温度传感器

第1章设计目的

设计一个简易数字温度计，装置由温度传感器、信号处理电路、数字电压表构成、LED显示器组成。

第2章设计要求

(1) 选用温度传感器AD590测量温度，通过信号处理电路将温度引起的电流变化转化为电压变化，然后经过双积分AD转换器转换为数字信号，通过共阳极数码管显示数值。

(2) 进行系统总体设计，并画出总设计框图。

(3) 设计完成相应的测温电路，导出电路输出电压与温度之间的函数表达式。

第3章总体设计

此设计方案采用AD590温度传感器对温度进行感应，并用滑动变阻器改变阻值将输出电压进行变换，然后两个输出电压构成反向差动电路，再经过此放大电路将信号放大，然后经过3.5位A/D转换器TC7107转换成数字信号，在进行模拟/数字信号转换的同时, 直接驱动三个LED显示器,将温度显示出来。系统结构方框图如图3-1所示：

图3-1 系统结构方框图

第4章硬件电路的设计

通过AD590对温度进行采集，因为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。

4.1 传感器电路

AD590是半导体结效应式温度传感器，PN结正向压降的温度系数为-2mV/℃ , 利用硅热敏晶体管PN结的温度敏感特性测量温度的变化测量温度,其测量温度范围为：-50℃～150℃。AD590输出电流值(μA级)等于绝对温度(开尔文)的度数。使用时一般需要将电流值转换为电压值, 如图4-1图中,Ucc为激励电压, 取值为4V～40V;输出电流Io以绝对温度零度-273℃为基准, 温度每升高1℃ ,电流值增加1μA。

图4-1 AD590基本原理图

温度t对应输出电流Io 为:

Io(t)=273μA + t×1μA/℃（ 4-1）

式中: 273μA为摄氏零度时输出的电流值；t为测得的摄氏温度。

在室温25℃时,输出电流：

Io(25)=(273+25)=298 μA （4-2）

4.2 电压输出电路

AD590构成的电压输出电路如图4-2所示。

图4-2 AD590构成的电压输出电路图

电路具有偏置和增益调节装置功能，为了改善输出电压的性能, 电路中采用了电压跟随器。由于AD590输出的是绝对温度, 而实际显示的是摄氏温度, 设计差动放大电路(U1,U2为输入),调整电位器使U1=2.73 V,则输出电压值Uo 与温度传感器测得的摄氏温度呈线性关系, 计算公式为:

V t

U U k k U o 10

)(1010012=-ΩΩ=

（4-3）

对于25℃的室温,Uo=2.5V 。 电压输出电路中R1的阻值的得出是:

当AD590温度传感器处在温度为0℃时调节电位器，使输出电压U1=2.73V ，根据公式

V t

U U k k U o 10

)(1010012=-ΩΩ=

，并且假设室温25℃时，Uo=2.5V 。可以计算出U2=2.98V,

并且Io(t)=273μA + t ×1μA/℃ ，电流I=298μA ，所以根据欧姆定律可得出R1=10K 。

4.3 A/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10pV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。在于测量负载单元、压力规管和其它桥式传感器时会有突出的特点.

TC7107A/D转换器的管脚排列及其各管脚功能如图4-3所示。

图4-3 TC7107引脚图

TC7107的引脚功能：

V+和V-分别为电源的正极和负极

Au-gu，at-gt，ah-gh：分别为个位和十位、百位笔画的驱动信号，依次接个位、十位、百位LED显示器的相应笔画电极。

Bck：千位笔画驱动信号。接千位LED显示器的相应笔画的电极。

Pm：液晶显示器背面公共点击的驱动端，简称为背电极。

Oscl-Osc3：始终振荡器的引出端，外接阻容或石英晶体组成的振荡器。第38脚至第40脚电容量的选择是根据下列公式来决定的：Fos1=0.45/RC COM：模拟信号公共端，简称“模拟地”，使用时一般与输入信号的负端以及基准电压的负极相连。

TEST：测试端，该段经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地。

VREF+VREF-：基准电压正负端。

CREF：外接基准电容端。

INT：27是一个积分电容器，必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件。

IN+IN-：模拟量输入端，分别接输入信号的正端负端。

AZ：积分器和比较器的反向输入端接自动调零电容CAz.如果应用在200毫伏满刻度的场合使用0.47uF,而2V满刻度是0.047uF。

TC7107外接器件参数如表4-1所示。

表4-1 TC7107外接器件参数表

器件参数器件参数

C IN0.1 uF C AZ0.22 uF

R IN500K R BUF47K

C OSC100 uF C INT0.47 uF

R OSC100 K C REF0.1 uF

TC7107的工作原理：

双积分型A/D转换TC7107是一种间接A/D转换器。它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。

4.4 数码管显示电路

数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极是把所有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），在本次设计当中，由于TC7107的特点，它只能驱动共阳极数码管，故选用共阳极七段数码管。在连接数码管时，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。

TC7107与数码管的连接如图4-6所示。