数字温度计设计.doc

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1、福州大学电气工程与自动化11级电子技术综合性实验实验报告专业班级电气（8）班学号011100838姓名张强指导教师涂娟2013年6月一、设计要求温度计是工农业生产及科学研究中最常用的测量仪表，本实验要求用中小规模集成芯片设计并制作一数字式温度计，即用数字显示被测温度。具体要求如下：①温度测量范围为；②测量精度；③4位LED数码管显示对应的温度值（000.0～100.0）；④每秒更新数据2次以上。二、方案选择与确定（含各部分电路原理图、工作原理和参数计算）1电路的设计数字温度计电路原理系统方框图，

2、如图1.1.温度采集电压放大AD转换数码管驱动温度显示图2.1电路原理方框图通过温度传感器LM35采集到温度信号，经过整形电路送到A/D转换器，然后通过译码器驱动数码管显示温度。ICL7107集A/D转换和译码器于一体，可以直接驱动数码管，省去了译码器的接线，使电路精简了不少，而且成本也不是很高。ICL7107只需要很少的外部元件就可以精确测量0到200mv电压，LM35本身就可以将温度线性转换成电压输出。综上所述，采用LM35采集信号，用ICL7107驱动数码管实现信号的显示。2电路原理及其电

3、路组成数字温度计的设计原理图见附录1。它通过LM35对温度进行采集，通过温度与电压近乎线性关系，以此来确定输出电压和相应的电流，不同的温度对应不同的电压值，故我们可以通过电压电流值经过放大进入到A/D转换器和译码器，再由数码管表示出来。2.1传感电路LM35具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与摄氏温度线性成比例。因而，从使用角度来说，LM35与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处，LM35无需外部校准或微调，可以提供±1/4℃的常用的室温精度。LM35具有以下特点：（

4、1）工作电压：直流4～30V；（2）工作电流：小于133μA（3）输出电压：+6V～-1.0V（4）输出阻抗：1mA负载时0.1Ω；（5）精度：0.5℃精度（在+25℃时）；（6）漏泄电流：小于60μA；（7）比例因数：线性+10.0mV/℃；（8）非线性值：±1/4℃；（9）校准方式：直接用摄氏温度校准；（10）封装：密封TO-46晶体管封装或塑料TO-92晶体管封装；（11）使用温度范围：-55～+150℃额定范围传感器电路采用核心部件是LM35AH，供电电压为直流15V时，工作电流为120

5、mA，功耗极低，在全温度范围工作时，电流变化很小。电压输出采用差动信号方式，由2、3引脚直接输出，电阻R为18K普通电阻，D1、D2为1N4148。传感器电路原理如图2.1.采样值的准确量化是温控电路正常工作的关键，这里采用以下换算办法来进行量化。设经过信号调理后的电压为Ui，则已知－10V对应的温度为－55℃，10V对应的温度为125℃，易求得比例因数Kt＝0.111V/℃。温度为0℃时，ΔT＝55℃（即相对于－55℃的变化量）。图2.1传感器电路原理图Ui转换为数字量后，每个数字量对应电压值

6、为4.883mV，（由12位AD，满量程20V可得），用Ks表示。可求得数字量变化与温度变化的对应关系：＝（0.111V/℃）/（4.883mV/数字量）＝22.73数字量/℃当ｔ＝0℃时，AD输出的数字量D0=0+55℃×22.73数字量/℃＝1250＝04E2H。温控电路由传感器电路、信号调理电路、A/D采样电路、单片机系统、输出控制电路、加温电路构成。电路基本工作原理：传感器电路将感受到的温度信号以电压形式输出到信号调理电路，信号经过调理后输入到A/D采样电路，由A/D转换器将数字量值送给

7、单片机系统，单片机系统根据设计的温度要求判断是否需要接通加温电路。2.2温度信号采集电路Op－07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的单运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP-07A最大为25μV），所以OP-07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP-07A为±2nA）和开环增益高（对于OP-07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP-07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。OP－07具有以下

8、特点：超低偏移：150μV最大。 　(1)低输入偏置电流：1.8nA。 　(2)低失调电压漂移：0.5μV/℃。 　(3)超稳定，时间：2μV/month最大 　(4)高电源电压范围：±3V至±22V它的引脚图如图2.2所示。18273645图2.2　OP-07引脚图OP-07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚6为输出，7接电源+。OP-07高精度运算放大器具有极低的输入失调电压，极低的失调电压温漂，非常低的输入噪声电压幅度及长期稳定等特