LM35與ICL7107數字溫度計設計

1、課程設計數字溫度計設計電路的設計數字溫度計電路原理系統(tǒng)方框圖，如圖1.1. 溫度采集電壓放大AD轉換數碼管驅動溫度顯示 圖1.1 電路原理方框圖通過溫度傳感器LM35采集到溫度信號，經過整形電路送到A/D轉換器，然后通過譯碼器驅動數碼管顯示溫度。ICL7107集A/D轉換和譯碼器于一體，可以直接驅動數碼管，省去了譯碼器的接線，ICL7107只需要很少的外部元件就可以精確測量0到200mv電壓，LM35本身就可以將溫度線性轉換成電壓輸出。由此可知用ICL7107驅動數碼管實現信號的顯示。 電路原理及其電路組成 數字溫度計通過LM35對溫度進行采集，通過溫度與電壓近乎線性關系，以此來確定輸出電壓和

2、相應的電流，不同的溫度對應不同的電壓值，因此我們可以通過電壓電流值經過放大進入到A/D轉換器和譯碼器，再由數碼管表示出來。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，從使用角度來說，LM35與用開爾文標準的線性溫度傳感器相比更有優(yōu)越之處，LM35無需外部校準或微調，可以提供±1/4的常用的室溫精度。LM35具有以下特點：（1）工作電壓：直流430V；（2）工作電流：小于133A（3）輸出電壓：+6V-1.0V（4）輸出阻抗：1mA 負載時0.1；（5）精度：0.5精度（在+25時）；（6）漏泄電流：小于60A；（7）比例因數：

3、線性+10.0mV/；（8）非線性值：±1/4；（9）校準方式：直接用攝氏溫度校準；（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額定范圍傳感器電路采用核心部件是 LM35AH，供電電壓為直流15V 時，工作電流為120mA，功耗極低，在全溫度范圍工作時，電流變化很小。電壓輸出采用差動信號方式，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.采樣值的準確量化是溫控電路正常工作的關鍵，這里采用以下?lián)Q算辦法來進行量化。設經過信號調理后的電壓為Ui，則已知10V 對應的溫度

4、為55，10V 對應的溫度為125，易求得比例因數Kt0.111V/。溫度為0時，T55（即相對于55的變化量）。圖2.1傳感器電路原理圖 Ui 轉換為數字量后，每個數字量對應電壓值為4.883mV，（由12 位AD，滿量程20V 可得），用Ks 表示?？汕蟮脭底至孔兓c溫度變化的對應關系：（0.111V/）/（4.883mV/數字量）22.73 數字量/當0時，AD 輸出的數字量D0 = 0+55×22.73 數字量/125004E2H。溫控電路由傳感器電路、信號調理電路、A/D 采樣電路、單片機系統(tǒng)、輸出控制電路、加溫電路構成。電路基本工作原理：傳感器電路將感受到的溫度信號以電壓

5、形式輸出到信號調理電路，信號經過調理后輸入到A/D 采樣電路，由A/D轉換器將數字量值送給單片機系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)根據設計的溫度要求判斷是否需要接通加溫電路。2） 溫度信號采集電路Op07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的單運算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調電壓（對于OP-07A最大為25V），所以OP-07在很多應用場合不需要額外的調零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低（OP-07A為±2nA）和開環(huán)增益高（對于OP-07A為300V/mV）的特點，這種低失調、高開環(huán)增益的特性使得OP-07特別適用于高增益的測量設備和放大傳感器的微弱信號等方面。OP07具有以下特點：

6、  超低偏移： 150V最大 。  (1)低輸入偏置電流： 1.8nA 。  (2)低失調電壓漂移： 0.5V/ 。  (3)超穩(wěn)定，時間： 2V/month最大  (4)高電源電壓范圍： ±3V至±22VOP-07的引腳圖如圖2.2所示。1 8 2 73 64 5 圖2.2OP-07引腳圖OP-07芯片引腳功能說明：1和8為偏置平衡(調零端)，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高精度運算放大器具有極低的輸入失調電壓，極低的失調電壓溫漂，非常低的輸入噪聲電壓幅度及長期穩(wěn)定等特點。

7、由LM35和OP-07組成的信號采集電路如圖2.3所示：圖2.3信號采集電路 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反饋放大電路。因此可知If=-Vi/Rf，反饋系數F=If/Vo，所以F=-1/R3A=Vo/Ii，放大倍數AF=A/（1+AF）3）A/D轉換電路 ICL7107是高性能、低功耗的三位半AD轉換器，同時包含有七段譯碼器、顯示驅動器、參考源和時鐘系統(tǒng)。ICL7107可直接驅動共陽極LED數碼管。ICL7107將高精度、通用性和真正的低成本很好的結合在一起，它有低于10uV的自動校零功能，零漂小于1uV/，低于10pA的輸入電流，極性轉換誤差小于一個字。真正的差動輸入和

8、差動參考源在各種系統(tǒng)中都很有用。在用于測量負載單元、壓力規(guī)管和其它橋式傳感器時會有更突出的特點。ICL7107轉化器原理圖如圖2.4所示。其中計數器對反向積分過程的時鐘脈沖進行計數?？刂七壿嫲ǚ诸l器、譯碼器、相位驅動器、控制器和鎖存器。驅動器是將譯碼器輸出對應于共陽極數碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅動相應筆畫的方波。圖2.4 ICL7107轉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，使各模擬開關接通或斷開，A/D轉換器能循環(huán)進行。第二，識別輸入電壓極性，控制LED數碼管的負號顯示。第三，當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

9、滅。 釣鎖存器用來存放A/D轉換的結果，鎖存器的輸出經譯碼器后驅動LED 。它的每個測量周期自動調零（AZ）、信號積分（INT）和反向積分（DE）三個階段。 雙積分型A/D轉換器的電壓波形圖如圖2.5所示圖2.5雙積分型A/D轉換器的電壓波形圖 ICL7107AD轉換器的管腳排列及其各管腳功能如圖2.6所示。 1 V+ OSC1 402 D1 OSC2 393 C1 OSC3 384 B1 TEST 375 A1 REF HI 366 F1 REF LO 357 G1 CREF+ 348 E1 CREF 339 D2 COMMON 3210 C2 I CL7107 IN HI 3111 B2

10、IN LO 3012 A2 A-Z 2913 F2 BUFF 2814 E2 INT 2715 D3 V- 2616 B3 G2 25 17 F3 C3 2418 E3 A3 2319 AB4 G3 2220 POL GND 21 圖2.6 ICL7107管腳排列ICL7107是集A/D轉換和譯碼器為一體的芯片，而且這芯片能夠驅動三個數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，每一個管腳所代表的功能也各不相同，能夠組成各種電路，比如說有積分電路。這要求我們在接電路時要小心，不能出現錯誤。4） 數碼管顯示數碼管可以分為共陽極與共陰

11、極兩種，共陰極是把所有LED的陽極連接到共同接點com，而每一LED的陰極分別為a,b,c,d,e,f,g及sp（小數點），它的內部結構圖如圖2.7所示。 a GbcdefgSP 圖2.7 共陽極數碼管內部結構 在本次設計當中，由于ICL7107的特點，它只能驅動共陽極數碼管，故我們要選用共陽極七段數碼管。在連接數碼管時，我們要注意數碼管各個管腳所對應的字母，不能接錯或接漏，而且在管腳之前要接上電阻，以免燒壞芯片和數碼管。調試與總結1 ）調試與測量數據我們要通過調試電路來發(fā)現設計電路的相關內容。（1）按照電路圖對相關元件進行連接，其中注意芯片各管腳的作用以及該如何進行接線。（2）當上步驟完成后

12、，接通電源，觀察數碼管和二極管是否亮，若不亮時，要對電路電源進行檢測，看是否線路接觸不良或者電路短路。（3）（2）完成之后，觀察數碼管是否顯示數值，然后改變LM35的溫度值，觀察數碼管是否隨著溫度變化而變化。（4）若數碼管數值與溫度值相差太大，則要檢查信號采集電路中各元件值是否對。為了驗證設計電路的正確性以及它的實驗數據，我們對實物進行驗證。用帶有溫度測量的數字萬用表和本次設計的電路對相同溫度下物體進行相應的測量并繪成表格進行比較。如表3.1。測量工具測量環(huán)境數字萬用表數顯溫度計室溫21.021.1冷水袋15.115.2溫水袋52.052.1 表3.1 萬用表與設計電路數據的比較 由上表的數據

13、可以得出，本系統(tǒng)的誤差<1,分辨率為0.1。a) 設計總結采用LM35、A/D轉換器、譯碼器和數碼管。通過溫度傳感器LM35采集到溫度信號，經過整形電路送到A/D轉換器，然后通過譯碼器驅動數碼管顯示溫度。在這次設計當中，初步了解了AD轉換器的工作原理以及數碼管的連接方法。在這個設計中，信號采集電路比較重要，要對電路中各個元件數值進行精確的計算，防止電路輸出變化太大，對測量不利。2） 心得體會數電課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現,提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.從選題到定稿，從理論到實踐，可以說是十分復雜又枯燥的，但是從中卻學到很多的東西，不僅可以鞏固了以前所學過的知識，還學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次數電課程設計使我懂得了理論與實際相結合的重要性，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。因為是第一次做數電課程設計，遇到問題是再所難免的，但是從遇