简易温度采集器.doc

电气电子信息工程系课程设计报告简易温度采集器作者 田艳静 081851005 岳 云 081851014 王翠翠 081851019 姬彩霞 081851025 专业 电子信息工程 年级 2008 指导教师 李研达 成 绩 日期 2009.04.28 目录1 引言32 技术要求33 方案论证34 电路设计44.1 根据设计要求，画出系统结构图44.2 温度测量模块44.2.1 温度传感器介绍44.2.2 AD590的主要特性54.3 A/D转换模块.54.4 显示模块85 调试106 结束语10参考文献12附录一 部分电路图13摘要：本设计方案主要包括四大部分温度信号采集及放大部分， A/D转换部分及数字显示部分。设计的产品为数据采集显示器，设计要求为数字显示测得的温度，测得的温度范围为0100。关键词：传感器 ADC0804 74LS481 引言随着我国工业的迅速发展,数据采集领域正在发生着重要的变化. 传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件,热敏电阻成本低,但需要后续信号处理电路,而且热敏电阻的可靠性相对较差,测量温度的准确度低,检测系统的精度差。我们选用的是美国模拟气电公司生产的集成感温电流源AD590进行温度采集。AD590接口电路非常简单，不需要外围温度补偿和线性处理电路，便于安装和调试。ADC0804进行数模转换，通过74LS48驱动数码管显示温度。2 技术要求（1）能进行温度采集（2）在一位数码管上显示当前采集到的环境温度（09）3 方案论证 方案一：采用AD590作为传感器，通过采集电压的变化，测得环境温度。当温度转换为相应的电压后，因为要实现温度的数字显示，就必须有模拟/数字转换装置。考虑到温度信号为缓变信号，而在单片集成A/D转换器中，逐次比较型使用较多，在精度速度和价格上都适中。双积分A/D转换器具有精度高，抗干扰能力强，但转换速度慢。所以我们选用ADC0804. ADC0804足以满足转换速度的要求。如果对A/D转换器的转换精度要求更高，可采用12位的A/D转换器，例如：AD574A。而ADC0804常与AT89C51相联。我们采用LED数码管显示器进行显示。它具有结构简单，价格低廉，使用方便，耗电少，与单片机接口容易等特点，在单片机应用系统中使用的非常普遍。方案二：采用AD590作为传感器，由于电源都有噪声，所以用齐纳二极管作为稳压元件，利用电阻进行分压，通过差分放大器送入ADC0804进行A/D转换，数字显示电路通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成。由于经济能力和个人能力水平有限，所以我们采用常用的7448显示驱动译码器驱动LED显示，它能实现译码和驱动的功能。经过数码管，显示出测量出温度。所以我们选用方案二。4 电路设计4.1 根据设计要求，画出系统结构图温度传感器信号放大电路A/D转换器数码管显示电路4.2温度测量电路AD590输出电流I=（273.2+T）uA（T为摄氏温度）,因此测量的电压V为（273.2+T）uA*10 k=（273.2+T/100）v.为了将电压测量出来又需使输出电流I不分流出来，可使用电压跟随器，其输出电压V2等于输入电压V0.由于一般电源供应较多器件之后，电源是带噪声的，因此可使用齐纳二极管作为稳压元件，再利用可变电阻分压，其输出电压V1需调整至2.73V. 接下来使用差动放大器，其输出V0为（100K/10K）*(V2-V1)=T/10V.如果现为摄氏28度，输出电压为2.8V。4.2.1温度传感器介绍本设计采用国产的AD590， AD590是电流型PN结集成温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。它只需要一种电源（4.524V）即可实现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻，即可实现电流到电压的转换。AD590温度传感器不但实现了温度转换为线性化电量测量，而且精确度高、互换性好、应用简单方便，因此，可把输出的电信号经A/D转换为数字信号。由于AD590性价比较高，所以我们制作电路板的时候把温度采集电路去掉了，只做了模数转换及显示部分。4.2.2AD590的主要特性1、流过器件的电流（1 A）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）变化1K，即1AK2、AD590 的测温范围为-55+150。3、AD590 的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流T I 变化1mA，相当于温度变化1K。AD590 可以承受44V 正向电压和20V 反向电压，因而器件反接也不会被损坏。4、精度高，AD590共有I，J，K，L，M五档。其中M档精度最高，输出电阻为710MW。AD590的主特性参数如下：工作电压：430V；工作温度：55150；保存温度：65175；正向电压：44V；反向电压：20V；焊接温度（10秒）：300；灵敏度：1AK。AD590的接脚图及零件符号 图1 AD590引脚图它采用金属壳3脚封装，其中1脚为电源正端V；2脚为电流输出端I0；3脚为管壳，一般不用。4.3A/D转换模块A/D转化电路见附录一.本设计采用ADC0804，它是有20引脚CMOS 8位单通道逐次渐近型的模/数转换器, 分辨率8位，转换时间100s，输入电压范围为05V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为 5V。该芯片内有输出数据锁存器，工作电压为5V，输出为三态结构。由AD590输出的电压V0接ADC0804的6管脚。转换器的时钟脉冲由外接10K电阻和150PF电容形成，时钟频率约640KHz。基准电压由其内部提供，大小是电源电压UCC的一半。为了启动A/D转换，应先将开关K闭合一下，使端接地（变为低电平），然后再把开关K断开，于是转换就开始进行。模/数转换器一经启动，被输入的模拟量就按一定的速度转换成8位二进制数码，从数字量输出端输出。ADC0804引脚功能及应用特性如下：（1）UIN（+）和UIN（-）：为模拟电压输入端，模拟电压输入接UIN（+）端，UIN（-）端接地。双边输入时UIN（+）、UIN（-）分别接模拟电压信号的正端和负端。当输入的模拟电压信号存在“零点漂移电压”时，可在UIN（-）接一等值的零点补偿电压，变换时将自动从UIN（+）中减去这一电压。（2）基准电压UREF：为模数转换的基准电压，如不外接，则UREF可与UCC共用电源。（3）为片选信号输入，在微机中应用时，当 = 0，说明本片被选中，在用硬件构成的ADC0804系统中，可恒接低电平。为转换开始的走动信号输入，为转换结束后从ADC中读出数据的控制信号，两者都是低电平有效。（4）CLKR和CLKW：ADC0804可外接RC产生模数转换器所需的时钟信号，时钟频率fCLK = 1/1.1RC，一般要求频率范围100KHz1.28MHz。（5）中断申请信号输出端，低电平有效，当完成A/D转换后，自动发信号，在微机中应用，此端应与微处理器的中断输入端相连，当有效时，应等待CPU同意中断申请RD = 0时方能将数输出。若ADC0804单独应用，可将悬空，而直接接地。（6）AGND和DGND：分别为模拟地和数字地。（7）D0D7是数字量输出端。转换器的时钟脉冲由外接10K电阻和150PF电容形成，时钟频率约640KHz。基准电压由其内部提供，大小是电源电压UCC的一半。为了启动A/D转换，应先将开关K闭合一下，使端接地（变为低电平），然后再把开关K断开，于是转换就开始进行。模/数转换器一经启动，被输入的模拟量就按一定的速度转换成8位二进制数码，从数字量输出端输出。ADC0804 转换器的工作时序如图所示。4.4显示模块本设计采用LED数码显示器，由发光二极管组成，它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，它结构简单、价格低廉、使用方便、寿命长、工作稳定可靠等优点，成为最具优势的新一代显示媒体，LED数码显示器有共阴和共阳两种接法，共阴极是高电平有效，共阳极是低电平有效 。7448译码驱动器来驱动LED数码显示器。7448显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。ADC0804的11，13，15，17管脚的数字量输出接7448的1，2，6，7管脚。由7448的输出915管脚接LED。它将输入的二进制代码转换成显示器所需要的七个段信号ag。数码管外形和引脚： 7448译码驱动电路特性介绍:数字显示译码器是驱动显示器的核心部件，它可以将输入代码转换成相应的数字显示代码，并在数码管上显示出来。下图所示为七段显示译码器7448的引脚图，输入A3 、A2 、 A1和 A0接收四位二进制码，输出ag为高电平有效，可直接驱动共阴极显示器，三个辅助控制端 、 、 ，以增强器件的功能，扩大器件应用。7448的真值表如表2所示。从功能表可以看出，对输入代码0000，译码条件是：灯测试输入 和动态灭零输入 同时等于1，而对其他输入代码则仅要求=1，这时候，译码器各段a到g输出的电平是由输入代码决定的，并且满足显示字形的要求。灯测试输入低电平有效。当 = 0时，无论其他输入端是什么状态，所有输出ag均为1，显示字形8。该输入端常用于检查7448本身及显示器的好坏。 动态灭零输入 低电平有效。当 =1，且输入代码 时，输出ag均为低电平，即与0000码相应的字形0不显示，故称“灭零”。利用 =1与 = 0，可以实现某一位数码的“消隐”。 灭灯输入动态灭零输出 是特殊控制端，既可作输入，又可作输出。当 作输入使用，且 = 0时，无论其他输入端是什么电平，所有输出ag均为0，字形熄灭。 作为输出使用时，受 和 控制，只有当 ， ，且输入代码 时， ，其他情况下 。该端主要用于显示多位数字时多个译码器之间的连接。七段显示译码器7448的逻辑功能表如下所示：5调试 1.方法：主要是通过改变输入电压的值来进行调节。 2. 步骤：（1） 初步检查电路板，看是否有元件没有焊完，位置是否正确；（2）在上一步的基础上，如果没有问题，就观察是不是元件的正负极接反，元件的参数是否正确。（3） 如果是元件的参数出现了问题，则根据故障来决定是将元件调小还是加大。3. 固定电阻器色环标志读数识别规则 4.电容的测试同电阻一样要先打磨引脚，但不同的是电容要用指针表测试，在测试是要先把指针表满偏同时将指针表打到1K档，其次：用表笔对电容进行放电，在用表进行测试，用红笔接负极，黑笔接正极；最后：看指针的偏转，且还要指针还原，如能还原就表明电容正常，不能回到原位则表明电容漏电。（1） 测试漏电电容方法：用万用表的电阻挡（R*100和R*1K），将表笔接触电容器两引线。刚接触时，由于电容充电电流大，表头指针偏转角度大，随着充电电流减小，指针逐渐向R=无穷方向返回，最后稳定处即漏电电阻值。一般电容器的漏电电阻为几百至几千兆欧，漏电电阻相对小的电容质量不好。测量时，若表头指针指到或接近欧姆零点，表示电容器内部短路。若指针不动，始终指在R=无穷处，则意味着电容器内部短路或已失效。对于电容量在0.1F以下的小电容，由于漏电电阻接近无穷，难以分辨，故不能此法侧漏电阻或判定好坏。安装调试时，线路局部出现电路不通，经检查发现产生这种原因的可能是因为焊接的时候有虚焊、印制电路板不好或是接元器件的时候无意间把某跟导线弄断所导致。在此次安装调试中，我们学到了许多课本中没有学到的知识，它不仅需要我们对课本专业知识有较深的理解，而且要学会与实践相结合。6结束语在这次课程设计中，我们要感谢李研达老师，在李老师的悉心指导和严格要求下已顺利完成课程设计。在从课题选择、方案论证到具体设计和调试，都受到了老师的精心指导和无私的关怀，在设计中我们有了很大的收获，受益匪浅。在此向李老师表示深深的感谢和崇高的敬意。 本设计能够顺利的完成，归功于各位任课老师的认真负责和悉心帮助和支持，才使我的设计工作顺利完成，在此向安阳师范学院，电气电子工程系的全