电子技术课程设计报告要求

1、湖南科技学院课程设计报告课程名称： 电子技术课程设计设计题目： 基于PT100设计温度计 系 别： 电子工程系 专 业： 电子科学与技术 班 级： 电子1002班 学生姓名: 颜小勤 肖亚军 阳武杏 学 号: 201006003214 201006003208 201006003209 起止日期: 2012/9/102012/12/5 指导教师: 廖朝阳 18指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日成绩评定项 目权重成绩1、设计过程中出勤、学习态度等方面0.22、课程设计质量与答辩0.53、设计报告书写及图纸规范程度0.3总 成 绩 摘 要本文首先简要介绍了铂电阻PT100的特性以及测温的方

2、法，在此基础上阐述了基于PT100的温度测量系统设计。在本设计中，是以铂电阻PT100作为温度传感器，采用分压测温的方法，通过ICL7107进行控制显示，用放大器、ICL7107进行温度信号的采集。本设计采用了单线制铂电阻温度测量电路，通过对电路的设计，减小了测量电路及PT100自身的误差，使温控精度在0100范围内达到±0.5。关键词：PT100 ICL7107 温度测量 AbstractThis article briefly describes the characteristics of PT100 platinum resistance and temperature me

3、asurement method, on the basis it describes the design of temperature measurement system based on PT100. In this design, it is use a PT100 platinum resistance as temperature sensor, in order to acquisition the temperature signal, it use of constant-voltage temperature measurement method and use ILC7

4、107 control, Amplifier. It can still improve the perform used singleness temperature circuit and reduce the measurement eror. The temperature precision is reached ±0.5 between 0100. Keywords: PT100 ICL7107 Temperature Measures 目 录· 设计要求11前言12温度计原理图的选择22.1 方案一原理框图22.2方案二原理框图22.3方案三原理框图22.4

5、温度计原理图的选择方案33各组成部分的工作原理43.1 温度计处理电路的工作原理43.2 ICL7107电路的工作原理53.3总电路图64.电路仿真74.1 处理电路的仿真74.2 ICL7107电路的仿真74.3 总电路的仿真85. protel制图及PCB板的制作和电路的安装105.1 protel制图105.1.1 温度计处理电路原理图105.1.2温度计处理电路 PCB布线图105.1.3温度计处理电路 PCB板三维图115.2 温度计处理电路 PCB板的制作125.3 将各元件安装到PCB板上126.电路的实验结果及分析146.1 温度计处理电路的实验结果146.2 总电路的实验结果

6、156.3实验结果分析157实验总结168仪器仪表清单179参考文献1810.致谢19设计要求用PT100设计温度计，ICL7107显示温度，温度显示 0100，误差在±0.5。前言随着科技的发展和“信息时代”的到来，作为获取信息的手段传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过

7、对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信与信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感器是其中重要的一类传感器。其发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合温度传感器技术而开发设计了这一温度测量系统。文中将传感器理论与单片机实际应用有机结合

8、，详细地讲述了利用热电阻作为温度传感器来测量实时的温度，以及实现热电转换的原理过程。本设计应用性比较强，设计系统可以作为温度测量显示系统，如果稍微改装可以做热水器温度调节系统、生产温度监控系统等等。本课题主要任务是完成环境温度检测并显示温度。本设计系统包括温度传感器，信号放大电路，温度采集显示模块三个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。 温度计原理图的选择方案一：设计者 阳武杏本电路由三部分组成：非线性补偿，调零电路，放大电路.整个电路处理完成时输出：0对应0mV，100对应200mV。一级OP07做PT100的非线性处理，输出的信号由二级OP07做调零处理，再把信号送给三级OP0

9、7做稳定的放大，放大的信号送入TCL7107采集显示。方案二：恒流源处理 设计者 肖亚军通过OP07做一个1mA恒流源，为PT100提供稳定的电流，温度传感器两端的电压再通过OP07调零、放大输出。放大的信号送入TCL7107采集显示。PT100的温度从0到100显示0到200mV。恒流源的设计：原理图中当R10=R20,R40=R50,R30=R40+R50. I=VCC*R30*R40/R20方案三：分压处理法 设计者 颜小勤分压处理是基于恒流源基础上设计，调试过程中分压只要电阻达到一定的大小，流过整个电路的电流就小于1mA，PT100的电阻在0到100里电流基本稳定不变，温度传感器分的电

10、压再经过OP07调零放大输出。放大的信号送入TCL7107采集显示。PT100的温度从0到100显示0到200mV。温度计原理图的选择方案方案选择:每个方案都做出了实物，在实物的基础上选择方案三。方案一做出来的实物结果跟仿真差了太多，性能太差。方案二和方案三相差不大，方案三节省一个OP07。各组成部分的工作原理温度计处理电路的工作原理 测温的模拟电路是把当前PT100热电阻传感器的电阻值，转换为容易测量的电压值，经过OP07放大信号后送给ICL7107采集。因为热敏电阻的阻值和温度呈正比关系，设计人员只需将已知电流流过该电阻就可以得到与温度成正比的输出电压。根据已知的电阻-温度关系，就可以计算

11、出被测温度值。 PT100分度表 OP07的介绍op07的功能介绍：Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25µV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。 特点： 超低偏移： 150µV最大 。 低输入偏置电流： 1.8nA 。 低失调电压漂移： 0.5µV/

12、 。 超稳定时间： 2µV/month最大 高电源电压范围： ±3V至±22V 工作电源电压范围是±3V±18V；外观图 管脚图1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4电源负，5空脚 6为输出，7接电源正。ICL7107电路的工作原理 ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路。它包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。ICL7107采集温度处理电路的电压信号显示在数码管上。注意接地引脚：芯片的电源地是 21 脚，模拟地是 32 脚，信号

13、地是 30 脚，基准地是 35 脚。38，39，40组成特定的频率网络。总电路图总电路就是把温度处理电路与信号采集显示电路的组合，由前端信号的处理送到TCL7107芯片的采集电路。温度传感器处理电路的仿真方案一方案二方案三ICL7107电路的仿真TCL7107的电路仿真是同一个模式总电路的仿真此处只帖了方案三的总电路，其他2个方案仿真结果基本相同。protel制图及PCB板的制作和电路的安装protel制图温度计处理电路原理图方案一：方案二：方案三：温度计处理电路 PCB布线图方案一：方案二：方案三：温度计处理电路 PCB板三维图方案一：方案二： 方案三温度计处理电路PCB板的制作制作流程：将

14、布线的底层打印到A4热转印纸，将覆铜板磨光，把转印纸对准覆铜板，用熨斗压熨半分钟。最后用盐酸加双氧水腐蚀，比例为1：2混合加少量水腐蚀。清洗干净后，用打孔机把焊盘孔打穿。方案三为方案一做出来验证结果不对，制作的万能板电路。图如下：方案一方案三将各元件安装到PCB板上对照原理图，把各需要的元件找好，根据打印原理图把各元件正确的放入焊盘中，用烙铁焊锡焊接好。电路的实验结果及分析温度计处理电路的实验结果 测量时直接用电压表测量输出电压和PT100的电阻测量电阻105.3 107.7110.6114.8119.6仿真电压mV27.840.455.577.3102实测电压mV27.239.854.576

15、.2101.2总电路的实验结果实测温度是用实测电压除以2转换得到测量电阻105.3 107.7110.6114.8119.6仿真温度13.920.227.738.651.1查表温度1420273851实测温度13.619.926.638.150.6实验结果分析 温度处理电路模块较少，因此我们三人没有将模块拆分各自调试。电路总电流流过PT100分压流进OP07做调零处理，0时电阻100，分压为Vin=VCC/(R1+Rpt)*Rpt=95.2mV.调零原理送进负信号是正信号抵消：VEE/R7=95.2mV，流入第二个OP07时:Vi=R5/R3*(Vin+VEE/R7)。经过放大后输出为：V0=

16、R9/R6*Vi。TCL7107采集时基准电压为Vref=200mV,显示的数值与基准的关系：Vin/Vref*1000。在实际电路中由于电阻的精密度不是很高，电阻不能百分之百的达到仿真时设置的电阻，测的误差就比较大，总的来说各部分设计的还算合格，万能板焊接的电路，电阻不能满足时，用小精密电阻串联补足大电阻少的那部分电阻。PT100的温度在100以内把它的变化看成为线性的，电流限制在1mA以内。实验总结从一开始的课题确定，到后来的资料查找、理论学习，再有就是近来的调试和测试过程，这一切都使我们的理论知识和动手能力进一步得到提升。在画原理图、电路仿真和调试过程中不可避免地遇到各种问题，这要求保持

17、沉着冷静，联系书本理论知识积极地思考，实在解决不了时候可以请教同学或指导老师。虽然在制作过程中不可避免地遇到很多问题，但是最后还是在老师以及同学的帮助下圆满解决了这些问题，实现了整个课程设计与最后调试，相关指标达到预期的要求，很好地完成了本次设计任务。在设计中，首先遇到的困难就是protel的不熟练。一个看似简单的电路图，但protel电路板设计和PCB布线中，其实没有那么简单了，从着手到画出PCB整整花了2天多时间但PCB板是自己实验融去焊铜，不能有相交导线，PCB布线要讲究线路最短，飞线最短原则，在布线中精益求精。在这次课程设计中再一次的认识到在理论与实际的结合有很大的距离，在动手能力上有

18、一些不足。经过多次的修改和调试测量，本设计基本符合设计要求，由于受人为因素，处理模块难免不了带来一些误差，但通过调节和精确计算可以减小误差，本设计的重点和难点是：怎样将PT100热电阻的非电量信号转换为TCL7107能采集的电量信号，其中的信号如何放大及放大倍数的确定等等。通过这次课程设计，使我深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义。虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练。但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。这期的设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打下了良好的基础。仪器仪表清单元件材料TP100电源电阻电容插座 插针 OP07功率电阻数量1 1若干2 2 10 21参考文献模拟电子技术基础（第四版） 童诗白 华成英 主编数字电子技术基础（第四版） 阎石 主编电子技术基础实验与课程设计（第二版） 丁文霞 陆岷