课程设计数显铂电阻温度测量仪.doc

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学号:

电子系统综合设计

——数显铂电阻温度测量仪设计

姓名

院别

计算机与信息工程学院

班级

计算机与信息工程学院

2012年11月29日

第一章设计任务及要求

1.1设计任务

本课程设计是利用现有的环境，是基于ICL7107芯片对温度进行控制的，采用PT100温度传感器采集温度数据，通过仪用放大器将温度信号放大，然后再送入A/D转化器，将模拟信号转变成便于单片机处理的数字信号，当所采集到的温度值大于设定的阀值时，可进行告警提示，并通过串口向单片机发送指令，单片机收到指令后控制蜂鸣器发音。

同时可以使用外界键盘随时修改温度设定值，达到不同的需求。

体现出了系统的智能性。

1.2设计要求

1、测温范围-50℃~150℃

2、采用八位单片机作为控制芯片

3、测温传感器采用PT100

4、对应温度范围要求变换为0~5V

5、用四位数码显示，显示精度0.1℃

6、要求可以通过键盘设置参数如：

温度上下线报警值

7、具有声光报警功能

8、采用线性电源，AC220V±15%供电

1.3设计目的

1．了解温度采集传感器Rt100的工作原理，掌握其工程设计实用方法。

2.掌握模数转换、电阻电压转换及数码显示电路的设计构建方法。

3.掌握电子电路系统设计的基本方法，培养提高综合利用多学科相关知识进行初步工程设计与实际装调系统电路的能力。

第二章设计方案及设计原理

2.1设计方案

本方案的设计电路由稳压电路、温度采集、电阻/电压转换器、控制电路和显示电路组成。

其中，温度采集传感器采用热敏电阻铂Pt100，A/D转换器用ICL7107（双电源±5V供电，适合驱动发光二极管显示），共阳数码管用ICL7107控制。

本方案用到了ICL7107，电路中的A/D转换电路与数码显示电路都由其控制与组成，因而在设计具体电路时，要针对ICL7107进行合理的设计。

而电阻/电压转换电路由运放电路组成，Pt100是电阻/电压转换电路的核心部分。

该方案的设计方框图表示如下：

图1.基于ICL7107的温度测量控制原理方框图

2.2设计原理

铂金属温度传感器的电阻值会随着外界温度的变化而变化，并且近似为线性关系。

利用这种线性关系，可以组成温度测量电路。

从这个电路中将会得到跟随外界温度变化而变化的带有当前温度特征的电压信号。

温度测量电路模块输出的电压信号的伏值一般较小，不能直接用于后续电路模块的输入信号。

因此，要在温度测量电路模块后面加上电压放大电路。

将温度测量电路输出的带有当前温度特征的电压信号进行放大，使得其输出的电压伏值能够满足后续电路模块的输入要求。

放大电路模块输出的电压信号分为两路：

一路直接用于数字显示电路模块的输入信号，从而得到直观的温度数据。

另一路将输出的电压信号作为继电器驱动电路模块中的电压比较器的一个输入信号。

温度控制电路模块的输出电压信号也分为两路：

一路直接送到数字显示电路模块的输入端，这样即可显示出当前要设置的温度值。

另一路送入蜂鸣器驱动电路模块中的电压比较器的另一个输入端，与放大电路模块输出的电压信号进行比较,从而由这两路输入的电压信号决定电压比较器的输出电压信号。

电压比较器的输出电压信号由其两路输入电压信号所决定。

当两路输入信号的输入电压不相等时，则蜂鸣器驱动电路模块工作，从而控制外界温度的变化，并将变化结果输入到数字显示电路模块中；当两路输入信号的输入电压相等时，则蜂鸣器模块不工作，从而控制外界温度向相反方向变化，并将变化结果输入到数字显示电路模块中。

数字显示电路模块的输出显示内容，由其输入的电压信号所决定，并且其输出显示的段码数字与输入的电压信号呈一定的线性关系。

这样就可由其输入的电压信号的伏值大小来控制其显示的内容，从而得到当前温度下的数字输出显示，从而可以直观的得到当前的温度值。

当温度超过设定值时，进行声光报警，并通过三极管供压放大带动风扇进行降温处理。

第三章单元电路设计与分析

3.1主要芯片简介

3.1.1集成运放LM324

LM324是四运放集成电路（图2），它采用14脚双列直插塑料封装。

它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。

每一组运算放大器可用图3所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。

两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

图2LM324管脚连接图图3运算放大器

3.1.2ICL7107

ICL7107是高性能、低功耗的三位半A/D转换器电路。

它包含七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统。

ICL7107可直接驱动发光二极管（LED）。

ICL7107将高精度、通用性和真正的低成本很好地结合在一起，它有低于10μV的自动校零功能，零源小于1μV/°C，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优点。

其管脚图如图4所示：

图4ICL7107管脚图

3.2单元电路模块

3.2.1温度采集电阻Pt100与电压转换电路

温度采集主要采用热敏类电阻铂Pt100，它广泛用于化工、冶金、热电等测温领域。

当温度发生变化时，铂电阻的阻值会发生变化，而铂电阻的阻值又与温度呈现一一对应的关系。

温度采集与电压转换电路图如下图5：

图5温度采集与电压转换电路

3.2.2控制测量电路

本实验用到的主要是电压比较器，电路图如下：

图6控制测量电路图

电压比较器主要用于控制加热设备或制冷设备的通断，其控制原理如下：

（1）切换开关K置于1挡时，仪表显示测量温度值；

（2）置于2挡时显示设定温度。

（3）当测量温度值低于设定温度值时，8管脚输出高电平，发光二极管不工作。

当测量温度高于设定温度时。

8管脚输出低电平，发光二极管工作。

3.2.3A/D转换电路

A/D转换器采用美国Harris公司的ICL7107（双电源±5V供电），它包含31/2位数字A/D转换器，可直接驱动发光二极管（LED）。

其A/D转换电路如下图所示：

图7A/D转换电路原理图

3.2.4数码管显示电路

当温度测量完之后，要通过显示电路将测量值显示出来。

显示电路由ICL7107以及数码管构成（显示电路如图8所示）。

其中，数码管采用共阳极接法，即阳极接到电源正极，其余的各个管脚与ICL7107的管脚一一对应连接。

图8共阳极数码管显示电路

3.2.5声光报警电路

声光报警电路主要由发光二极管、PNP三极管、蜂鸣器和小风扇组成。

其中小风扇和蜂鸣器并联接在三极管的集电极（c极），三极管可以放大电流，从而驱动小风扇和蜂鸣器工作。

其工作原理如下：

（1）当测量温度低于设定温度时，发光二极管截止不工作，三极管也处于截止状态，小风扇和蜂鸣器不工作；

（2）当测量温度高于设定温度时，二极管导通，三极管导通，b极的电流经过放大驱动蜂鸣器和小风扇工作。

其电路图如下图9所示：

图9声光报警电路

第四章设计总结

4.1体会与总结

通过本次电子电路综合设计，完成了温度测量数显控制仪的设计实现。

在自己的努力以及同学帮助下，完成了设计任务。

经过本次设计，我对综合电子电路的设计有了一定的理解，并且综合运用模电和数电中学到的知识，理论与实际相结合，是我对电子电路学科有了更加深刻的体会与了解。

本次设计，我主要了解了ICL7107的工作原理与数码管之间的连接，同时知道了热敏电阻Pt100的工作特性。

最后，希望能将电子电路综合设计实验继续开设下去，这样更有助于大学生综合能力的培养和提高，每个人都能养成独立思考的能力。

4.2总设计电路原理图

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