数字式温度计

（6）自刷新电路

自刷新电路控制两个计数器的自动清零， 以便实时监控温度。因为实验箱上提供的 是10Hz 的时钟源，因此使用 161 计数到 4 产生一个清零信号，使计数器复位。这样 的刷新率为 2Hz。电路结构如下。
数字式温度计
电子1002班 19号 徐世杰
设计任务
设计并制作一个数字温度计，温度传 感器选用负温度系数的热敏电阻。 （1）基本要求 实验中，用所实现的数字温度计测量 室温和杯内水的温度，并用给定的数字温 度表做校验标准，调整和检验所设计的温 度计的测量误差。要求测量的温度范围为 20~50℃时，显示精度为0.1℃，测量误差 不大于2℃。
（4）整流电路

这个模块用于将所有的 输入电压统一变换为负 电压，这样才能将负温 度点的电压也能与计数 器比较。电路结构如右。
（5）比较电路

这个模块将两路电压值比较并控制两个计 数器的时钟，当计数器的 DA电压已经高出 电阻转换出的电压时，计数停止。同时为 了匹配数字电路和模拟电路，加上一个电 平匹配。电路结构如下。
热敏电阻的典型特性
热敏电阻的典型特性如表所示。
温度/℃ 电阻/千欧 -18 82 -8 38 5 19.8 16 12.9 25 8.5 33 6.1 46 3.7 55 2.5 66 1.73 80 1.14


（2）提高内容 要求在20~50℃范围内测量误差不大于1℃，显 示精度为0.1℃。 （3）选作内容 要求在-10~80℃范围内测量误差小于1℃，且具 有记忆一昼夜最低温度、最高温度的功能。


对比 个式 器DA电路的输出电压） 可以确定几个参数
（后一 子是计数
（3）高低温补偿电路
这个模块是为了对高温点和低温点的 电压值作线性补偿而设计的。使用一个运 放加上二极管，利用二极管的单向导通特 性，使电压值乘以一个系数。电路结构如 下。其中，左侧的二极管用于高温补偿， 右侧的二极管用于低温补偿。两个电压源， 以及三个电阻的比值决定了补偿值。



输出电平为： 其中 D 为计数器显示的数字。这里理论上给出0.1D 会比较好，但因为没有特定阻值的电阻， 因此没有构成-0.1D，这个问题可以在后面的电 阻电压转换电路中修正。 此模块电路图见下页：
（2）电阻电压转换电路
用于将热敏电阻的阻值转换为电压值。其电路结构 如下。 其中，RT是热敏电阻， R1、R2和R3都是用于调节 电压输出的电阻。 其输出电压为：
实验原理
半导体热敏电阻具有灵敏度高、体积 小和反应速度快等特点。半导体热敏电阻 有多种类型，适合连续温度测量用的是具 有负温度系数（NTC）的热敏电阻，温度越 高，其阻值越小，且阻值与温度的关系是 非线性的。数字式温度计的原理框图如下 图所示。
数字式温度计的原理框图如下图所示。
图中，通过热敏电阻和相应的电路将温度 变化转化为电压信号，放大后先送至线性校正电 路。由于所用的热敏电阻的阻值和温度的关系是 非线性的，为使电路显示出准确的温度值，须将 热敏电阻的非线性特性通过校正电路转换电压随 温度线性变化。 由线性校正电路输出的电压信号送至模数 转换电路，转换成数字信号，去驱动显示电路， 显示出被测温度值。
-18℃至80℃的温度拟合 从图中可以发现函数存在较大偏差，不符合实验要求。
重新选取16℃至 55℃五个温度点拟合
16℃至55℃的温度拟合
基本要求

必做部分主要分为以下几个模块： 电阻-电压转换电路、高温和低温补偿电路、 数模转换电路、显示电路以及比较电路和 整流电路、自刷新电路等。
（1）数模转换电路
1、将电阻与电压线性化：
一个热敏电阻的阻值～温度模型为指 数模型 。式中R0为在温度T0 下测得的标称电阻，T为热力学温度(K)。 这个模型可以简化为以下的模型：
式中A和B为与电阻性质有关的参数。
将代表温度变化的物理量——电阻转换为可供 显示的物理量——电压。 热敏电阻的电阻值与温度的关系一般可近似地看成 是双曲函数的关系，但是用一个双曲 函数来表达误差还较大。为了使拟合更加接近真实 情况，往往用几段双曲线相接。 利用MATLAB对T-Rt关系进行函数逼近如图。


数模转换电路用于将计数器的计数值转换 为模拟电压值，与电阻转换得到的电压值 作比较。其电路结构如下。上下两个计数 器分别为高位和低位的计数，其中低位为 十截止计数。 通过权电流网络将数字信号转换为电平， 再由运放输出。两个电平进入后一级运放 作比例求和，比例恰好设为 10：1，这样 高低位信号求和为电压信号。
对于高温情况，在二极管导通 的情况下，
补偿值为：
对于低温情况，在二极管导通 的情况下，
补偿值为
这里需要把Matlab中计算出的补偿值换算为电压值。按照上面给出的补偿公式
Hale Waihona Puke Baidu

计算出补偿的电压和输入电压的对应表格如下。
对比表达式，可以取
实际实验时，两个电压值根据了实验所使用的二极管压降有所调整。 而电阻值也做了相应的调整以满足补偿效果，图中的R30~R32分别调整为68K， 100K，100K。