数字温度计电路课程设计.docx

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前言

温度数我们日常生产和生活中实时在接触到的物理量， 但是它是看不到的，仅凭感觉只能感觉到大概的温度值，传统的指针式的温度计虽然能指

示温度，但是精度低，使用不够方便，显示不够直观，数字温度计的出现可以让人们直观的了解自己想知道的温度到底是多少度。

数字温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器（如铂电阻，热电偶，半导体，热敏电阻等），将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化，温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系，一定的

曲线关系等，这个电信号可以使用模数转换的电路即AD转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给处理单元，如单片机或者PC机等，处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来，成为可以显

示出来的温度数值，如25.0摄氏度，然后通过显示单元，如LED,LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。

这样就完成了数字温度计的基本测温功能。

数字温度计根据使用的传感器的不同， AD转换电路，及处理单元的不同，它的精度，稳定性，测温范围等都有区别，这就要根据实际情况选择符合规格的数字温度计。

在当今信息化时代展过程中，各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件已经成为各个应用领域中不可缺少的重要技术工具。

传感器是信息采集系统的首要部件，是实现现代化测量和自动控制的主要环节，是现代信息产业的源头，又是信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础。

可见理解和撑握传感器的知识与技术有着其极重要的意义。

传感器知识面广，如果在实践技能的锻炼上下功夫，单凭课堂理论课学习，势必出现理论与实践脱节的局面。

任随书本上把单片机技术介绍得多么重要、多么实用多么好用，同学们仍然会感到那只是空中楼阁，离自己十分遥远，或者会感到对它失去兴趣，或者会感到它高深莫测无从下手，这些情况都会令课堂教学的效果大打折扣。

本次设计的目的就是让我们在理论学习的基础上，通过完成一个传感品器件的设计，使我们学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而

且能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、排版调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。

目录

—任务书二设计方案

三系统单元单电路设计

四整机电路

五系统安装与调试六收获和体会

七参考文献八器件清单

1.设计目的

任务书

为学习了电子技术的理论基础知识之后，让学生在实际操作中熟悉常用的电子电路元件，掌握基本的常用电路，熟悉电子电路系统设计的一般方法，了解并掌握EDA仿真软件的应用以及常用仪器仪表的使用，培养学生的独立分析问题和解决问题的能力，为以后从事电子系统设计、开发和应用打好基础。

2.设计任务与要求

（1）要求

采用温度传感器设计一个数字温度计，实时测量环境温度。

测量温度采用数码管显示，格式为：

XXX.X，其中第一位为符号位，后两位整数温度值和最后一位为小数温度值。

基本指标要求：

测量温度范围：

0~200°C，测量精度1°C。

（2）任务

a．根据课程题目找参考资料b．设计出数字温度传感器的系统框图c．设计系统单元单电路d．设计整机电路

e．系统安装与调试f．整理说明书g．答辩

1、数字温度计的组成

设计方案

数字温度计组成框图如图1所示，它由温度传感器、A／D转换器、数码显示。

温度传感器敏感环境温度，并将温度信号转换为电压信号或电流信号；A／D转换器将温度传感器输出的模拟信号转换成数字信号；经过转换后的数字信号连接数码管，以数字方式实时显示温度。

温度传感器

A/D转换器

数码显示器

图1数字温度计组成框图

日常生活中，温度的测量范围为0—200℃，精度控制为1℃，因此本项目采用AD590单片集成两端式感温电流源温度传感器、40个管脚的A/D转换器ICL7107及4个八段共阳极数码管设计数字温度计，集成运放使用LM324。

ICL7107在进行模拟/数字信号转换的同时，数码管显示格式为：

XXX.X，代表1位符号位，2位整数温度值和1位小数温度值。

2、工作原理

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。

ICL7107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，LM35本身就可以将温度线性转换成电压输出。

由此可知用ICL7107驱动数码管实现信号的显示。

3、电路的组成

（1）AD590（电流输出型两端温度传感器）

AD590是AD公司利用PN结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端

温度传感器.（热敏器件）

AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。

它的主要特性如下：

1、流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：

mA/K式中：

—流过器件（AD590）的电流，单位为mA；T—热力学温度，单位为K。

2、AD590的测温范围为0℃～+200℃。

3、AD590的电源电压范围为4V～30V。

电源电压可在4V~6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。

AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。

4、输出电阻为710MW。

5、精度高。

AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在0℃～

+200℃范围内，非线性误差为±0.3℃。

AD590温度感测器是一种已经IC化的温度感测器,它会将温度转换为电流.

AD590的管脚图及元件符号如下图所示：

AD590的输出电流值说明如下：

其输出电流是以绝对温度零度（-273℃）为基准，每增加1℃，它会增加1μA输出电流，因此在室温25℃时，其输出电流Iout=（273+25）=298μA。

AD590基本应用电路：

注意事项：

1、Vo的值为Io乘上10K，以室温25℃而言，输出值为10K×298μA=2.98V

2、测量Vo时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。

（2）LM324

M324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。

，内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。

电路功耗很小，lm324工作电压范围宽，可用正电源3～30V，或正负双电源±1．5V～±15V工作。

它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为O～Vcc。

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，四组运放相互单独。

每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，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相位相反；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。

如图LM324引脚排列见图1.2。

lm124、lm224和lm324引脚功能及内部电路完全一致。

lm124是军品；lm224为工业品；而lm324为民品。

由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等特点,因此，它被非常广泛的应用在各个电路中。

LM324引脚排列见图1.2

M324系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。

可工作在单电源下，电压范围是3.0V-32V或+16V.

LM324的特点：

1.短跑保护输出

2.真差动输入级

3.可单电源工作：

3V-32V

4.低偏置电流：

最大100nA（LM324A）

5.每封装含四个运算放大器。

6.具有内部补偿的功能。

7.共模范围扩展到负电源

8.行业标准的引脚排列

9.输入端具有静电保护功能

（3）ICL7107AD转换器

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。

1V+

2D1

OSC140

OSC239

3C1

4B1

OSC338

TEST37

5A1

6F1

7G1

REFHI36

REFLO35

CREF+34

8E1

9D2

CREF33

COMMON32

10C2

11B2

12A2

ICL7107

INHI31

INLO30

A-Z29

13F2

14E2

BUFF28

INT27

15D3

16B3

17F3

V-26

G225

C324

18E3

19AB4

A323

G322

20POL

GND21

1

如图1.3ICL7107管脚排列

a.ICL7107引脚功能

V＋和V-分别为电源的正极和负极，

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：

时钟振荡器的引出端，外接阻容或石英晶体组成的振荡器。

第38

脚至第40脚电容量的选择是根据下列公式来决定：

Fosl=0.45/RC

COM：

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：

测试端，该端经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地，故也称“逻辑

地”或“数字地”。

VREF＋VREF-：

基准电压正负端。

CREF：

外接基准电容端。

INT：

27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：

积分器和比较器的反向输入端，接自动调零电容CAz。

如果应用在200mV

满刻度的场合是使用0.47μF，而2V满刻度是0.047μF。

BUF：

缓冲放大器输出端，接积分电阻 Rint。

其输出级的无功电流（idling

current）是100μA，而缓冲器与积分器能够供给20μA的驱动电流，从此脚接一个Rint至积分电容器，其值在满刻度200mV时选用47K，而2V满刻度则使用470K。

b.1/2位双积