温度检测显示系统设计

毕业设计

设计题目温度监测显示系统设计

系部信息工程系

专业电子信息工程

班级电子0601

学号063001020001

姓名宋天诗

指导老师王珊珊

温度检测显示系统

一、设计要求

1.以传感器，单片机，数码管等元器件，设计一个温度检测系统，并通过显示器件，显示出温度数据。

2.熟练应用protel99，运用protel99设计温度检测显示系统。

3.理解温度检测系统的原理。

二、总体概要设计

本系统是以温度传感器、数码管和单片机为核心元器件建立起来的温度检测显示系统。通过对单片机和传感器的研究，通过A/D转换器的应用，使本系统实现了温度信号到模拟信号再到数字信号的转换。设计中还使用了译码器74LS47、数码管、稳压管等元器件。

温

度

传感器

单片机数码管采集后

的数据

处理后

的数据

检测

温度

图1 系统总体框图

本设计主要包含温度检测和显示电路两个部分。

1.温度检测部分

主要由温度传感器、运算放大器和A/D转换器三部分组成。

温度传感器LM134产生的输入信号由运算放大器ICL7650后，A/D转换器MC14433将运算放大器输出的模拟信号转换成数字信号输入80C51单片机，由于MC14433 的

A/D转换结果是动态分时输出的BCD码，Q0～Q3和DS1～DS4 都不是总线式的。因此，MCS-51 单片机只能通过并行I/O 接口或扩展I/O 接口与其相连。

温度信号检测通道的总增益是由温度传感器、运放和A/D转换器三个环节的增益做决定。在本设计中，前两个环节的增益是固定的，只用电位器

r

W作为整个输入通道的增益环节。这样有利于整个设计的调试。

2.显示电路

本设计采用动态扫描输入法，由单片机8051输出数码管段选信号，经译码器驱动器芯片74LS47驱动后数码管发光显示。

三、各单元模块设计与分析

1．温度传感器

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

LM134是一种新型的硅集成温度传感器,它不同于一般诸如热敏电阻、温差电偶以及半导体PN结等传统的温度传感器。它是根据下述原理设计而成的,即工作在不同电流密度下的两只相同晶体管,其基、射结的结电压之差△V_(be)与绝对温度T严格成正比。因而该器件的突出优点是在整个工作温区范围内(-55℃～+125℃)输出电流几乎与被测温度成线性关系,这样,就可省去非线性校正网络,使用简便。此外,它还具有下列特点: (1)起始电压低(低于1.5V),而器件耐压较高,因而电源电压适用范围宽(在3～40V之间)。

(2)灵敏度高(1μA/K),输出信号幅度大。一般情况下,不必加中间放大就可直接驱动检测系统,例如双积分型A/D转换器5G14433或ICL7106等。从而消除了中间环节所引入

的误差,提高测温精度。

(3)输出阻抗高,一般大于10M Ω。所以它相当于一个受温度控制的恒流源,有较强的抗

干扰能力,特别适用于长距离测温和控温场合。由于它的恒流特性,能消除电源电压波动

和交流纹波对器件工乍的影响,从而降低了对电源精度的要求。其输入电流由下式计算：

SET

SET R T I 227⨯= 式中，SET I 为流进LM134+V 脚的电流值；T 为热力学温度；SET R 为传感器外接电阻值。图2 温度检测部分

温度信号的增益即OUT U --T 曲线的斜率取决于L R /SET R 的比值。增益可在L R 上进行也

可在SET R 上进行。0w 用以起点补偿电压的调整，其输出电压等于起点温度的信号电压。

补偿电压要求很稳，否则会增大显示误差，故采用有温度补偿的稳压管2DW233供电。

2.运算放大器ICL7650

图3 ICL7650

运算放大器采用载波稳零运算放大器ICL7650。ICL7650又称调制式放大器，其输入

失调电压为1uV,温漂为0.01uV/°C ，开环增益不小于120dB ，共模抑制比不小于120dB 。

ICL7650所需外接元件少，使用方便。

ICL7650对输入信号电压+U 和-U 作差动放大。本设计中，+U 为补偿电压，-U 为传

感器的温度信号电压。

为了抑制共模信号，使f R /4R =7R /5R ,此时运放的输出电压=f d 0/R R U U =这时

运放输出电压与共模信号无关，只与补偿电压和温度信号电压之差成正比。

为了使后面的A/D 转换器得到合适的输入模拟电压，本设计选取Ω==K R R 10021,

Ω==K R R 200f 3，故运算放大器ICL7650的差模增益D G =2/1f =R R 。

3.A/D 转换器MC14433

图4 MC14433

(1) 本系统选用了双积分A/D 转换器MC14433，它精度高，分辨率达1/1999。

MC14433 A/D 转换器由于双积分方法二次积分时间比较长，所以A/D 转换速度慢，但

精度可以做得比较高；对周期信号变化的干扰信号积分为零，抗干扰性能也比较好。

(2)MC14433A/D 转换器件简介

MC14433 是三位半双积分型的A/D 转换器，具有精度高，抗干扰性能好的优点，

其缺点是转换速率低，约1—10 次/秒。在不要求高速转换的场合，例如，在低速数

据采集系统中，被广泛采用。

MC14433采用扫描的方法，输出从0000--1999共2000个数码。若系统工作范围为

0°C-- +100°C ，则A/D 转换速率约为0.05°C/bit 。

(3)引脚（图4）功能说明:

图4 MC14433引脚图

各引脚的功能如下：

电源及共地端

VDD ： 主工作电源+5V 。

VEE: 模拟部分的负电源端，接-5V 。