温度测量数显控制仪的设计实现

电子电路实验3 综合设计总结报告

题目：温度测量数显控制仪的设计实现

班级：

学号：

：

成绩：

日期：

一、摘要

本次实验制作一个温度控制的数字显示控制仪器，主要分为温度采集、电阻/电压转换器、A/D转换器、控制电路和显示电路这五个模块。温度采集部分用pt100铂电阻来实现，当温度变化时，铂电阻的阻值发生变化，铂电阻的每一个阻值都与温度一一对应，电阻/电压转换器将铂电阻的阻值转化成容易测量的电压值，在京A/D转化器将模拟电压值转换为数字电压值，最终由数码管显示。当温度超过设定值之后，系统自动启动报警装置，蜂鸣器响起，发光二极管常亮，小风扇随之转动以达到降温效果。本实验成果能够满足对温度测量精度要求较高的场所的需求，其测量围为-50℃~200℃，精度允许误差为±1℃，精度较高。

二、设计任务

2.1 设计选题

选题十五温度测量数显控制仪的设计实现

2.2 设计任务要求

设计一个可在一定温度围进行温度测量与控制的温度测量数显控制仪。

该仪器测量温度的围为-50～200℃，能够对温度值进行数字显示（可显

示温度测量值和设定温度值两种），其测量误差为±1℃。

当超过某一设定温度上限值时（如30℃），能声光报警，并启动风扇。三、方案设计与论证

电路可由温度采集（传感器）、电阻/电压转换器、A/D转换器、控制电路和显示电路组成。温度由pt100铂电阻采集，经过一个比例放大器将电阻值转换为电压值，为了增加带载能力同时又不改变电压值，在其后增加一个电压跟随器。A/D转换器集成在芯片ICL7107中，输出的数字信号直接显示在数码管上。控制电路用比较器与电压跟随器输出相连，当电压超过一定值之后控制电路工作。系统方框图见图1。

图1 系统方框图

此方案A/D转换器使用ICL7107，部设有参考电压、七段译码器、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零、参考源和时钟系统等功能。满足本选题的技术指标要求，而且硬件电路结构简单，易于实现。

四、电路单元参数的选定和设计实现

4.1温度采集

温度采集电路采用pt100铂电阻，该电阻在不同的温度下显示不同的电阻

值，有良好的一一对应关系，测量精确。电阻与温度对照表如下。

温

度℃

-50 -25 0 25 50 75 100 125 150 175 200

电阻80.3

1

90.1

9

100 109.

73

119.

40

128.

98

138.

50

147.

94

157.

31

166.

61

175.

84

表1 pt100电阻温度对照表

4.2 电阻/电压转换电路

电阻电压转换电路采用比例放大器

图2 电阻/电压转换电路

在输入端用一个锗二极管控制输入电压在0.3V左右。由于比例放大器输入端电流基本为0，故流经R2的电流与二极管的电流基本上相等。I=5V/R2，可知R2大约选取千欧级别，此处选用10k欧。

比例放大器对电压的放大关系式为：A=1+Rf/R1，为了使输出电压在可控围，令R1为33Ω。

当外界温度为-50℃时，铂电阻为80.31Ω，放大器的输出为Uo=(1+80.31/33)×0.3=1.03V；

当外界温度为200℃时，铂电阻为175.84Ω，放大器的输出为

Uo=(1+175.24/33)×0.3=1.90V。

在-50℃～200℃，输出电压在1.03～1.90V间。

在电阻/电压转换电路后，接一电压跟随器，提高带负载的能力。

4.3 A/D转换电路

A/D转换电路的主要芯片为ICL7107，该芯片包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动发光二极管（LED）。部设有参考电压、七段译码器、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零、参考源和时钟系统等功能。将高性能、低功耗和低成本很好的结合在一起，它有低于10µV的自动校零功能，零漂小于

1µV/℃，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广泛用于各种单片测量单元。

ICL7107及外围电路如下。

图3 ICL7及外围电路

将测量转换后的电压输出接到ICL7107的IN+引脚，当温度为-50℃时，调整32引脚的电阻分压值，以改变IN-的电压值；当温度为200℃时，调整35引脚的电阻分压值，以改变V REF+的电压值。;

事实上，温度与IN+、IN-、V REF+之间有如下公式关系

T

V

IN

IN

REF

=

⨯

-

+

-

+1000

其中，T为设定的温度，当温度为-50℃和200℃时，可列得方程组：⎪

⎪

⎩

⎪

⎪

⎨

⎧

=

⨯

-

︒

-

=

⨯

-

︒

-

+

-

+

+

-

+

200

1000

)

200

(

50

1000

)

50

(

REF

REF

V

IN

IN

V

IN

IN

当温度为-50℃和200℃时，IN+可通过实验测得，代入上式解方程组即可知道IN-和V REF的值，调节分压电阻即可使上述两个电压值与理论相符。

4.4 显示电路