课程设计之数字温度计

1、2012 级电子信息工程数字电路课程设计报告设计题目数字温度计的设计姓名及学号学院工程技术学院专业电子信息工程班级2012级2班指导教师薛世华2014年 12月 11日题目：数字温度计的设计一、设计题目及要求（根据题目填写）1、设计题目利用 AD590 和 ICL7107 芯片设计一个数字温度计。2、设计要求（ 1）基本要求检测的温度范围：0 100，检测分辨率0.5。用 4 位数码管来显示温度值。超过警戒值（自己定义）要报警提示。（ 2）提高要求扩展温度范围。增加检测点的个数，实现多点温度检测。指导教师签名：2014年月日二、指导教师评语指导教师签名：2014年月日三、成绩理论（ 60% ）

2、：分，作品（ 40% ）：分，总分：分。验收盖章2014年月日i目录1引言 .32电路的设计 .33电路原理及电路组成 .43.1传感电路 .43.2温度信号采集电路 .53.3 A/D 转换电路 .63.4数码管显示 .74调试与总结 .84.1调试与测量数据 .84.2设计总结 .95心得体会 .9附录 1元件清单 .10附录 2原理图 .11附录 3 PCB 图 .12附录 4 实物图 .13摘 要本设计的主要内容是应用温度传感器 AD590 和 ICL7107 芯片设计一个数字温度计， AD590 是美国 ANALOG DEIVCES 公司的单片集成两端感温电流源，在 4 V 至 30

3、 V 电源电压范围内， 该器件可充当一个高阻抗、 恒流调节器，调节系数为 1 A/K 。片内薄膜电阻经过激光调整，可用于校准器件，使该器件在 298.2K (25 °C)时输出 298.2 A 电流。本设计基于数字温度传感器 AD590 ，以 ICL7107 芯片为核心设计此测试系统，具有结构简单、测温精度高、稳定可靠的优点。经过测试数码显示器会显示相应的华氏温度，实现温度的实时检测和显示。本文给出了系统的硬件电路详细设计和软件设计方法，完成了实验板的制作，经过调试和实验验证，实现了预期的全部功能。关键词：温度传感器；数码显示器；数字电路；芯片1 引言温度是日常生活、工业、医学、环境

4、保护、化工、石油等领域最常遇到的一个物理量。测量温度的基本方法是使用温度计直接读取温度。最常见到的测量温度的工具是各种各样的温度计，例如，水银玻璃温度计，酒精温度计，热电偶或热电阻温度计等。它们常常以刻度的形式表示温度的高低，人们必须通过读取刻度值的多少来测量温度。本次我们设计的数字显示温度计可以直接测量温度，得到温度的数字值，既简单方便，又直观准确。2 电路的设计数字温度计电路原理系统方框图，如图1.1.温度采集电压放大AD 转换数码管驱动温度显示图 2.1 电路原理方框图通过温度传感器AD590 采集到温度信号，经过整形电路送到A/D 转换器，然后通过译码器驱动数码管显示温度。ICL710

5、7 集 A/D 转换和译码器于一体，可以直接驱动数码管，省去了译码器的接线，ICL7107 只需要很少的外部元件就可以精确测量0 到 200mv 电压，AD590 本身就可以将温度线性转- 3 -换成电压输出。由此可知用ICL7107 驱动数码管实现信号的显示。3 电路原理及其电路组成数字温度计通过AD590 对温度进行采集， 通过温度与电压近乎线性关系，以此来确定输出电压和相应的电流，不同的温度对应不同的电压值，因此我们可以通过电压电流值经过放大进入到A/D 转换器和译码器， 再由数码管表示出来。3.1 传感电路AD590 是美国 ANALOG DEVICES 公司的单片集成两端感温电流源，

6、 其输出电流与绝对温度成比例。 在 4 V 至 30 V 电源电压范围内， 该器件可充当一个高阻抗、恒流调节器，调节系数为 1 A/K 。片内薄膜电阻经过激光调整，可用于校准器件，使该器件在 298.2K (25 C)°时输出 298.2 A 电流。AD590 适用于 150°C 以下、目前采用传统电气温度传感器的任何温度检测应用。低成本的单芯片集成电路及无需支持电路的特点，使它成为许多温度测量应用的一种很有吸引力的备选方案。 应用 AD590 时，无需线性化电路、精密电压放大器、电阻测量电路和冷结补偿。AD590 具有以下特点：(1) 流过器件的电流 ( A)等于器件所处

7、环境的热力学温度(开尔文 ) 度数：Ir/T=1 (1) 式中， Ir 流过器件 (AD590) 的电流，单位为 A；T热力学温度，单位为 K ；(2) AD590 的测温范围为 - 55+150；(3) AD590 的电源电压范围为 4 30 V，可以承受 44 V 正向电压和 20 V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏；(4) 输出电阻为 710 m；(5) 精度高， AD590 在- 55+-150范围内，非线性误差仅为 ±0.3。+5 V+5 V17180. 1mV /KU 3R 2236. 8K62R 5AD59031 0 04U 2-5 VR 110 K- 4 -图

8、3.1 传感器电路原理图3.2 温度信号采集电路Op 07 芯片是一种低噪声， 非斩波稳零的单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 OP-07A 最大为 25V），所以 OP-07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（ 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 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。OP07 具有以下特点：超低偏移：150V最大 。(1)低输入偏置电流：1.8nA 。(2)低失调电压漂移：0.5 V/

9、 。(3)超稳定，时间：2V/month最大(4)高电源电压范围：±3V 至±22VOP-07 的引脚图如图 2.2 所示。18273645图 3.2 OP-07 引脚图OP-07 芯片引脚功能说明： 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 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 2.3 所示由输出短路法及输入求和方式可判断该电路是电压并流负反馈放大电路。

10、因此可知 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）- 5 -+5 VR 4100K+5 V17180. 1mV /KU 3R 2236. 8K62AD5 90R 531 0 0U 24-5 VR 391 KR 110 K图 3.3 AD590 和 OP-07 组成的信号采集电路图3.3 A/D 转换电路ICL7107 是高性能、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 LED 数码管。 ICL7107 将高精度、通用性和真正的低成本很好的结

11、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。ICL7107 是集 A/D 转换和译码器为一体的芯片，而且这芯片能够驱动三个数码管工作而不需要更多的译码器，这给我们连接电路或者分析电路提供了一定的方便。 ICL7107 芯片的管脚比较多，每一个管脚所代表的功能也各不相同，能够组成各种电路，比如说有积分电路。这要求我们在接电路时要小心，不能出现错误。- 6 -ICL7107AD 转换器的管脚排列及其各管脚功能如图

12、2.6 所示。1V+OSC1 402D1OSC2 393C1OSC3 384B1TEST 375A1REF HI 366F1REF LO 357G1CREF+ 348E1CREF 339D2COMMON 3210 C2I CL7107IN HI 3111 B2IN LO 3012 A2A-Z 2913 F2BUFF 2814 E2INT 2715 D3V- 2616 B3G2 2517 F3C3 2418 E3A3 2319 AB4G3 2220 POLGND 21图 3.4ICL7107 管脚排列3.4 数码管显示数码管可以分为共阳极与共阴极两种， 共阴极是把所有 LED 的阳极连接到共同接

13、点 com，而每一 LED 的阴极分别为 a,b,c,d,e,f,g及 sp（小数点），它的内部结构图如图 2.7 所示。aGbcdefgSP图 3.5 共阳极数码管内部结构- 7 -在本次设计当中，由于ICL7107 的特点，它只能驱动共阳极数码管，故我们要选用共阳极七段数码管。在连接数码管时，我们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。4 调试与总结4.1 调试与测量数据我们要通过调试电路来发现设计电路的相关内容。（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以及该如何进行接线。（2）当上步骤完成后， 接通电源， 观察

14、数码管和二极管是否亮，若不亮时，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。（3）（ 2）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。为了验证设计电路的正确性以及它的实验数据，我们对实物进行验证。如下图：- 8 -4.2 设计总结采用 AD590 、A/D 转换器、译码器和数码管。通过温度传感器AD590采集到温度信号，经过整形电路送到 A/D 转换器，然后通过译码器驱动数码管显示温度。在这次设计当中，初步了解了 AD 转换器的工作原理以及数码管的连接方

15、法。在这个设计中，信号采集电路比较重要，要对电路中各个元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。5 心得体会数电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 . 从选题到定稿，从理论到实践， 可以说是十分复杂又枯燥的， 但是从中却学到很多的东西，不仅可以巩固了以前所学过的知识，还学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次数电课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的

16、能力。因为是第一次做数电课程设计，遇到问题是再所难免的，但是从遇到过各种各样的问题中，我们也发现了自己的不足之处，同时也让我们在实践中发现了不少解决的方法， 充实了我们的经验，让我们在以后遇到相同的问题时能够顺利解决。附录 1 元件清单附表 1元件清单元件名称元件型号及参数个数10K16.8K1电阻91K21001100K1470K11M120K1可调电阻100K110K1- 9 -100 pF10.1 uF1电容0.01uF10.047uF10.22uF1电解电容4.7uF21u1AD5901芯片OP-071ICL71071ICL76601连接器CON21数码管共阳极数码管4附录 2 原理图

17、76b c42R 41+5 V9100KV IN =2 0 00 mVp o l 1 0C 3+5 VR 8U 150. 0 1 u5a113 1IN+A 17181 M3 04b1a37IN-B 10. 1mV /KV RE F=1 0 00 mV3c1b 36R 9C 1U 33 62d1c34R 2R 10R EF+D 12310 K3 58e1d 32R EF-E16.8K620 K6f1e31R 1 1F127g1f39C2 34CTEF+G 1AD590R 591 K3 3g 3 1 0CTEF-310 0U 212a254A 20. 1u4 011b20SC1B 2R 63 91

18、0c2a27-5V+5 V10 0K0SC2C 2C 13 80SC3D 29d2b 26+5 VR 31 0 0 p14e2c24E29 1 K13f2d 22R 1F2J13 725g2e21TE 8TG 2C 81 0 Kf2923 223a3g 2 1 01C OMA 3116b35+5 VV +B 3+5 V1 u2 624c3V -C 315d3a17D 3U 4-5 V18e3b 16E3C 6417f3c14CAP-F34. 7u2 122g3d 12G NDG 32C 419bce11CAP+A B465-5 V2 9f19LVV ou tR 7A /Z7C5 28g 1 1 0O SCBUFF347 0K0. 0427u5G NDINT120po l+PO LN C