数字温度计的设计 (1)

电子工艺实习总结报告

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专业：电子信息工程

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指导教师：

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目录

第一章设计任务与要求 (2)

第二章设计方案 (2)

第三章设计原理与电路 (4)

第四章电路的组装与调试 (12)

第五章设计总结 (14)

附录 (15)

参考文献 (16)

引言

随着科技的发展和“信息时代”的到来，作为获取信息的手段——传感器技术得到了显着的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信与信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感器是其中重要的一类传感器。其发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。

为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用TC7107结合温度传感器技术而开发设计了这一数字温度计。文中将传感器理论与模数转换器实际应用有机结合，详细地讲述了利用热电阻作为温度传感器来测量实时的温度，以及实现热电转换的原理过程。

本设计应用性比较强，设计系统可以作为温度测量显示系统，如果稍微改装可以做热水器温度调节系统、生产温度监控系统等等。本课题主要任务是完成环境温度检测并显示温度和实时的时间。设计后的系统具有操作方便，控制灵活移植性强等优点。

本设计系统包括温度传感器，信号放大电路，A/D转换模块，数码显示模块三个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度的数码显示，完成了课题要求。

第一章 设计任务与要求

① 设计任务设计一数字温度计，将测量的温度值转换为数字量并显示出来，即将收集的模拟的信号转换成数字信号。

② 设计要求

必须选择一个温度传感器，并且所设计的数字温度计测量的

范围为0-200℃,采用数模转换（单片机除外）。LED 数码管进行数字显示。

第二章 设计方案

设计思路：电路主要包括温度的采集与信号的放大，数模转换，数码显示三部分。

采用PT100测量温度一般有两种方案：

方案一： 设计一个恒流源通过Pt100温度传感器，用Pt100上电压的变化来接入放大电路。

方案二：采用惠斯顿电桥，电桥的四个电阻中三个是恒定的，另一个用Pt100 温度传感器，当Pt100电阻值变化时，测试端产生一个电势差，由此电势差接入转换电路。

在本次实验中，为了电路的简洁方便，我选用了方案二。

2-1 采集和放大:

温度的改变会影响一些电阻的阻值，温度传感器是通过物体随温度变化而变化的特性来测量的。一般采用阻值的变化与温度的变化有线性关系的电阻来采集温度，最后通过阻值的变化来反映出温度。Pt100铂热电阻与温度之间存在着线性的关系，通过阻值的变化可以得到对应的温度。有些是采用热电偶的方式，温度检测部分可以使用低温热偶，热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成。热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压，便可推断出检测结点的温度。本次课程

温度的采集及放大

模数 转换

数码 显示转换

设计主要用PT100温度传感器，它是测温范围很广的温度传感器，而且采用PT100温度传感器的电路比较简单，只需要简单搭建个桥式电路将PT100的电阻输出转换为电压，在进行适当的放大便可以接入数模转换电路。

2-2 模数转换

模数转换就是将采集的温度模拟信号转换为数字信号，能够被数码管识别的数字信号。AD0809,等都是模数转换器，只是AD0809是与单片机搭配电路比较简单，但是该课程设计不能用单片机。TC7107与MC14433

都是三位半的模数转换器，其可以直接与数码管进行连接显示。但是MC14433在仿真软件protues中没有，所以只能采用TC7107。

2-3 数码显示

数码显示就是将TC7107转换成的数字信号进行显示。一般数码管有共阳极与共阴极两类共阳与共阴的只要区别就是其公共端是接阳极还是接阴极如果接阴极就为共阴极反之为共阳极。数码管根据不同的信号显示不同的值但是一个数码管只能显示0—9还有负号与小数点。0—9的显示主要是其a~g管脚的组合显示。

第三章设计原理与电路

3-1 温度传感器原理

PT100温度传感器

电阻式温度传感器(RTD, Resistance TemperatureDetector)是指一种物质材料作成的电阻,它会随温度的改变而改变电阻值。PT100温度传感器是一种(Pt)做成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数, 其电阻阻值与温度的关系可以近似用下式表示

在0~650℃范围内Rt =R0 (1+At+Bt2)

在-200~0℃范围内Rt =R0 (1+At+Bt2+C(t-100)t3)

式中A、B、C 为常数：A=×10-3B=×10-7C=×10-12

PT100温度传感器的测量范围广-200℃~+650℃偏差小响应时间短还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点其得到了广泛的应用本设计即采用PT100作为温度传感器。

主要技术指标： 1. 测温范围：-200~650摄氏度

2. 测温精度：摄氏度

3. 稳定性：摄氏度