数字温度计2.docx
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数字温度计2
数字电子技术课程设计
课题名称________数字电子技术课程设计_____
所在院系_______机械电子工程学院_________
班级________13自动化
（一）班________
学号__________
姓名_______________________
指导老师________________________
时间___2015年1月30日______
景德镇陶瓷学院
数字电子技术课程设计任务书
班级：
姓名：
指导老师：
2015年12月25日
设计题目：
数字温度计
设
计
任
务
（1）查阅资料选择温度传感器。
（2）设计温度测量电路（确定温度与电压之间的转换关系）。
（3）设计温度显示电路（显示的数字应反映被测量的温度）。
（4）画出数字温度计电路图，读数范围0～100℃，读数稳定。
设
计
要
求
设计一个测试温度范围为0～100℃的数字温度计
参
考
资
料
[1]康华光．电子技术基础模拟部分（第五版）．高等教育出版社．
[2]曹才开．电路与电子技术实验．中南大学出版社．
[3]康华光．电子技术基础数字部分（第五版）．高等教育出版社．
[4]郭照南．电子技术基础实验与仿真．中南大学出版社．
[3]童诗白主编．模拟电子技术基础．第２版．北京：
高等教育出版社，1998
[4]欧阳星明主编.数字逻辑.第二版.武汉:
华中科技大学出版社,2005
教研室主任签字：
年月日
引言…………………………………………………………….……….1
4总结………………………………………………………………12
6参考文献…………………………………………………………14
7附录………………………………………………………………15
引言
温度计是工农业生产及科学研究中最常用的测量仪表。
使用温度测量仪，首先经过AD590集成温度传感器的作用，使外界温度转换为电流用表示。
因为上述为绝对温度K和电流之间的转换关系，而在设计中我们需要采用℃，所以我们必须使其转换成摄氏温度℃和电流之间的关系，这就要用到K—℃变换器。
通过K—℃变换器的作用，我们便得到想要的℃和电流之间的直接转换关系。
得到的电流再经过放大器的放大，即可直接用电压表读出被测对象的温度值。
然后放大后的电压接一比较器，比较器的输出端接报警设备。
报警设备可由一个发光二极管组成。
在设置了预警温度后，由比较器输出端的电压决定二极管是否发光，从而起到警报作用。
经TC7017AD转换后，再通过数码管显示。
关键词：
AD590 放大器 TC7107数码管
1方案设计
1.1总体方案设计
图1所示为数字温度计的原理框图。
其工作原理是将被测的温度信号通过传感器转换成温度变化的电压信号，此电压信号经过放大电路后，通过模-数转换器把模拟量转变成数字量，最后将数字量送显示电路，用4位LED数码管显示。
图1-1
采用AD590、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。
图中电路可以完成温度变化的模拟信号转换成数字信号，此电路是基于模拟AD590设计的，它是利用PN结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。
2单元电路设计
2.1温度传感器
此电路是基于模拟AD590设计的，它是利用PN结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。
这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。
该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。
即使电源在5～15V之间变化，其电流只是在1μA以下作微小变化.
1、流过器件的电流（μA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数。
2、可测量范围-55℃至150℃.
3、供电电压范围+4V至+30V.
AD590集成温度传感器进行温度～电流转换。
它是一种电流型二端器件，其内部已作修正，具有良好的互换性和线性。
有消除电源波动的特性。
输出阻抗达10MΩ，转换当量为
。
器件采用B－1型金属壳封装。
温度—电压变换电路如图2.2所示。
由图可得：
由
（R一般取10KΩ）
所以
。
图2-1AD590原件符号图2-2温度——电压转换电路
2.2转换与放大电路
2.2.1K—℃变换器
因为AD590的温控电流值是对应绝对温度K，而在设计中需要采用℃，由运放组成的加法器可以实现这一转换，参考电路如下图2.3
图2-3K—℃变换电路
设流经R2,R1,R3的电流分别为
对图2.3的反相输入节点可列出下面的方程：
若
（实际应用中可取R1=R2=R3=5KΩ）
而
计算得
则式（2.3.1）可变为
（2.3.2）
元件参数的确定和－UR选取的指导思想是：
0℃（即273K）时，U2=0V
综合式（2.2.1），可得
。
（2.3.3）
2.2.2放大器
图2-4反相比例放大器
设流经R4，R6的电流分别为i4，i6。
由虚断的概念可知，i4=i6，
为了提供一个合适的静态偏置，故在其同向端接入一个平衡电阻
（2.4.2）
要使U3满足100mV/℃，又因为U2=10mV/℃，
所以我们可取
2.2.3比较器
电压比较器是集成运放非线性应用电路,常用于各种电子设备中.它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。
图2-5电压比较器
由电压比较器组成，如图2.5所示。
Uref为报警时温度设定电压5V，R7,R8用于稳定输入电压。
R9用于改善比较器的迟滞特性，R10用于报警设备的输入电阻，用来控制输入电流的大小。
这些电阻决定了系统的精度。
由比较器的虚短和虚断概念得经过调试，可取
2.2.4报警设备
发光二极管为其核心设备,其发热量小，耗电量也少，节能。
由低压电源供给，供电电压大大约为6-24V之间。
当
的值小于
的值时，
输出为低电平，三极管截止，发光二极管无响应。
当
的电压值大于
时，
输出为高电平，三极管导通，此时发光二极管发光，产生警报！
图2-6发光二极管图2-7报警设备电路
2.2.5转换与放大电路总原理图
由上述各设计电路可得出如图2-8所示电路原理图。
图中电路可以完成温度变化的模拟信号转换成数字信号，此电路是基于模拟AD590设计的，它是利用PN结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。
这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。
该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。
AD590的温控电流值是对应绝对温度K，而在设计中需要采用℃，由运放组成的加法器可以实现这一转换。
电压比较器是集成运放非线性应用电路,常用于各种电子设备中.它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。
图2-8转换与放大电路
2.3A/D转换电路
TC7107是一种高性能、低功耗的三位半A\D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。
TC7107可直接驱动共阳极LED数码管。
TC7107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。
TC7107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-p）；
4.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。
TC7107的A/D转换及数字显示图的部分电路原理图如下：
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2-10TC7107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）、信号积分（INT）和反向积分（DE）三个阶段。
2.4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2.13所示。
图2.13共阳极数码管内部结构
在本次设计当中，由于TC7107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。
3总电路图
3.1总电路图原理
采用AD590、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。
图中电路可以完成温度变化的模拟信号转换成数字信号，此电路是基于模拟AD590设计的，它是利用PN结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。
这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。
该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。
AD590的温控电流值是对应绝对温度K，而在设计中需要采用℃，由运放组成的加法器可以实现这一转换。
电压比较器是集成运放非线性应用电路,常用于各种电子设备中.它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。
4总结
在这个设计中，信号采集电路和A/D转换电路比较重要，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。
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，能独立完成电路图的绘制，在设计电路图过程中充分了解各芯片和元器件的功能作用。
通过这次电子技术课程设计,使我对模拟电子技术和数字电子技术在实践中的应用有了更深刻的理解。
通过该课程设计，把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。
通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。
5元件清单
实验元件
型号
数量
普通二级管
2CP1
1
稳压管
2CW17
2
发光二极管
SST-R-3528-85105-C-12
1
三极管
S9015
1
运算放大器
Ua741cn
4
电阻
10kΩ
9
2.4kΩ
1
1kΩ
1
0.2kΩ
2
100KΩ
2
电位器
68KΩ
2
直流源
12V
1
电压表
数字电压显示
2
6参考文献
[1]康华光．电子技术基础模拟部分（第五版）．高等教育出版社．
[2]曹才开．电路与电子技术实验．中南大学出版社．
[3]康华光．电子技术基础数字部分（第五版）．高等教育出版社．
[4]郭照南．电子技术基础实验与仿真．中南大学出版社．
[3]童诗白主编．模拟电子技术基础．第２版．北京：
高等教育出版社，1998
[4]欧阳星明主编.数字逻辑.第二版.武汉:
华中科技大学出版社,2005
7附录
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