数字式温度测量电路

数字式温度测量电路

（个人论文）：彭天明

内容摘要

温度是一个与人们生活和工作息息相关的重要物理量。温度的测量和应用十分广泛，在工农业的生产和科学研究中也十分重要。本课题采用的是数字式温度测量方法，其特点是采用数码管直接显示被测量温度值，这种数字显示不仅直观，测量精度高而且便于进行自动控制。

关键字：数字式温度测量

一．概述

1.设计任务

进一步熟悉模拟和数字设计方法和规范，并进一步巩固所学模拟电子及相关知识，达到综合应用电子技术的目的，培养设计开发以及动手实践等能力，学会阅读相关科技文献，查找器件手册与相关参数，独立思考分析，完整理总结设计报告。了解温度传感器件的功能，学会在实际电路中应用。进一步熟悉集成运算放大器的线性和非线性应用。了解检测温度的传感器种类不同，采用的测量电路和要求也不同。运用电子技术来实现温度测量和控制任务，完成温度测量和控制电路的连接和调试。学会对电子电路的检测和排除电路故障，进一步熟悉常用电子仪器的使用，提高分析问题和解决问题的能力。

2.设计思路

整体设计应该包括温度传感器，AD转换电路，译码驱动电路以及显示单元。温度传感器部分，用来采集温度，进行将温度转换为模拟量；AD转换器，用于将模拟量转换为数字量，输出结果为二进制码；译码驱动电路，将AD得到的二进制结果变为BCD码，并把这些数传输到以数码管为主的显示部分，得到对应的数值。

3.设计要求

(1)测量范围：0-150℃

(2)测量精度：误差在1℃内。

(3)显示要求：三位数字显示(整数部分)

二．电路组成及分析

1.温度传感器

常用的传感器有热电偶，铂电阻，半导体热敏电阻等。我们采用的是LM35，主要优点是测量精度高，测量范围广，重复性好，线性优良，使用方便。由于它采用内部补偿，所以输出可以从0℃开始。LM35有多种不同封装型式。在常温下，LM35 不需要额外的校准处理即可达到±1/4℃的准确率。其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其引脚如图所示，，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；两种接法的静止电流-温度关系，静止温度中自然热效应低(0.08℃)，单电源模式在25℃下静止电流约50μA，工作电压较宽，可在4—20V的供电电压范围内正常工作非常省电。

对于电压模拟量和温度的转换关系，满足T V ⨯=10mV 0，温度单位为℃。工作电压在直流4-30V ，工作电流小于133µA ，输出电压在-1.0-6V ，精度在25℃时保持在0.5℃，额定使用温度范围在-55-150℃之间。

2.AD 转换电路

(1)该部分采用ICL7135芯片作为AD 转换器，它是采用COMS 制作的单片12位A/D 转换器，只要附加译码器，数码显示器，驱动器及电阻电容等元件，就可以完成所需的功能。

CI7135是4位双积分A/D 转换芯片,可以转换输出±20000个数字量,有STB 选通控制的BCD 码输出,与微机接口十分方便.ICL7135具有精度高(相当于14位A/D 转换),价格低的优点.其转换速度与时钟频率相关,每个转换周期均有:自校准(调零),正向积分(被测模拟电压积分),反向积分(基准电压积分)和过零检测四个阶段组成,其中自校准时间为10001个脉冲,正向积分时间为10000个脉冲,反向积分直至电压到零为止(最大不超过20001个脉冲).故可以采用从正向积分开始计数脉冲个数,到反向积分为零时停止计数.将计数的脉冲个数减10000,即得到对应的

模拟量.图1给出了ICL7135时序,由图可见,当BUSY 变高时开始正向积分,反向积分到零时BUSY 低。

如图所示为ICL7135工作时的内部时序。对于双计分型AD ，它对输入模拟电压

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，然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔，进而在输出端得到与模拟量相

应的数字量。第一次积分所用时间为c n 1

2T T =，第二次积分所用时间为 c 1c n 22T V V T T REF

λ==，其中λ为计数器所累计的时间脉冲个数，1REF

n

c 2V 2V T T ==λ ，计算得到T2即可得到输入模拟电压所对应的数字量。 (2) ICL7135对应引脚功能如下：

-V:负电源引入端，典型值为-5V ，极限值为-9V

+V ：正电源引入端，典型值为5V ，极限值为6V

DGND:数字地，ICL7135正负电源的低电平基准

REF:参考电压输入，REF 的地为AGND 引脚，典型值为1V

AC ：模拟地，与DGND 一点接地

INHI:模拟输入正 INLO:模拟输入负，直接与AC 相连

CLKIN:时钟信号输入.当T=80ms 时,fcp=125kHz,对50Hz 工频干扰有较大抑制能力,此时转换速度为3次/s.极限值fcp=1MHz 时,转换速度为25次/s. .REFC+:外接参考电容正,典型值1μF. .REFC-:外接参考电容负.

.BUFFO:缓冲放大器输出端,典型外接积分电阻. .INTO:积分器输出端,典型外接积分电容. .AZIN:自校零端.

.LOW: 欠量程信号输出端,当输入信号小于量程范围的10%时,该端输出高电平. .HIGH:过量程信号输出端,当输入信号超过计数范围(20001)时,该端输出高电平.

.STOR:数据输出选通信号(负脉冲),宽度为时钟脉冲宽度的一半,每次A/D 转换结束时,该端输出5个负脉冲,分别选通由高到低的BCD 码数据(5位),该端用于将转换结果打到并行I/O 接口. .R/H:自动转换/停顿控制输入.当输入高电平时;每隔40002个时钟脉冲自动启动下一次转换;当输入为低电平时,转换结束后需输入一个大于300ns 的正脉冲,才能启动下一次转换. .POL:极性信号输出,高电平表示极性为正.

.BUSY:忙信号输出,高电平有效.正向积分开始时自动变高,反向积分结束时自动