù)碼管是否隨著溫度變化而變化?！?若數(shù)碼管數(shù)值與溫度值相差太大,則要檢查信號(hào)采集電路中各元件值是否對(duì)。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)電路的正確性以及它的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),我們對(duì)實(shí)物進(jìn)行驗(yàn)證。用帶有溫度測(cè)量的數(shù)字萬(wàn)用表和本次設(shè)計(jì)的電路對(duì)相同溫度下物體進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量并繪成表格進(jìn)行比較。如表3.1。測(cè)測(cè)量工具測(cè)量環(huán)境數(shù)字萬(wàn)用表數(shù)顯溫度計(jì)室溫21.021.1冷水袋15.115.2溫水袋52.052.1表3.1萬(wàn)用表與設(shè)計(jì)電路數(shù)據(jù)的比較由上表的數(shù)據(jù)可以得出,本系統(tǒng)的誤差<1℃,分辨率為0.1設(shè)計(jì)總結(jié)采用LM35、A/D轉(zhuǎn)換器、譯碼器和數(shù)碼管。通過(guò)溫度傳感器LM35采集到溫度信號(hào),經(jīng)過(guò)整形電路送到A/D轉(zhuǎn)換器,然后通過(guò)譯碼器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示溫度。在這次設(shè)計(jì)當(dāng)中,初步了解了AD轉(zhuǎn)換器的工作原理以及數(shù)碼管的連接方法。在這個(gè)設(shè)計(jì)中,信號(hào)采集電路比較重要,要對(duì)電路中各個(gè)元件數(shù)值進(jìn)行精確的計(jì)算,防止電路輸出變化太大,對(duì)測(cè)量不利。4心得體會(huì)數(shù)電課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.回顧起此次課程設(shè)計(jì),至今我仍感慨頗多,的確,從選題到定稿,從理論到實(shí)踐,在短短的兩個(gè)星期的日子里,可以說(shuō)得是苦多于甜,但是可以學(xué)到很多很多的的東西,同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí),而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次數(shù)電課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的,只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái),從理論中得出結(jié)論,從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題,可以說(shuō)得是困難重重,這畢竟第一次做數(shù)電課程設(shè)計(jì),難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題,同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處,對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻,掌握得不夠牢固。生活就是這樣,汗水預(yù)示著結(jié)果也見(jiàn)證著收獲。勞動(dòng)是人類(lèi)生存生活永恒不變的話(huà)題。通過(guò)實(shí)習(xí),我才真正領(lǐng)略到"艱苦奮斗"這一詞的真正含義,我才意識(shí)到老一輩電子設(shè)計(jì)為我們的社會(huì)付出。我想說(shuō),設(shè)計(jì)確實(shí)有些辛苦,但苦中也有樂(lè),在如今單一的理論學(xué)習(xí)中,很少有機(jī)會(huì)能有實(shí)踐的機(jī)會(huì),但我們可以,而且設(shè)計(jì)也是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的任務(wù),一起的工作可以讓我們有說(shuō)有笑,相互幫助,配合默契,多少人間歡樂(lè)在這里灑下,大學(xué)里一年的相處還趕不上這十來(lái)天的合作,我感覺(jué)我和同學(xué)們之間的距離更加近了；我想說(shuō),確實(shí)很累,但當(dāng)我們看到自己所做的成果時(shí),心中也不免產(chǎn)