数字温度计.docx
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数字温度计
数字电子技术课程设计
课题名称电子技术课程设计
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2015.12.21~2016.1.1
景德镇陶瓷大学
数字电子技术课程设计任务书
班级：
自动化13
（一）班姓名：
詹焱林指导老师：
刘蜀阳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] 阎石.数字电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2001.
[2] 彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：
高等教育出版社，1997.
[3]孙梅生.电子技术基础课程设计[M].北京：
高等教育出版社，1998.
[4]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计[M].北京：
电子工业出版社，2002.
教研室主任签字：
年月日
目录
1引言4
2电路的设计5
3电路原理及电路组成6
3.1传感电路6
3.2温度信号采集电路7
3.3A/D转换电路8
3.4数码管显示9
4调试与总结11
4.1调试与测量数据11
4.2设计总结11
5心得体会12
附录1元件清单13
附录2原理图14
1引言
温度是日常生活、工业、医学、环境保护、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2.1.
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。
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，AD590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ANALOGDEVICES公司的单片集成两端感温电流源，其输出电流与绝对温度成比例。
在4V至30V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1µA/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298.2µA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（μA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数：
Ir/T=1
（1）式中，Ir—流过器件（AD590）的电流，单位为μA；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4～30V，可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏；
（4）输出电阻为710mΩ；
（5）精度高，AD590在-55℃~+-150℃范围内，非线性误差仅为±0.3℃。
图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25μV），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。
OP－07具有以下特点：
超低偏移：
150μV最大。
（1）低输入偏置电流：
1.8nA。
（2）低失调电压漂移：
0.5μV/℃。
（3）超稳定，时间：
2μV/month最大
（4）高电源电压范围：
±3V至±22V
OP-07的引脚图如图2.2所示。
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。
因此可知If=-Vi/Rf，反馈系数F=If/Vo，所以F=-1/R3
A=Vo/Ii，放大倍数AF=A/（1+AF）
图3.3AD590和OP-07组成的信号采集电路图
3.3A/D转换电路
ICL7107是高性能、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。
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。
ICL7107AD转换器的管脚排列及其各管脚功能如图2.6所示。
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。
图3.5共阳极数码管内部结构
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。
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
电阻
10K
1
6.8K
1
91K
2
100Ω
1
100K
1
470K
1
1M
1
20K
1
可调电阻
100K
1
10K
1
电容
100pF
1
0.1uF
1
0.01uF
1
0.047uF
1
0.22uF
1
电解电容
4.7uF
2
1u
1
芯片
AD590
1
OP-07
1
ICL7107
1
ICL7660
1
连接器
CON2
1
数码管
共阳极数码管
4
附录2原理图
完整电路图
主要参考资料：
[1] 阎石.数字电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2001.
[2] 彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：
高等教育出版社，1997.
[3]孙梅生.电子技术基础课程设计[M].北京：
高等教育出版社，1998.
[4]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计[M].北京：
电子工业出版社，2002.
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