数字温度计课程设计

数字温度计课程设计..(共18页)

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课程设计(论文)

题目名称数字温度计

课程名称电子技术课程设计

学生姓名

学号

系、专业

指导教师

2011年 12 月 16 日

摘要

温度计是工农业生产及科学研究中最常用的测量仪表。使用温度测量仪，首先经过AD590集成温度传感器的作用，使外界温度转换为电流用表示。因为上述为绝对温度K和电流之间的转换关系，而在设计中我们需要采用℃，所以我们必须使其转换成摄氏温度℃和电流之间的关系，这就要用到K—℃变换器。通过K—℃变换器的作用，我们便得到想要的℃和电流之间的直接转换关系。得到的电流再经过放大器的放大，即可直接用电压表读出被测对象的温度值。然后放大后的电压接一比较器，比较器的输出端接报警设备。报警设备可由一个发光二极管组成。在设置了预警温度后，由比较器输出端的电压决定二极管是否发光，从而起到警报作用。经TC7017AD 转换后，再通过数码管显示。

关键词：AD590放大器TC7107 数码管

目录

摘要……………………………………………………………………….

1 系统总体设计 (1)

总体方案设计 (1)

系统原理框图及电路图 (1)

2 系统详细设计 (2)

温度传感器 (2)

转换与放大电路 (3)

K-C转换电路 (3)

放大器 (4)

比较器 (4)

报警设备 (5)

电路原理图 (5)

A/D转换电路 (6)

数码管显示 (10)

3 仿真与调试 (11)

电路的仿真 (11)

仿真结论 (13)

4 总结 (13)

附录元件清单 (14)

参考文献 ...................................................................... 错误!未定义书签。

1 系统总体设计

总体方案设计

图1所示为数字温度计的原理框图。其工作原理是将被测的温度信号通过传感

器转换成温度变化的电压信号，此电压信号经过放大电路后，通过模-数转换器把模拟量转变成数字量，最后将数字量送显示电路，用4位LED 数码管显示。 图

系统原理框图及电路图

图 整体原理图

2系统详细设计

传感器 放大器 A/D 装换

显示电路

温度传感器

此电路是基于模拟AD590设计的，它是利用PN 结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。即使电源在5～15V 之间变化，其电流只是在1μA 以下作微小变化.

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。

2、 可测量范围-55℃至150℃.

3、 供电电压范围+4V 至+30V.

AD590集成温度传感器进行温度～电流转换。它是一种电流型二端器件，其内部已作修正，具有良好的互换性和线性。有消除电源波动的特性。输出阻抗达10M Ω，转换当量为K A /1μ。器件采用B －1型金属壳封装。

温度—电压变换电路如图所示。由图可得：

由 611/10/O U U uA K R R K -==⨯=⨯ （R 一般取10K Ω）

所以110/U mV K =。

图 AD590原件符号 图 温度——电压转换电路

转换与放大电路

K —℃变换器

因为AD590的温控电流值是对应绝对温度K ，而在设计中需要采用℃，由运放组成的加法器可以实现这一转换，参考电路如下图

图 K —℃变换电路

设流经R2,R1,R3的电流分别为 1,2,3i i i 对图的反相输入节点可列出下面的方程： 123i i i += 若 123R R R == （实际应用中可取R1=R2=R3=5 KΩ） 而 123'////R R R R = 计算得 ' 1.67R K =Ω 则式 ( )可变为

21R U U U =- （ )

元件参数的确定和－U R 选取的指导思想是：0℃（即273K ）时，U2 = 0 V 综合式（），可得

2.73R U V =。 ( )

放大器

图 反相比例放大器

设流经R4，R6的电流分别为i4，i6。 由虚断的概念可知，i4=i6， 为了提供一个合适的静态偏置，故在其同向端接入一个平衡电阻

546//R R R = ( )

要使U3满足100mV/℃， 又因为 U2=10mV/℃，

所以我们可取45R K =Ω 650R K =Ω 5 4.5R K =Ω 比较器

电压比较器是集成运放非线性应用电路,常用于各种电子设备中.它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。

图 电压比较器

由电压比较器组成，如图所示。U ref 为报警时温度设定电压5V ，R7,R8用于稳定输入电压。R 9用于改善比较器的迟滞特性，R10用于报警设备的输入电阻，用来控制输入电流的大小。这些电阻决定了系统的精度。

由比较器的虚短和虚断概念得经过调试，可取750R =Ω 850R =Ω

910R K =Ω

报警设备

发光二极管为其核心设备,其发热量小，耗电量也少，节能。由低压电源供给，供电电压大大约为6-24 V 之间。

当3U 的值小于ref U 的值时，4U 输出为低电平，三极管截止，发光二极管无响应。

当4U 的电压值大于ref U 时，4U 输出为高电平，三极管导通，此时发光二极管发光，产生警报！

图 发光二极管 图报警设备电路

电路原理图

由上述各设计电路可得出如图所示电路原理图。