數(shù)字溫度計課程設(shè)計

1、課程設(shè)計(論文)題 目 名 稱 數(shù)字溫度計 課 程 名 稱 電子技術(shù)課程設(shè)計 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 系 、專 業(yè) 指 導(dǎo) 教 師 2011年 12 月 16 日摘要溫度計是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究中最常用的測量儀表。使用溫度測量儀，首先經(jīng)過ad590集成溫度傳感器的作用，使外界溫度轉(zhuǎn)換為電流用表示。因?yàn)樯鲜鰹榻^對溫度k和電流之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，而在設(shè)計中我們需要采用，所以我們必須使其轉(zhuǎn)換成攝氏溫度和電流之間的關(guān)系，這就要用到k變換器。通過k變換器的作用，我們便得到想要的和電流之間的直接轉(zhuǎn)換關(guān)系。得到的電流再經(jīng)過放大器的放大，即可直接用電壓表讀出被測對象的溫度值。然后放大后的電壓接一比較器，比較器的輸

2、出端接報警設(shè)備。報警設(shè)備可由一個發(fā)光二極管組成。在設(shè)置了預(yù)警溫度后，由比較器輸出端的電壓決定二極管是否發(fā)光，從而起到警報作用。經(jīng)tc7017ad轉(zhuǎn)換后，再通過數(shù)碼管顯示。關(guān)鍵詞：ad590放大器tc7107 數(shù)碼管目錄摘要.1 系統(tǒng)總體設(shè)計11.1 總體方案設(shè)計11.2 系統(tǒng)原理框圖及電路圖12 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計22.1 溫度傳感器22.2 轉(zhuǎn)換與放大電路32.2.1 k-c轉(zhuǎn)換電路32.2.2 放大器42.2.3 比較器42.2.4 報警設(shè)備52.2.5 電路原理圖52.3 a/d轉(zhuǎn)換電路62.4 數(shù)碼管顯示103 仿真與調(diào)試113.1 電路的仿真113.2 仿真結(jié)論134 總結(jié)13附錄 元件清

3、單14 參考文獻(xiàn)151 系統(tǒng)總體設(shè)計1.1 總體方案設(shè)計 圖1所示為數(shù)字溫度計的原理框圖。其工作原理是將被測的溫度信號通過傳感器轉(zhuǎn)換成溫度變化的電壓信號，此電壓信號經(jīng)過放大電路后，通過模-數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，最后將數(shù)字量送顯示電路，用4位led數(shù)碼管顯示。 顯示電路a/d裝換放大器傳感器 圖1.11.2系統(tǒng)原理框圖及電路圖 圖1.2 整體原理圖2系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計2.1溫度傳感器此電路是基于模擬ad590設(shè)計的，它是利用pn結(jié)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。這種器件在被測溫度一定時，相當(dāng)于一個恒流源。該器件具有良好的線性和互換性，測量精度高，并具有消除電源波動的特性。即

4、使電源在515v之間變化，其電流只是在1a以下作微小變化.1、流過器件的電流(a) 等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度(開爾文) 度數(shù)。2、 可測量范圍-55至150.3、 供電電壓范圍+4v至+30v.ad590集成溫度傳感器進(jìn)行溫度電流轉(zhuǎn)換。它是一種電流型二端器件，其內(nèi)部已作修正，具有良好的互換性和線性。有消除電源波動的特性。輸出阻抗達(dá)10m，轉(zhuǎn)換當(dāng)量為。器件采用b1型金屬殼封裝。溫度電壓變換電路如圖2.2所示。由圖可得：由 （r一般取10k）所以。 圖2.1 ad590原件符號 圖2.2 溫度電壓轉(zhuǎn)換電路2.2 轉(zhuǎn)換與放大電路2.2.1 k變換器因?yàn)閍d590的溫控電流值是對應(yīng)絕對溫度k，而在

5、設(shè)計中需要采用，由運(yùn)放組成的加法器可以實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換，參考電路如下圖2.3 圖2.3 k變換電路 設(shè)流經(jīng)r2,r1,r3的電流分別為 對圖2.3的反相輸入節(jié)點(diǎn)可列出下面的方程： 若 （實(shí)際應(yīng)用中可取r1=r2=r3=5 k）而 計算得 則式 ( 2.3.1 )可變?yōu)?（ 2.3.2 )元件參數(shù)的確定和ur選取的指導(dǎo)思想是：0（即273k）時，u2 = 0 v綜合式（2.2.1），可得。 ( 2.3.3 )2.2.2放大器 圖2.4 反相比例放大器設(shè)流經(jīng)r4，r6的電流分別為i4，i6。 由虛斷的概念可知，i4=i6， 為了提供一個合適的靜態(tài)偏置，故在其同向端接入一個平衡電阻 ( 2.4.2 )要

6、使u3滿足100mv/， 又因?yàn)?u2=10mv/，所以我們可取 2.2.3比較器電壓比較器是集成運(yùn)放非線性應(yīng)用電路,常用于各種電子設(shè)備中.它將一個模擬量電壓信號和一個參考固定電壓相比較，在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生躍變，相應(yīng)輸出高電平或低電平。 圖2.5 電壓比較器由電壓比較器組成，如圖2.5所示。uref為報警時溫度設(shè)定電壓5v，r7,r8用于穩(wěn)定輸入電壓。r9用于改善比較器的遲滯特性，r10用于報警設(shè)備的輸入電阻，用來控制輸入電流的大小。這些電阻決定了系統(tǒng)的精度。由比較器的虛短和虛斷概念得經(jīng)過調(diào)試，可取 2.2.4報警設(shè)備發(fā)光二極管為其核心設(shè)備,其發(fā)熱量小，耗電量也少，節(jié)能。由低

7、壓電源供給，供電電壓大大約為6-24 v之間。當(dāng)?shù)闹敌∮诘闹禃r，輸出為低電平，三極管截止，發(fā)光二極管無響應(yīng)。當(dāng)?shù)碾妷褐荡笥跁r，輸出為高電平，三極管導(dǎo)通，此時發(fā)光二極管發(fā)光，產(chǎn)生警報！ 圖2.6 發(fā)光二極管 圖2.7報警設(shè)備電路 2.2.5 電路原理圖由上述各設(shè)計電路可得出如圖2.8所示電路原理圖。圖2.8 轉(zhuǎn)換與放大電路2.3 a/d轉(zhuǎn)換電路tc7107是一種高性能、低功耗的三位半ad轉(zhuǎn)換器，同時包含有七段譯碼器、顯示驅(qū)動器、參考源和時鐘系統(tǒng)。tc7107可直接驅(qū)動共陽極led數(shù)碼管。tc7107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的自動校零功能，零漂小于1uv/，

8、低于10pa的輸入電流，極性轉(zhuǎn)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(fù)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(diǎn)。tc7107的特點(diǎn)：1. 保持零電平輸入時，各量程的讀值均為零；2. 1pa典型輸入電流；3. 很低的噪聲（小于15vp-p）；4. 片上自帶時鐘；5. 低功耗；6. 不需外接有源電路。7. 真正的差動輸入和差動參考電源，直接lcd顯示驅(qū)動。tc7107的a/d轉(zhuǎn)換及數(shù)字顯示圖的部分電路原理圖如下：圖2.9 tc7107數(shù)字部分框圖tc7107轉(zhuǎn)化器原理圖如圖2.9所示。其中計數(shù)器對反向積分過程的時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)?？刂七壿嫲ǚ诸l器、譯

9、碼器、相位驅(qū)動器、控制器和鎖存器。驅(qū)動器是將譯碼器輸出對應(yīng)于共陽極數(shù)碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅(qū)動相應(yīng)筆畫的方波。圖2.10 tc7107轉(zhuǎn)化器原理圖控制器的作用有三個：第一，識別積分器的工作狀態(tài)，適時發(fā)出控制信號，使各模擬開關(guān)接通或斷開，a/d轉(zhuǎn)換器能循環(huán)進(jìn)行。第二，識別輸入電壓極性，控制led數(shù)碼管的負(fù)號顯示第三，當(dāng)輸入電壓超量限時發(fā)出溢出信號，使千位顯示“1 ，其余碼全部熄滅。 釣鎖存器用來存放a/d轉(zhuǎn)換的結(jié)果，鎖存器的輸出經(jīng)譯碼器后驅(qū)動led 。它的每個測量周期自動調(diào)零（az）、信號積分（int）和反向積分（de）三個階段。 雙積分型a/d轉(zhuǎn)換器的電壓波形圖如圖2.11所示圖2.11雙

10、積分型a/d轉(zhuǎn)換器的電壓波形圖tc7107ad轉(zhuǎn)換器的管腳排列及其各管腳功能如圖2.12所示：圖2.12 tc7107管腳排列tc7107引腳功能：v和v-分別為電源的正極和負(fù)極（或地）au-gu,at-gt,ah-gh：分別為個位、十位、百位筆畫的驅(qū)動信號，依次接個位、十位、百位led顯示器的相應(yīng)筆畫電極。bck：千位筆畫驅(qū)動信號。接千位leo顯示器的相應(yīng)的筆畫電極。pm：液晶顯示器背面公共電極的驅(qū)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(jù)下列公式來決定： fosl = 0.45/rccom ：模擬信號公

11、共端，簡稱“模擬地”，使 用時一般與輸入信號的負(fù)端以及基準(zhǔn)電壓的負(fù)極相連。 test ：測試端，該端經(jīng)過500歐姆電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱“邏輯地”或“數(shù)字地”。 vref vref- ：基準(zhǔn)電壓正負(fù)端。 cref：外接基準(zhǔn)電容端。 int：27是一個積分電容器，必須選擇溫度系數(shù)小不致使積分器的輸入電壓產(chǎn)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(fù)端。 az：積分器和比較器的反向輸入端，接自動調(diào)零電容caz 。如果應(yīng)用在200mv滿刻度的場合是使用0.47f，而2v滿刻度是0.047f。 buf：緩沖放大器輸出端，接積分電阻rint。其輸出級的無功電流( i

12、dling current )是100a，而緩沖器與積分器能夠供給20a的驅(qū)動電流，從此腳接一個rint至積分電容器，其值在滿刻度200mv時選用47k，而2v滿刻度則使用470k。 tc7107的工作原理：雙積分型a/d轉(zhuǎn)換器tc7107是一種間接a/d轉(zhuǎn)換器。它通過對輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)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(jìn)而得出相應(yīng)的數(shù)字性輸出。838電子它的原理性框圖如圖2所示，它包括積分器、比較器、計數(shù)器，控制邏輯和時鐘信號源。積分器是a/d轉(zhuǎn)換器的心臟，在一個測量周期內(nèi)，積分器先后對輸入信號電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行兩次積分。比較器將積分器

13、的輸出信號與零電平進(jìn)行比較，比較的結(jié)果作為數(shù)字電路的控制信一號。時鐘信號源的標(biāo)準(zhǔn)周期tc 作為測量時間間隔的標(biāo)準(zhǔn)時間。它是由內(nèi)部的兩個反向器以及外部的rc組成的。其振蕩周期tc=2rcin1.5=2.2rc 。2.4 數(shù)碼管顯示數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陰極是把所有l(wèi)ed的陽極連接到共同接點(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2.13所示。 a gbcdefgsp 圖2.13 共陽極數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu) 在本次設(shè)計當(dāng)中，由于tc7107的特點(diǎn)，它只能驅(qū)動共陽極數(shù)碼管，故我們要選用共陽極七段數(shù)碼管。3 仿真與調(diào)試3.1 電路的仿真仿真

14、電路如圖3.1,3.2和3.3所示 其中，圖3.1是溫度未達(dá)警戒線79的仿真電路；圖3.2是溫度剛好為80的仿真電路；圖3.3是溫度超過警戒線100的仿真電路。圖3.1 79的仿真電路圖3.2 80的仿真電路圖3.3 100的仿真電路3.2 仿真結(jié)論即仿真所得的實(shí)際結(jié)果與理論相同。所以，仿真成功，可以通過此裝置測得溫度。4總結(jié)采用ad590、a/d轉(zhuǎn)換器和數(shù)碼管。通過溫度傳感器ad590采集到溫度信號，經(jīng)過放大電路送a/d轉(zhuǎn)換器，然后直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示溫度。在這次設(shè)計當(dāng)中，初步了解了a/d轉(zhuǎn)換器的工作原理以及數(shù)碼管的連接方法。在這個設(shè)計中，信號采集電路和a/d轉(zhuǎn)換電路比較重要，要對電路中各個元

15、件數(shù)值進(jìn)行精確的計算，防止電路輸出變化太大，對測量不利。課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.通過這次電子技術(shù)課程設(shè)計，讓我了解了設(shè)計電路的程序.通過本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計電路原理圖 ，能獨(dú)立完成電路圖的繪制，在設(shè)計電路圖過程中充分了解各芯片和元器件的功能作用。通過這次電子技術(shù)課程設(shè)計,使我對模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)在實(shí)踐中的應(yīng)用有了更深刻的理解。通過該課程設(shè)計，把死板的課本知識變得生動有趣，激發(fā)了學(xué)習(xí)的積極性。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實(shí)際操作才會有深刻理解。附錄 元件清單實(shí)