自制数字温度计

1、2012级测试技术课程设计 集中实践报告书课题名称 自制数字温度计姓 名学 号系、 部电气工程系专业班级指导教师 2015年 6 月 27日一、设计任务及要求：设计任务：设计一个简易数字温度计，装置由温度传感器、信号处理电路、数字电压表构成。设计要求：1选用温度传感器AD590测量温度，通过信号处理电路将温度引起的电流变化转化为电压变化，然后经过双积分A/D转换器转换为数字信号，通过共阳极数码管显示数值。2进行系统总体设计，并画出总设计框图。3设计完成相应的测温电路，导出电路输出电压与温度之间的函数表达式二、指导教师评语： 三、成绩 指导教师签名： 年 月 日 目录第1章设计目的1第2章设计要

2、求1第3章硬件电路设计13.1电路设计结构框图13.2传感器13.3传感器电路的计算23.4信号处理33.5 A/D转换电路的设计43.6显示电路53.7显示电路的设计53.8总电路图6第4章结论6参考文献第1章设计目的设计一个简易数字温度计，装置由温度传感器、信号处理电路、数字电压表构成。第2章设计要求1选用温度传感器AD590测量温度，通过信号处理电路将温度引起的电流变化转化为电压变化，然后经过双积分A/D转换器转换为数字信号，通过共阳极数码管显示数值。2进行系统总体设计，并画出总设计框图。3设计完成相应的测温电路，导出电路输出电压与温度之间的函数表达式。第3章硬件电路设计3.1电路设计结

3、构框图本方案采用AD590集成两段式感温电流源温度传感器对温度进行采集，采集的电压经过放大电路将信号放大，然后经过3.5位A/D转换器转换成数字信号，在进行模拟/数字信号转换的同时, 直接驱动LED显示器,将温度显示出来。系统结构框图如图3-1所示。温度采集AD590电压放大A/D转换LED显示数码管驱动（译码器） 图3-1系统结构框图日常生活中，温度的测量范围为-30 55 ，精度控制为0.5 ，因此本项目采用AD590集成两端式感温电流源温度传感器，3.5位A/D转换器ICL7107及4个八段数码管设计数字温度计。 3.2传感器AD590是半导体结效应式温度传感器，PN结正向压降的温度系数

4、为-2mV/ ，利用硅热敏晶体管PN结的温度敏感特性测量温度的变化测量温度,其测量温度范围为-50150。AD590输出电流值(A级)等于绝对温度(开尔文)的度数。使用时一般需要将电流值转换为电压值, 如图3-2中,Ucc为激励电压, 取值为440 V。输出电流I0以绝对温度零度-273为基准, 温度每升高1 ,电流值增加1A。 图3-2AD590基本原理图温度t对应输出电流Io为3-2Io(t)=273A + t×1A/ (3-2)式中: 273A为摄氏零度时输出的电流值；t为测得的摄氏温度。在室温25 时,输出电流： Io(25)=(273+25)=298 A 3.3传感器电路的

5、计算 电路具有偏置和增益调节装置功能，为了改善输出电压的性能, 电路中采用了电压跟随器。由于AD590输出的是绝对温度, 而实际显示的是摄氏温度, 设计差动放大电路(U1,U2为输入),调整电位器使U1=0.273 V,则输出电压值Uo与温度传感器测得的摄氏温度呈线性关系, 计算公式为3-3 (3-3)如图3-3所示，对于25的室温,Uo=0.025V。 图3-3 电路原理图 3.4信号处理ICL7107是一种高性能、低功耗的三位半A/D转换器，同时包含有七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统。ICL7107可直接驱动共阳极LED数码管。ICL7107将高精度、通用性和真正的低成本很好的结合

6、在一起，它有低于10uV的自动校零功能，零漂小于1uV/，低于10pA的输入电流，极性转换误差小于一个字。真正的差动输入和差动参考源在各种系统中都很有用。在用于测量负载单元、压力规管和其它桥式传感器时会有更突出的特点。对于ICL7107AD转换器来说输入输出电压关系如公式3-4 (3-4) ICL7107AD转换器的管脚排列及其各管脚功能如下：V+和V-分别为电源的正极和负极（或地）。au-gu,aT-gT,aH-gH：分别为个位、十位、百位笔画的驱动信号，依次接个位、十位、百位LED显示器的相应笔画电极。Bck：千位笔画驱动信号。接千位LEO显示器的相应的笔画电极。PM：液晶显示器背面公共电

7、极的驱动端，简称背电极。 Oscl-OSc3 ：时钟振荡器的引出端，外接阻容或石英晶体组成的振荡器。第38脚至第40脚电容量的选择是根据下列公式来决定： Fosl = 0.45/RCCOM ：模拟信号公共端，简称“模拟地”，使 用时一般与输入信号的负端以及基准电压的负极相连。TEST ：测试端，该端经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地，故也称“逻辑地” VREF VREF- ：基准电压正负端。CREF：外接基准电容端。INT：27是一个积分电容器，必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件IN和IN- ：模拟量输入端，分别接输入信号的正端和负端。AZ：积分器和比较器的反向输入

8、端，接自动调零电容CAz 。如果应用在200mV满刻度的场合是使用0.47F，而2V满刻度是0.047F。BUF：缓冲放大器输出端，接积分电阻Rint。其输出级的无功电流( idling current )是100A，而缓冲器与积分器能够供给20A的驱动电流，从此脚接一个Rint至积分电容器，其值在满刻度200mV时选用47K，而2V满刻度则使用470K。ICL7107的工作原理：双积分型A/D转换器ICL7107是一种间接A/D转换器。它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。3.5 A/D转换

9、电路的设计 A/D转换电路的设计,具体电路图如图3-7所示： 图3-7ICL7107与数码管构成的数显电路图由传感器电路与转换电路综合关系求得：显示数=T（温度） 。因此，则可用显示器电路直接可以显示出温度。3.6显示电路数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极是把所有LED的阳极连接到共同接点正电源电压，共阴极是把所有LED的阴极连接到共同接点com。而每一LED分别为a,b,c,d,e,f,g及sp（小数点），共阳极内部结构图如图3-4，共阴极内部结构图如图3-5所示。 a GbcdefgSP 图3-5共阳极数码管内部结构 图3-6共阴极数码管内部结构3.7显示电路的设计在本次设计当中，由

10、于ICL7107的特点，它只能驱动共阳极数码管，故要选用共阳极七段数码管。在连接数码管时，要注意数码管各个管脚所对应的字母，不能接错或接漏，而且在管脚之前要接上电阻，以免烧坏芯片和数码管。对于数码管与ICL7101的连接，其中一个数码管的A到G引脚与ICL7101的2到8引脚连接（个位）；依次四个数码管与ICL7101相连 。 3.8总电路图将传感电路、信号采集处理放大电路、A/D转换电路、七段数码显示电路这四个单元电路级联起来可以得到如图3-8总电路图所示： 图3-8 总电路图第4章结论首先对于温度传感器的误差分析，AD590在- 55+150范围内，非线性误差仅为±0.3。因为流

11、过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻为1k时，输出电压VO随温度的变化为1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整的方法为：把AD590放于冰水混合物中，调整电位器R2，使VO=273.2mV。或在室温下(25)条件下调整电位器,使VO=273+25=298mV。但这样调整只可保证在0或25附近有较高精度。本学期开设的重要实用的一门功课传感器，通过对传感器的学习使我以前学习的科目有了更深的认知，掌握了更多的知识，了解更多的要点，对自己的不足也有了跟多的了解。为自己以后的学习工作生活打下了夯实的基础，这就是我通过本次课程设计最深的体会与认知。本次的课程设计对一学期的学习有了很好的总结。对于一学期的传感器的学习，一直是只拘泥于课本知识，没有做过跟实际问题相符的小课题。通过本次的设计，对于以后做的毕业设计有很大的帮助。传感器