LM35与ICL7107数字温度计设计.docx

1、LM35与ICL7107数字温度计设计课程设计数字温度计设计电路的设计数字温度计电路原理系统方框图，如图 1.1.图1.1电路原理方框图通过温度传感器LM35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。电路原理及其电路组成数字温度计通过LM35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

2、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。1）传感电路LM35具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围， 该器件输出电压与摄 氏温度线性成比例。因而，从使用角度来说，LM35与用开尔文标准的线性温 度传感器相比更有优越之处，LM35无需外部校准或微调，可以提供 /4C的 常用的室温精度。LM35具有以下特点：(1)工作电压：直流430V;(2)工作电流：小于133A(3)输出电压：+6V-1.0V(4)输出阻抗：1mA负载时0.1愆(5)精度：05C精度(在+25 C时)；(6)漏泄电流：小于60 A;(7)比例

3、因数：线性+10.0mV/C；(8)非线性值：/4C;(9)校准方式：直接用摄氏温度校准；(10)封装：密封TO-46晶体管封装或塑料TO-92晶体管封装；(11)使用温度范围：-55+ 150C额定范围传感器电路采用核心部件是 LM35AH ,供电电压为直流15V时，工作电 流为120mA，功耗极低，在全温度范围工作时，电流变化很小。电压输出采 用差动信号方式，由2、3引脚直接输出，电阻R为18K普通电阻，D1、D2为 1N4148。传感器电路原理如图2.1.采样值的准确量化是温控电路正常工作的关键，这里采用以下换算办法 来进行量化。设经过信号调理后的电压为Ui，则- 10V乞Ui乞1CV已

4、知10V对应的温度为55C, 10V对应的温度为125C，易求得比 例因数Kt = 0.111V/C。U -10V 温度为0C时，空=55C(即相对于55C的变化量)。图2.1传感器电路原理图5 1(0/ T Kt 10V 55 011仁-3.895VUi转换为数字量后，每个数字量对应电压值为 4.883mV,(由12位AD，满量程20V可得)，用Ks表示。可求得数字量变化与温度变化的对应关系:Kt/ =( 0.111V/C) / (4.883mV/数字量)=22.73 数字量/C当t = 0C时，AD 输出的数字量 DO = 0+55C22.73数字量/C= 1250= 04E2H温控电路由

5、传感器电路、信号调理电路、 A/D采样电路、单片机系统、输出控制电路、加温电路构成。电路基本工作原理：传感器电路将感受到的 温度信号以电压形式输出到信号调理电路，信号经过调理后输入到 A/D采样电路，由A/D转换器将数字量值送给单片机系统，单片机系统根据设计的温度要求判断是 否需要接通加温电路。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25 uV，所以OP-07 在很多应用场合不需要额外的调零措施。 OPO洞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

6、/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：150 uV最大。(1)低输入偏置电流：1.8nA。低失调电压漂移：0.5 u V 。(3) 超稳定，时间：2 u V/month最大(4)高电源电压范围：3V至22VOP-07的引脚图如图2.2所示。18L2736匚45图2.2 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

7、常低的输入噪声电压幅度及长期稳定等特点。由LM35和OP-O7组成的信号采集电路如图2.3所示：+5V图2.3 信号采集电路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二-Vi/Rf ，反馈系数F=lf/Vo，所以F=-1/R3A=Vo/Ii，放大倍数 AF=A/（ 1+AF3）A/D转换电路ICL7107是高性能、低功耗的三位半AD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/C，低于10

8、pA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转化器原理图如图2.4所示。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2.4 ICL7107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

9、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。双积分型A/D转换器的电压波形图如图2.5所示图2.5双积分型A/D转换器的电压波形图ICL7107AD转换器的管脚排列及其各管脚功能如图 2.6所示图2.6 ICL7107管脚排列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

10、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。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2.7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。调试与总结1 ）调试与测量数据我们要通过调试电路来

11、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。为了验证设计电路的正确性以及它的实验数据，我们对实物进行验证。用带有温度测量的数字万用表和本次设计的电路对相同温度下物体进行相应的测量并绘成表格进行比较。如表 3.1测量 测量量工

12、具 量环境 二、数字万用表数显温度计室温21.0C21.1C冷水袋15.1C152C温水袋52.0C52.1 C表3.1万用表与设计电路数据的比较由上表的数据可以得出，本系统的误差 1C ,分辨率为0.1 Ca)设计总结采用LM35、A/D转换器、译码器和数码管。通过温度传感器 LM35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。2）心得体会数电课程设计是培养学生综合运用所

13、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。设计电路总图申甲卬卬申3申v m 04 CM H g z co e co =I m cj o UJ u- o元件清单.更iLDnbsis山一80亠N Oa.1X1r= ozg n Lk.ncc 5o o疋二寻亠 nLs6gJ厚If*9JImOA+SA元件名称元件型号及参数个数电阻10K3100K124K11M1470K11K1可调电阻100K120K1电容0.1 uF10.01 uF10.047 uF10.22 uF1100 pF1心片LM351OP-071ICL71071数码管共阳极数码管3