(数电)数字温度计的设计

1、新疆大学课 程 设 计 报 告所属院系： 电气工程学院专业： 电气工程及其自动化课程名称： 数字电子技术课程设计设计题目： 数字温度计的设计班级：学生姓名：学生学号：指导老师 :完成日期： 2010.12.244. 对各单元电路及总体电路进行仿真和调试；5. 实训小结在一周内和同组同学设计出数字温度计的电路设计、仿真、调试。指导教师签名：年月日数字温度计的设计一、 总体方案的选择 1本方案采用AD590单片集成两段式敢问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位转换器转换成数字信号，在进行模拟/数字信号转换的同时, 还可直接驱动LED显示器,将温度显示出

2、来。系统方框图如下：（AD590）数码管驱动（译码器）LED显示器图 1.1 系统方案框图2过来放大适当的倍数，进行A/D 转换后，将转换后的数字进行编码，然后再经过译码器通过七段数字显示器将被测温度显示出来。（ADC0809）示器（74HC4511）图 1.2 系统方案框图 方案一中的模数转换器 ICL7107 集 A/D 数码管，不仅省去了译码器的接线，使电路精简了不少，而且成本也不是很高。ICL7107 只需要很少的外部元件就可以精确测量 0 到 200mv 电压，AD590 可以将 A/D 译码器才能将数字显示出来。比较上述两个方案，方案一明显优越于方案二，它用 AD590采集温度信号

3、，用 ICL7107了另加编码器和译码器的设计，所以线路更简单、直观； 即采用方案一。二、 单元电路的设计通过 AD590值经过放大进入到 A/D转换器和译码器，再由数码管表示出来。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 2.1.1图中,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 1 A。图

4、2.1.1 AD590基本原理图温度t对应输出电流Io 为:Io(t)=273 A + t1 A/（式 1）式中: 273 A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 AAD590构成的电压输出电路如图所示：图2.1.2 AD590构成的电压输出电路图, 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=2.73 V,则图3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:10010tU U U )V（式 2）10o21

5、对于25的室温,Uo=2.5V。 OP07 芯片是一种低噪声，非暂波稳零的单运算放大器集成电路。由于OP-07 具有非常低的输入失调电压（对于OP-07A 最大为 ），所以 OP-07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP-07 OP-07A为2nA）和开环增益高（对于OP-07A为 300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得 OP-07 更用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号。OP07 具有以下特点：超低偏移： 150V最大 。低输入偏置电流： 1.8nA 。低失调电压漂移： 。超稳定，时间： 2V/month最大它的引脚图如图 2.2.1 所示：12348765图 2

6、.2.1 OP-07引脚图OP-07 1和 8为偏置平衡(调零端23为正向输入端，4接地，5空脚 6为输出，7接电源+。OP-07 高精度运算放大器具有极低的输入失调电压，极低的失调电压温漂，非常低的输入噪声电压幅度及长期稳定等特点。由 AD590和 OP-07 组成的信号采集电路如图 2.2.2所示：图 2.2.2 信号采集电路此可知 If=-Vi/Rf，反馈系数 F=If/Vo，所以 F=-1/R3A=Vo/Ii，放大倍数 AF=A/（1+AF ICL7107是一种高性能、低功耗的三位半 AD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 LE

7、D 数码管。ICL7107 将高精度、通用性和真正的低成本很好的结合在一起，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。ICL7107的特点：1. 保持零电平输入时，各量程的读值均为零；2. 1pA典型输入电流；3. 很低的噪声（小于 15 Vp-p4. 片上自带时钟；5. 低功耗；6. 不需外接有源电路。7. 真正的差动输入和差动参考电源，直接 LCD显示驱动。ICL7107的 A/D转换及数字显示图的部分电路原理图如下：图 2.3.0 ICL7107 数字部分框图ICL7107 转化器原理

8、图如图 2.3.1 所示。其中计数器对反向积分过程的时钟脉冲进行计数。控制逻辑包括分频器、译码器、相位驱动器、控制器和锁存器。驱动器是将译码器输出对应于共阳极数码管七段笔画的逻辑电平变成驱动相应笔画的方波。图 2.3.1 ICL7107 转化器原理图控制器的作用有三个：第一，识别积分器的工作状态，适时发出控制信号，使各模拟开关接通或断开，A/D转换器能循环进行。第二，识别输入电压极性，控制 LED数码管的负号显示第三，当输入电压超量限时发出溢出信号，使千位显示“1，其余码全部熄灭。钓锁存器用来存放 A/D 转换的结果，锁存器的输出经译码器后驱动 LED 。它的每个测量周期自动调零（AZ）和反向

9、积分（）三个阶段。双积分型 A/D 转换器的电压波形图如图 2.3.2 所示图 2.3.2 双积分型 A/D转换器的电压波形图ICL7107AD转换器的管脚排列及其各管脚功能如图 2.3.3 所示：图 2.3.3 ICL7107 管脚排列ICL7107 引脚功能：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极的驱动端，简称背电极。Oscl-OSc3 第 38脚至第 40脚电容量的选择是

10、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 500辑地”或“数字地”。VREF VREF- ：基准电压正负端。CREF：外接基准电容端。INT27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 CAz 200mV满刻度的场合是使用 0.47 F，而 2V满刻度是 0.047 F。BUF：缓冲放大器输出端，接积分电阻 Rint。其输出级的无功电流( idlingcurrent 是 100 A，而

11、缓冲器与积分器能够供给 20 A的驱动电流，从此脚接一个Rint200mV时选用47K2V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隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。838电子它的原理性框图如图 2 A/D号电压和基准电压进行两次积分。比较器将积分器的输出信号与零电平进行比较，比较的结果作为数字电路的控制信一号。时钟信号源的标准周期Tc 作为测量时间间隔的标准时间。它是由内部的两个反向器以及外部的 RC组成的。其振RC RC荡周期 Tc=2 In1.5=2.2 。 LED的阳极连接到共同接点 com，而每一 LED

12、的阴极分别为 a,b,c,d,e,f,g 及 构图如图 2.7所示。aGcSP图 2.4.1 共阳极数码管内部结构在本次设计当中，由于 ICL7107 的特点，它只能驱动共阳极数码管，故我管。三、 总电路图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下总电路图：图 3.1 总体电路图四、 仿真与调试 按照以上各个部分的原理图，对电路进行级联，并焊接电路板。接好电源，进行调试。由于所用的集成片(例如A/D转换器ICL7107)在EDA仿真软件上很多都没有，进行模拟仿真很困难，所以为了通过连接实际元件进行仿真和调试：（1）按照电路图对相关元件进行连接，其中注意芯片各管脚的作用

13、以及该如何进行接线。（2要对电路电源进行检测，看是否线路接触不良或者电路短路。（32）完成之后，观察数码管是否显示数值，然后改变 LM35 的温度值，观察数码管是否随着温度变化而变化。（4）若数码管数值与温度值相差太大，则要检查信号采集电路中各元件值是否对。银温度计和本次设计的电路对相同温度下物体进行相应的测量并绘成表格进行比较。如表 4.1。表 4.1 水银温度计与设计电路数据的比较测量环境水银温度计21.0数字温度计21.1冷水袋温水袋52.052.1经对照，由上表的数据可以得出，本系统的误差1,分辨率为 0.1。表 4.2 元器件明细表31111电阻1M470K芯片五、 小结采用 、A/D转换器和数码管。通过温度传感器 AD590采集到温度信号，经过放大电路送 A/D 转换器，然后直接驱动数码管显示温度。在这次设计当中，初步了解了 A/D转换器的工作原理以及数码管的连接方法。 A/D件数值进行精确的计算，防止电路输出变化太大，对测量不利。课程设计是培养学生综合运用所学知识 ,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程 .通过这次电子技术课程设计，让我了解了设计电路的程序.通过本次实验设计电路原理图 ，对软件 multisim10有了初步的了解，能独立完成电路图的绘制