PT10C温度感测器是一种以白金（Pt）作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：
R=Ro（1+aT）其中a=0.00392,Ro为100Q（在0C的电阻值）,T为摄氏温度
因此白金作成的电阻式温度检测器，又称为PT100以下是部分铂电阻PT100勺分度表：
图2.1.1PT100的分度表
2.1.2精密仪表放大器INA122的基本工作原理
INA122是精密低噪声信号采集仪表放大器，颞部采用两个运放设计,使之具有非常低的静态电流的优越性能，其输入阻抗高、共模抑制能力强，
可有效放大差模信号，可用于便携式仪表和数据采集，INA122工作在很宽
的单电源供电下（2.2--36V），静态电流仅60ua。
加一个外部电阻Rg,放大倍数公式为：
G=5+2000K/Rg可设定5—10000V/V的任意增益值。
激光矫正保证了极低的失调电压及漂移和优越的共模抑制。
以下图是INA122的内部结构图：
图2.1.2INA122内部结构图
放大倍数：
G=5+2000K/Rg
2.1.3ICL7107的基本工作原理与主要构成部分介绍
当输入电压为Vx时，在一定时间T1内对电量为零的电容器C进行恒流（电流大小与待测电压Vx成正比）充电，这样电容器两极之间的电量将随时间线性增加，当充电时间T1到后，电容器上积累的电量Q与被测电压Vx成正比；然后让电容器恒流放电（电流大小与参考电压Vref成正比），这样电容器两极
之间的电量将线性减小，直到T2时刻减小为零。
所以，可以得出T2也与Vx成正比。
如果用计数器在T2开始时刻对时钟脉冲进行计数，结束时刻停止计数，得到计数值N2,则N2与Vx成正比。
双积分AD的工作原理就是基于上述电容器充放电过程中计数器读数N2
与输入电压Vx成正比构成的。
现在我们以实验中所用到的3位半模数转换器ICL7107为例来讲述它的整个工作过程。
ICL7107双积分式A/D转换器的基本组成如图1所示，它由积分器、过零比较器、逻辑控制电路、闸门电路、计数
器、时钟脉冲源、锁存器、译码器及显示等电路所组成，以下是芯片原理图:
图2.1.3-1TC7107的芯片引脚图
（一）模拟部分
模拟电路由双积分式A\D转换器构成，图2.3-3所示。
主要包括2.8V基准占
八、、
图2.1.3-3双积分式A\D转换器结构
源（E0）、缓冲器（AL）、积分器（A2）、比较器（A3）和模拟开关的组成。
缓冲器A4专门用来提高COM端带负载的能力，可谓设计数字多用表的电阻挡、二极管挡和hFE挡提供便利条件.这种转换器具有转换准确高度、抗串模干扰能力强、电路简单、成本低等优点。
适合做低速模转换。
每个转换周期分为三个阶段进行，自动调零（AZ）、正向积分（INT）、反向积分（DE）,并按照AZ到INT到DE到AZ的顺序进行循环。
令计数脉冲的周期为TCP。
每个测量周期共需要4000个TCP，其中，正向积分时间固定不变。
T1=1000TCP，仪表显示值，
将T仁1000TCP,UREF=100.0mV带入上式得。
N=10UIN、或UIN=0.1N。
（2-2）
只要把小数点定在十位上，即可直读结果，满量程时：
N=2000，此时
UM=2UREF=200mV。
仪表显示超量程符号“1”。
要测量2V以上的直流电压，必须利用精密电阻分压器对UIN进行衰减。
积分电阻应采用金属膜电阻，积分电容选绝缘性好、介质吸收系数小的聚苯乙烯电容聚丙烯电容。
为了提高仪表抗串模干扰能力，正向积分时间（称采样时间）T1应是工频周期的整数倍，我国采用50Hz交流电网，其周期为20ms,应选
T1=20n（ms）.（2-3）
式中，n=1,2,3，。
例如取n=2,4,5时，T仁40ms、80ms、100ms,能
有效地抑制50Hz干扰。
这是因为积分过程有取平均的作用，只要干扰电压的平均值就不影响积分器的输出。
但n值也不宜过大，以免测量速率太低。
图2.1.3-4ICL7107外围基准电压电路图
（二）数字电路
数字电路如图2.3-3所示，主要包括8个单元：
（1）时钟振荡器，
（1）频分器；
（2）计数器；
（3）锁存器；
（4）译码器；
（5）异或门相应为驱动器；
（6）控制逻辑；
（7）LCD显示器。
时钟振荡器由ICL7106内部相反器F1、F2以及外部阻容元件R、C组成。
若取R为120千殴，C为100皮法，则F0=40kHz。
F0经过4分频后得到计数频率，fPC=10kHz,即TCP=0.1ms。
此时测量周期T=16000T0=4000TCP=0.4s测量速率为2.5次每秒。
F0还经过800分频
图2.1.3-5ICL7107数字电路
得到50Hz方波电压，接LCD的背电极BP。
LCD须采用交流驱动方式,当笔段电极a到g与背电极BP呈等电位时不显示，当二者存在一定的相位差时，液晶才显示因此，可将两个频率与幅度相同而相反的方波电压，分别加至某个笔段引出端与BP端之间，利用二者电位差来驱动该笔段显示。
驱动电路采用异或门。
其特点是当两个输入端得状态相异时（一个为高电平、另一个为
低电平），输出为高电平；反之输出低电平
控制逻辑有三个作用：
第一，识别积分器的工作状态，适时发出控制信号,使A\D转换正常进行；第二，判定输入电压极性并龙智LCD的负极性显示；第三，超量程时发出溢出信号使千位显示1,其余位消除。
2.1.4ICL7107引脚功能和外围元件参数的选择
下面阐叙ICL7107双积分模数转换器引脚功能、外围元件参数的选择。
外围器件的连接图如2.3-5所示。
图中它和数码管相连的脚以及电源脚是固定的，所以不加详述。
芯片的第32脚为模拟公共端，称为COM端；第34脚V叶和35脚Vr-为参考电压正负输入端；第31脚IN+和30脚IN-为测量电压正负输入端；Cint和Rint分别为积分电容和积分电阻，Caz为自动调零电容，它们与芯片的27、28和29相连，电阻R1和C1与芯片内部电路组合提供时钟脉冲振荡源，从40脚可以用示波器测量出该振荡波形，该脚对应实验仪上示波器接口CLK，时钟频率的快慢决定了芯片的转换时间（因为测量周期总保持4000个Tcp不变）以及测量的精度。
下面我们来分析一下这些参数的具体作用：
Rint为积分电阻，它是由满量程输入电压和用来对积分电容充电的内部缓冲放大器的输出电流来定义的，对于ICL7107，充电电流的常规值为lint=4uA，则Rint=满量程/4uA。
所以在满量程为200mV，即参考电压Vref=0.1V时，Rint=50K,实际选择47K电阻；在满量程为2V，即参考电压Vref=1V时，
Rint=500K,实际选择470K电阻。
Cint=T1*lint/Vint,—般为了减小测量时工频50HZ干扰，T1时间通常选为0.1S，具体下面再分析，这样又由于积分电压的最大值Vint=2V，所以:
Cint=0.2uF,实际应用中选取0.22uF。
对于ICL7107,38脚输入的振荡频率为：
f0=1/（2.2*R1*C1），而模数转换的计数脉冲频率是f0的4倍，即Tcp=1/（4*f0），所以测量周期T=4000*Tcp=1000/f0，积分时间（采样时间）T仁1000*Tcp=250/fo。
所以fo的大小直接影响转换时间的快慢。
频率过快或过慢都会影响测量精度和线性度，同学们可以在实验过程中通过改变R1的
值同时观察芯片第40脚的波形和数码管上显示的值来分析。
图2..1.4-1ICL7107和外围器件连接图
2.2Proteus仿真软件介绍
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件（该软
件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus是世界上著
名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世
界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33AVR、
ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
编辑本段功能特点：
Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：
multisim）的功能。
这些功能是：
（1）原理布图
（2）PCB自动或人工布线
（3）SPICE电路仿真
革命性的特点：
（1）互动的电路仿真，用户甚至可以实时采用诸如RAM,ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。
（2）仿真处理器及其外围电路
可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。
还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。
配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子
设计开发环境。
编辑本段功能模块：
（1）智能原理图设计（ISIS）
丰富的器件库：
超过27000种元器件，可方便地创建新元件；
智能的器件搜索：
通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；
智能化的连线功能：
自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；
支持总线结构：
使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；
可输出高质量图纸：
通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，
可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。
（2）完善的电路仿真功能（Prospice）
探ProSPICE混合仿真：
基于工业标准SPICE3F5,实现数字/模拟电路的混合仿真；
探超过27000个仿真器件：
可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件；
探多样的激励源：
包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入；
探丰富的虚拟仪器：
13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等；
探生动的仿真显示：
用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其
对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动；
探支持主流的CPU类型：
如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33HC11、BasicStamp8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持CORTEX、DSP处理器；
探支持通用外设模型：
如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信；
探原理图到PCB的快速通道：
原理图设计完成后，一键便可进入ARES的PCB设计环境，实现从概念到产品的完整设计；
探实时仿真：
支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真；
探编译及调试：
支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试；（4）实用的PCB设计平台
探原理图到PCB的快速通道：
原理图设计完成后，一键便可进入ARES的PCB设计环境，实现从概念到产品的完整设计；
探先进的自动布局/布线功能：
支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理；编辑本段资源丰富：
（1）Proteus可提供的仿真元器件资源：
仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。
（2）Proteus可提供的仿真仪表资源：
示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。
理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。
（3）除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但
功能更多。
这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。
这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。
（4）Proteus可提供的调试手段Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试，这些测试信号包括模拟信号和数字信号。
编辑本段电路仿真：
在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：
*HEX，
可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。
PROTEUS是
单片机课堂教学的先进助手。
它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。
这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：
元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。
课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。
由于PROTEUS提
供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台。
使用Proteus软件进行单片机系统仿真设计,是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力；在单片机课程设计和全国大学生电子设计竞赛中，我们使用Proteus开
发环境对学生进行培训，在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。
实践证明，在使用Proteus进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。
因此，Proteus有较高的推广利用价值。
第三章设计步骤和过程
3.1数字温度设计的系统结构图
图3.1系统结构图
3.2各功能模块的电路仿真图和原理说明
3.2.1PT100桥式仿真电路图及原理
图3.2.1PT100仿真图
原理：
电路采用R5、R6、R8、RT1构成测量电桥，因为PT100在5mA以下的电流才能稳定的工作，有比较好的线性度，所以设R5=R6=4.99K用来限制电流在1mA左右，因为PT100在零度时电阻值为100,所以设R8=100欧；RT1是铂电阻PT100,上面显示的为北侧模拟温度值，当PT100的电阻值和R8不相等时，电桥输出一个mV级的压差信号可由放大器进行放大。
322INA122仪表放大器仿真电路图及原理
图3.2.2INA122放大电路
原理：
因为PT10（变化的是很微弱的信号，如果用普通的0P系列的放大器要先输入跟随器防止电流被放大器影响，在经过放大，这种电路的工模干扰很大，而INA122仪表放大器，它的工模抑制能力很强，输入阻抗高且能有效的放大差模信号，外部的电位器RV4是用来调节放大倍数的，该电路已经将输入的电压差放大到相对应温度的电压值，5脚REF用来调零，且与6脚组成差分输出。
3.2.3放大器的调零电路
图323INA122调零电路
原理：
INA122经过激光矫正，因此，失调和温漂都很小，多数情况下无
需调整，但是在此电路中存在一定的失调电压，所以采用电位器RV3进行了适
当调零处理。
324TC7107AD的仿真电路及原理
图3.2.4TC7107仿真图
原理：
TC7107为高阻抗CMOS差分输入，噪声低，显示稳定，输入为零时读数为零，29脚为自动调零电容，C4=47nF适合于2.0V满量程应用，它的自动调零周期免除了调零需要；在31脚VIN+和30脚VIN+实现了差分输入，在40脚的和39脚间接100K电阻与38脚的0.1nF电容构成了频率为48K的振荡器，构成了微秒级的读数周期；TC7107A可以驱动共阳极四位LED段驱动通常为8mA1000's输出（引脚19）从两个LED段汲取电流，并具有16mA的驱动能力，前三位数码管分别为被测电压（mV级）的百位、十位、个位，第四位为小数点位；TC7107有两个测量量程可以选择，当要求满量程是200mV时在36脚VREF+口35脚VREF之间接100mV本实验的满量程是2V,所以在35和36脚之间接1V的基准电压。
第四章设计的仿真和结果分析
4.1电路的调试测量值仿真电路图
电路的调试我采用的是Proteus仿真软件进行的电路仿真调试，利用软件强大的仿真资源，对自己设计的电路进行验证性测试。
如题目要求需要验证测试0-200度的温度值，以及冰水0°C、环境温度、100°C沸水三个值，用数码管来显示其值。
根据该题要求，以下分别是测试冰水0°C、环境温度（25°C）、
100OC沸水及200°C的仿真测试结果电路图。
1.冰水0OC
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三A
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m-FTiJ]
z
STlfTIE
二
2•环境温度
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HhMdAPC
图4.1.2环境温度（250°C）仿真图
3.100C沸水
JI
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4111
-0壬4-0-07
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