電子溫度計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數字溫度計是一種利用數字顯示溫度的裝置，與傳統(tǒng)的水銀溫度計相比，它具有測溫準確，顯示直觀等優(yōu)點，因而得到了廣泛的應用。</p><p>　　本文介紹了一種采用ICL7107三位半A/D轉換器和集成溫度傳感器AD590的數字溫度計的設計與制作，并對其方案選擇,設計思路，以及功能和工作原理進行了詳細的分析

2、和論述。經過實踐驗收測試，該溫度計具有電路簡單、讀數方便、測溫準確、精度高、測量范圍廣、低能耗等優(yōu)點，設計方案正確可行，各項指標穩(wěn)定可靠。</p><p>　　關鍵詞：數字溫度計；AD590；ICL7107</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Digital thermometer is a device

3、with digital display of temperature, compared with the conventional mercury thermometer, it has a temperature measurement accuracy, visual display, etc., which have been widely used.</p><p>　　This paper pres

4、ents a three and a half using ICL7107 A/D converter, and integrated temperature sensor AD590 digital thermometer design and production, and the program selection, design ideas, and the functions and working principle of

5、a detailed analysis and discussion. After practice, acceptance testing, the thermometer has a simple circuit, easy reading, accurate temperature measurement, high precision, wide measurement range, low power, etc., desig

6、n is correct and feasible, stable and reliabl</p><p>　　Keywords：Digital thermometer; AD590; ICL7107</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要...................................

7、.......................................................................................I</p><p>　　Abstract.....................................................................................................

8、..................II</p><p>　　第1章 緒論................................................................................................................1</p><p>　　1.1 課題背景...........................

9、............................................................................1</p><p>　　1.2 課題的目的和意義.......................................................................................1</p><p>

10、;　　1.3 課題的技術要求...........................................................................................2</p><p>　　第2章 系統(tǒng)設計與方案論證..............................................................................

11、......3</p><p>　　2.1系統(tǒng)主體設計方案........................................................................................3</p><p>　　2.2 系統(tǒng)硬件電路的設計方案....................................................

12、.......................4</p><p>　　本章小結..............................................................................................................4</p><p>　　第3章 系統(tǒng)單元電路的設計......................

13、..............................................................6</p><p>　　3.1 顯示電路的設計...........................................................................................6</p><p>　　3.1.1 數碼

14、管顯示原理................................................................................6</p><p>　　3.1.2 三位半數顯表工作原理....................................................................6</p><p>　　3.2

15、 A/D轉換電路的設計.................................................................................7</p><p>　　3.2.1 ICL7107 的特點與引腳功能..........................................................7</p><p>

16、　　3.2.2 ICL7107的工作原理.......................................................................9</p><p>　　3.3 測溫電路的設計..........................................................................................10&

17、lt;/p><p>　　3.3.1 溫標的基本概念...............................................................................10</p><p>　　3.3.2 溫度傳感器的比較與選擇...............................................................1

18、0</p><p>　　3.3.3 確定選擇方案...................................................................................11</p><p>　　3.3.4 AD590工作原理............................................................

19、................11</p><p>　　3.4 積分電路的設計..........................................................................................13</p><p>　　3.5 零點校準電路的設計........................................

20、..........................................14</p><p>　　3.6 沸點校準電路的設計..................................................................................15</p><p>　　3.7 時鐘振蕩電路的設計....................

21、..............................................................16</p><p>　　3.8 負5V供電電路的設計...............................................................................17</p><p>　　本章小結...........

22、..................................................................................................18</p><p>　　第4章 整機電路的工作原理...................................................................................1

23、9</p><p>　　4.1 整機電路圖..................................................................................................19</p><p>　　4.2 整機電路工作原理....................................................

24、..................................20</p><p>　　本章小結.............................................................................................................20</p><p>　　第5章 系統(tǒng)的安裝與調試...........

25、............................................................................21</p><p>　　5.1 電路的安裝..................................................................................................21</p>

26、<p>　　5.1.1 元件的檢測.......................................................................................21</p><p>　　5.1.2 整機的布線原則.......................................................................

27、........21</p><p>　　5.1.3 元件的組裝.......................................................................................21</p><p>　　5.2 電路的調試.......................................................

28、...........................................21</p><p>　　本章小結.............................................................................................................22</p><p>　　結 論..........

29、...............................................................................................................23</p><p>　　致 謝................................................................................

30、.........................................24</p><p>　　參考文獻.....................................................................................................................25</p><p>　　附錄1 譯文..

31、..............................................................................................................26</p><p>　　附錄2 英文參考資料...........................................................................

32、.....................30</p><p>　　附錄3 硬件實物圖....................................................................................................35</p><p>　　附錄4 元件清單................................

33、........................................................................36</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　溫度計是人類社會生產和生活中必不可少的一種測量裝置

34、，在農業(yè)、工業(yè)和各種高新技術領域的開發(fā)和研究中，溫度也是一個非常關鍵的測量參數。因此，它的發(fā)展與各行業(yè)的發(fā)展緊密相關。目前，隨著電子信息技術的發(fā)展，傳感技術的廣泛應用，溫度計已向自動化、數字化方向發(fā)展，代表了溫度計量發(fā)展的最前沿。</p><p>　　隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們發(fā)明了各式各樣的，各種用途的溫度計，根據所用測溫物質的不同和測溫范圍的不同，有煤油溫度計、酒精溫度計、水銀溫度計、氣體溫度計、電阻溫度計

35、、溫差電偶溫度計、輻射溫度計和光測溫度計等。近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，數字化的不斷發(fā)展，數字溫度計的出現對人們的生產生活產生了巨大影響。</p><p>　　在國外，溫度計的發(fā)展始于1593年，由意大利科學家伽利略(1564～1642)發(fā)明了第一支溫度計，后來又相繼出現華氏溫度計、列式溫度計、攝氏溫度計，均用水銀和酒精等作為測溫物質?，F在英、美國家多用華氏溫度計，德國多用列氏溫度計，而在世界科技界和工農

36、業(yè)生產中，我國和法國等大多數國家多采用攝氏溫度計，隨著科學技術的發(fā)展和現代工業(yè)技術的需要，測溫技術也在不斷地改進和提高，測溫范圍變得越來越廣，精度越來越高。</p><p>　　現代化的溫度檢測手段能達到的精度、靈敏度及測量范圍等，在很大程度上決定了科學技術的發(fā)展水平。同時，科學技術的發(fā)展水平又為溫度檢測技術、傳感器技術提供了新的前提手段。目前溫度計的發(fā)展很快，從原始的玻璃管溫度計發(fā)展到了現在的熱電阻溫度計、熱電

37、偶溫度計、數字溫度計、電子溫度計等。溫度傳感器應用非常廣泛，而溫度計中傳感器是它的重要組成部分，傳感器的精度靈敏度基本決定了溫度計的精度、測量范圍、控制范圍和用途等。</p><p>　　本文研究的數字溫度計，它是通過一定的電路和溫度傳感器進行測控，將溫度用數字準確的顯示出來，具有數據顯示直觀，測量精度高，測溫范圍廣等優(yōu)點。</p><p>　　1.2 課題的目的和意義</p>

38、<p>　　隨著科學技術日益迅速的發(fā)展，數字監(jiān)控系統(tǒng)已經深入到生活的各個方面。數字溫度表具有技術效果好，經濟效益高，技術先進，造價較低，可靠性高，維修方便等許多優(yōu)點。數字溫度表擺脫傳統(tǒng)水銀溫度計在使用時的弊端,以其準確快捷的測量功能和清晰易懂的數字化顯示方便人們日常生活使用。</p><p>　　溫度是我們日常生活中實時接觸到的物理量，但是它是看不到的，僅憑感覺只能估測到大概的溫度值。傳統(tǒng)的水銀溫度

39、計雖然能指示溫度，但是精度低，反應速度慢，誤差大，顯示不夠直觀。數字溫度計的出現可以讓人們直觀的了解自己想知道的溫度到底是多少。</p><p>　　當前，主要溫度儀表，如熱電偶、熱電阻及輻射溫度計等在技術上已經成熟，但是它們只能在傳統(tǒng)的場合應用，尚不能滿足簡單、快速、準確測溫的要求，尤其是高科技領域。因此，各國專家都在有針對性地競相開發(fā)各種新型溫度傳感器及特殊與實用測溫技術，如采用光纖、激光及遙感或存儲等技術的

40、新型溫度計已經實用化。由于許多質量高、價格低，使用簡單的傳感器和數字化測量儀表一起使用，以及微型計算機、微處理器和各種大規(guī)模集成電路的迅速普及，使今天的數字測量儀表遠優(yōu)于傳統(tǒng)的測量儀表。數字化測量是一種發(fā)展十分迅速的綜合性應用技術。利用數字化測量儀表的計量技術、測量系統(tǒng)，不但能可靠地獲得大量準確的信息，而且能極其迅速地對信號進行有效的處理，還可以實現自動化測量功能。因此作為自動化、智能化測量系統(tǒng)的基礎和核心的數字化儀器儀表，在我國現代化

41、建設中將發(fā)揮越來越重要的作用。</p><p>　　本文介紹了利用集成溫度傳感器AD590設計并制作的一款基于4位數碼管顯示的數字溫度計能有效克服傳統(tǒng)的缺點和不足，與傳統(tǒng)的溫度計相比，輸出溫度采用數碼管顯示，具有讀數方便、測溫穩(wěn)定準確、精度高、測量范圍廣、低能耗等優(yōu)點，很適合日常溫度的測量。</p><p>　　1.3 課題的技術要求</p><p>　　（1）利用

42、溫度傳感器制作三位半數顯溫度表。</p><p>　?。?）溫度的測量范圍：-30℃～+100℃(243K～373K)。</p><p>　?。?）測量精度要求≤±1℃。</p><p>　?。?）利用電池供電。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)設計與方案論證</p><p>　　2.1系統(tǒng)主體設計方案<

43、;/p><p>　　多數的數字溫度計采用溫度敏感元件也就是溫度傳感器（如鉑電阻，熱電偶，半導體，熱敏電阻等），將隨溫度變化而變化的物理參數，如膨脹、電阻、電容、熱電動勢、磁性、頻率、光學特性等通過溫度傳感器轉變成電信號的變化，如電壓和電流的變化，溫度變化和電信號的變化有一定的關系，如線性關系，曲線關系等，將電信號經過放大電路放大后使之產生適合模數轉換器轉換的電信號，再經過模數轉換電路即用A/D轉換器將模擬信號轉換為數

44、字信號，數字信號送給驅動電路輸出，然后通過顯示單元，如數碼管或者LCD等顯示出來，這樣就完成了數字溫度計的基本測溫功能。</p><p>　　本設計方案的核心是A/D轉換器ICL7107，它包括了線性放大器、模擬開關、時鐘振蕩器、七段譯碼、顯示驅動器等部件。并且它是三位半雙積分型A/D轉換器，屬于CMOS大規(guī)模集成電路，最大顯示值為1999，最小分辨率為100μV。能直接驅動共陽極LED數碼管，不需要另加驅動器件

45、，無需另行設計放大電路、模數轉換電路、驅動電路等，使硬件電路的構成大大簡化，減少了各級之間的干擾。</p><p>　　系統(tǒng)主體設計原理圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)主體設計原理圖</p><p>　　下面詳細地介紹了各部分的組成及設計原理。</p><p>　　測溫電路主要是由溫度傳感器和與傳感器有關的電阻等組成，將

46、溫度的變化轉換成電流或電壓的變化，輸出給下一級放大電路；放大電路主要由集成運放及其外接電容、電阻等組成，用以放大由測溫電路產生的微弱電信號，使之滿足模數轉換電路工作需要的電壓或電流；模數轉換電路由A/D轉換器構成，將放大電路輸出的模擬電信號轉換成能夠使驅動電路工作的數字信號；驅動電路由譯碼器及其外圍電路組成，用來驅動數碼管或LCD液晶屏等顯示器；顯示電路由七段數碼管或LCD液晶屏構成，用來顯示當前所測環(huán)境的攝氏溫度值。</p>

47、;<p>　　2.2 系統(tǒng)硬件電路的設計方案</p><p>　　系統(tǒng)硬件電路的設計采用了模塊化的設計方法，系統(tǒng)硬件電路由符號顯示模塊、十位顯示模塊、個位顯示模塊、小數位顯示模塊、A/D轉換器模塊、測溫電路模塊、積分電路模塊、零點校準電路模塊、沸點校準電路模塊、時鐘振蕩電路模塊、負5V供電電路模塊等十一部分組成。</p><p>　　系統(tǒng)硬件電路方框圖如圖2-2所示。<

48、/p><p>　　圖2-2 系統(tǒng)硬件電路方框圖</p><p><b>　　本章小結 </b></p><p>　　本章介紹了數字溫度計的整體設計思路，并通過方案比較確定了最終的設計方案，由于引入了模塊化的設計思想，使各單元結構明確，條理清晰，給后續(xù)的安裝和調試工作帶來了極大的方便。通過大量文獻和資料的查閱，本章介紹的數字溫度計中的溫度傳感器需要查

49、傳感器應用方面的知識，相關的熱偶傳感器和PN結傳感器等，通過了解這些傳感器可以深入了解溫度傳感器工作原理，在數字溫度計中的作用。接下來查閱的資料是關于數字電路這一塊,需要查閱的資料是數字電路中A/D轉換的原理,可以查閱的書籍有模擬電路、數字電路和實驗方面的書籍。繪制電路圖過程中，查閱關于CAD的書籍等。 </p><p>　　第3章 系統(tǒng)單元電路的設計</p><p>　　3.1 顯示電

50、路的設計</p><p>　　3.1.1 數碼管顯示原理</p><p>　　數碼管按段數分為七段數碼管和八段數碼管，這兩種都是我們最常用的，八段數碼管比七段數碼管多了一個小數點，除此之外，其它方面基本相同。所謂的八段就是指數碼管里有八個小LED發(fā)光二極管，通過控制不同的LED的亮滅來顯示出不同的字型。數碼管按發(fā)光二極管單元連接方式又分為共陰極和共陽極兩種類型，共陰極就是將八個LED的陰極

51、連在一起，讓其接地，這樣給任何一個LED的另一端高電平，它便能點亮。而共陽極就是將八個LED的陽極連在一起，形成公共陽極(COM)的數碼管。共陽數碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數碼管。共陰數碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為

52、高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。</p><p>　　3.1.2 三位半數顯表工作原理</p><p>　　三位半的意思是該表有三位可以顯示0~9的數碼管，還有一位最高位是只能顯示0和1，這個最高位如果是1，后三位是999，那么就是1999，約等于2000。最高位的權重是1000/2000即1/2。三位半數顯表是指最大顯示數為1999的儀表，“三”是指

53、后面三位能顯示完全十進制(0～9)的數目，“半”是指1999進位后能達到的整數位“2”和首位數“1”即1/2，多用于集成電路ICL7106或7107等專用IC設計。本文介紹的三位半數顯表由四個八段數碼管組成，用來顯示實測溫度，從低至高位依次為小數位、個位、十位、符號位。由于ICL7107內部具有譯碼驅動功能，所以不需另接譯碼器就能很好的控制LED，以便實時顯示溫度值。采用LED顯示方式，由于其具有亮度高、顯示醒目、使用壽命長、方便、價格

54、低廉等優(yōu)點在工業(yè)用儀器儀表中得到廣泛應用。圖3-1為利用四個數碼管組成的三位半數顯表電路圖。</p><p>　　圖3-1 三位半數顯表電路圖</p><p>　　3.2 A/D轉換電路的設計 </p><p>　　3.2.1 ICL7107 的特點與引腳功能 </p><p>　　A/D轉換電路的設計采用ICL7107，它是三位半雙積分型

55、A/D轉換器，屬于CMOS大規(guī)模集成電路，它的最大顯示值為士1999，最小分辨率為100μV。能直接驅動共陽極LED數碼管，不需要另加驅動器件，使整機線路簡化，采用士5V兩組電源供電，在芯片內部從與COM之間有一個穩(wěn)定性很高的2.8V基準電源，通過電阻分壓器可獲得所需的基準電壓。能通過內部的模擬開關實現自動調零和自動極性顯示功能。輸入阻抗高，對輸入信號無衰減作用。整機組裝方便，無需外加有源器件，配上電阻、電容和LED共陽極數碼管，就能構

56、成一只直流數字電壓表頭。噪音低，溫漂小，具有良好的可靠性，壽命長。芯片本身功耗小于15mw(不包括LED)，不設有專門的小數點驅動信號。使用時可將LED共陽極數數碼管公共陽極接，可以方便的進行功能檢查，ICL7107引腳圖如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 ICL7107引腳圖</p><p>　　和分別接電源的正極和負極；～、～、～分別為個位、十位、百位筆畫的驅動信號，依次

57、接各LED數碼管的相應筆畫電極；ABK為千位筆畫驅動信號,接千位LED數碼管；RM為LED數碼管公共電極的驅動端,接LED共陽數碼管的5腳和10腳；～為時鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器；第38腳至第40腳電容量的選擇按式（3-1）計算：</p><p>　　=0.45/RC （3-1）</p><p>　　COM為模擬信號公共

58、端，簡稱“模擬地”，使用時一般與輸入信號的負端以及基準電壓的負極相連；TEST為測試端，該端一般不用，使用時需經過500Ω 電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱“邏輯地”或“數字地”；與為基準電壓正負端；與為外接基準電容端；27腳接積分電容器，必須選擇溫度系數小不致使積分器的輸入電壓產生漂移現象的元件；和為模擬量輸入端，分別接輸入信號的正端和負端；AZ為積分器和比較器的反向輸入端，接自動調零電容，如果應用在200mv滿刻度的場合是使用0.4

59、7μF，而2V滿刻度是0.047μF；BUF為緩沖放大器輸出端，接積分電阻，其輸出級的無功電流是100μA，而緩沖器與積分器能夠供給20μA的驅動電流，從此腳接一個積分電阻至積分電容器，其值在滿刻度200mv時選用47K，而2V滿刻度則使用470K。</p><p>　　3.2.2 ICL7107的工作原理 </p><p>　　圖3-3 ICL7107工作原理圖</p>

60、<p>　　圖3-3 ICL7107工作原理圖</p><p>　　雙積分型A/D轉換器ICL7107是一種間接A/D轉換器。它通過對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時間間隔，然后利用脈沖時間間隔，進而得出相應的數字性輸出。它的原理性框圖如圖3-3所示。</p><p>　　它包括積分器、比較器、計數器，控制邏輯和時鐘信號源。積分器是A/

61、D轉換器的心臟，在一個測量周期內，積分器先后對輸入信號電壓和基準電壓進行兩次積分。比較器將積分器的輸出信號與零電平進行比較，比較的結果作為數字電路的控制信號。時鐘信號計數器對反向積分過程的時鐘脈沖進行計數?？刂七壿嫲ǚ诸l器、譯碼器、相位驅動器、控制器和鎖存器。分頻器用來對時鐘脈沖逐漸分頻，得到所需的計數脈沖和共陽極LED數碼管公共電極所需的方波信號。譯碼器為BCD七段譯碼器，將計數器的BCD碼譯成LED數碼管七段筆畫組成數字的相應編碼

62、。驅動器是將譯碼器輸出對應于共陽極數碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅動相應筆畫的方波?？刂破鞯淖饔糜腥齻€：第一，識別積分器的工作狀態(tài)，適時發(fā)出控制信號，使各模擬開關接通或斷開，A/D轉換器能循環(huán)進行。第二，識別輸入電壓極性，控制LED數碼管的負號顯示。第二，當輸入電壓超量限時發(fā)出溢出信號，使符號位顯示“1”，其余碼全部熄滅。調鎖存器用來存放A/D轉換的結果，鎖存器的輸出經譯碼器后驅動LED 。</p><p>　　3

63、.3 測溫電路的設計</p><p>　　3.3.1 溫標的基本概念</p><p>　　物體的受熱程度通常用“溫度”來表征，用來衡量物體溫度的尺子稱為“溫度標尺”，簡稱“溫標”。它標定了溫度的零點和基本測量單位。目前國際上用得較多的溫標有熱力學溫標、國際實用溫標、攝氏溫標和華氏溫標。熱力學溫標和國際實用溫標的單位是K，攝氏溫標的單位是℃，華氏溫標的單位是℉。本系統(tǒng)作為一般的環(huán)境溫度測量使

64、用，為更貼近人們日常生活習慣一律采用攝氏溫標：℃作為溫度的基本表示單位。</p><p>　　3.3.2 溫度傳感器的比較與選擇</p><p>　　由于溫度傳感器的種類較多，同時針對本文設計的數字溫度計測量環(huán)境的需要，提出了以下四種選擇方案：</p><p>　　方案一：采用集成電路溫度傳感器AD590，AD590為電流輸出型的集成溫度傳感器，它所流過的電流數值(

65、微安級)等于絕對溫度(開爾文)的度數，激勵電壓可以從+4V～+40V，溫度范圍-55℃～+150℃，標準輸出為1μA/K的線性關系。因為是電流輸出，易于遠距離傳輸，不會因電壓降或感應噪聲電壓影響而產生誤差，且AD590是半導體結效應式溫度傳感器，它具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍，利用晶體管的b-e結壓降的不飽和值與熱力學溫度和通過發(fā)射極電流的關系實現對溫度的檢測，具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點，無需外部校

66、準。</p><p>　　方案二：采用PT100，它是一種使用比較普遍的溫度傳感器，精度比AD590稍差一些，誤差在0.5℃，用在一般電路上還是足夠了。測溫范圍是-50℃～+150℃。它的工作原理是：在探頭里填充熱敏電阻材料，當外界溫度發(fā)生變化時，它的阻值會隨之改變。當溫度升高時，它的阻值會變大，后面的控制電路會根據相應輸出的阻值不同，而驅動顯示相應的溫度值，而且它與AD590相比，價格也便宜了許多。但它也有自己

67、的缺點和不足，那就是靈敏度較差。當外界溫度變化較大時，熱敏電阻的阻值是緩慢變化的，而不能突變。所以到后面的驅動顯示需要一段時間，形成了測溫上的滯后。但對于那些要求不高的電路來說，這種溫度傳感器還是被廣泛使用的。</p><p>　　方案三：采用KTY10，這種溫度傳感器是目前比較高端的傳感器，它的精度非常高，誤差僅為0.1℃，且靈敏度很高，測溫范圍特別寬，能達-200℃～+500℃甚至更寬。因為是高端器件，所以一

68、般都用在要求很高的電路和設備上。而且它的價格十分昂貴，國產的就高達一百多元，進口的更是達到二三百元。因此對于普通的小型電路，根本無需這種高端傳感器。</p><p>　　方案四：采用熱電偶溫差電路測溫，溫度檢測部分可以使用低溫熱偶，熱電偶由兩個焊接在一起的異金屬導線所組成，熱電偶產生的熱電勢由兩種金屬的接觸電勢和單一導體的溫差電勢組成。通過將參考結點保持在已知溫度并測量該電壓，便可推斷出檢測結點的溫度。數據采集部

69、分則使用A/D 轉換器，將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D 轉換后通過顯示電路，就可以將被測溫度顯示出來。熱電偶的優(yōu)點是工作溫度范圍非常寬，且體積小，但是它們也存在著輸出電壓小、容易遭受來自導線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點。</p><p>　　3.3.3 確定選擇方案</p><p>　　在各種方案中，熱電偶由于熱電勢小，靈敏度低，熱電阻的非線性影響其精度，KTY10溫

70、度傳感器的成本高，且易受氧化影響。而AD590是單片集成溫度傳感器，測溫范圍為-55℃～+150℃，利用半導體三極管的基極與發(fā)射極之間的電壓大約具有-2.2mv/℃的溫度系數實現溫度檢測，且AD590是電流型集成溫度傳感器的代表產品，除具有一般集成溫度傳感器的共同特點：靈敏度高、準確度高、體積小、電路接口方便、價格低廉、使用簡單等優(yōu)點外，還具有自身所特有的一些性能特點，主要表現在：測溫不需要參考點；工作電壓在4～30V時都能獲得穩(wěn)定的輸

71、出信號，其線性電流輸出為1μA/K；以熱力學溫標零點作為零輸出點，在25℃時的輸出電流為298.2μA；因為對芯片進行了激光校正，其具有良好的互換性，且校準準確度可達±0.5℃；使用時接口簡單；輸出阻抗高達10MΩ以上，適用于遠距離溫度測量和計算機遠距離控制。</p><p>　　經過方案比較，綜合各種方案的優(yōu)缺點，最終確定選擇第一種方案。與后幾種方案相比，第一種方案中AD590是美國Analog De

72、vices公司生產的二端式集成溫度傳感器，利用半導體的結效應，它所流過的電流數值(微安級)等于絕對溫度(開爾文)的度數，激勵電壓可以從+4V到+30V范圍變化，測溫范圍-55℃～+150℃完全能滿足技術要求。因為是電流輸出，易于遠距離傳輸，且不會因電壓降或感應噪聲電壓影響產生誤差。</p><p>　　3.3.4 AD590工作原理</p><p>　　在被測溫度一定時，AD590相當于

73、一個恒流源，把它和5～30V的直流電源相連，并在輸出端串接一個電阻。那么，此電阻上流過的電流將和被測溫度成正比。其基本電路如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 AD590內部基本電路圖</p><p>　　圖3-4是利用Δ特性的集成PN結傳感器的感溫部分核心電路。其中、起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流和相等；、是感溫用的晶體管，兩個管的材質和工藝完全相同，但實質上是由

74、n個晶體管并聯(lián)而成，因而其結面積是的n倍。和的發(fā)射結電壓和經反極性串聯(lián)后加在電阻R上，所以R上端電壓為Δ。因此，電流按式（3-2）計算：</p><p>　?。溅ぃ疪＝（KT／q）（lnn）／R （3-2）</p><p>　　式中K為波爾茲曼常數，q為電子電量。對于AD590，n＝8，這樣，電路的總電流將與熱力學溫度T成正比，將此電流引至負載電阻RL上便可得到與T成正

75、比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出信號不受電源電壓和導線電阻的影響。圖3-4中的電阻R是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻已用激光修正了其電阻值，因而在基準溫度下可得到1μA／℃的電流輸出。溫度檢測電路如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 溫度檢測電路圖</p><p>　　3.4 積分電路的設計</p><p>　　ICL7107芯片的27、28、2

76、9腳組成積分電路，27腳接積分電容，典型值為0.22μF 。29腳接自動調零電容(此元件宜選用無感式滌綸電容)，28腳接積分電阻(積分電容和積分電阻應保證質量)。29腳為積分器和比較器的反向輸入端，接自動調零電容如果應用在200mv滿刻度的場合是使用0.47μF，而2V滿刻度是0.047μF，而本硬件電路顯示最大值為“-199”約等于200mv滿刻度，所以選用0.47μF的電容。28腳為緩沖放大器輸出端，接積分電阻，其輸出級的無功電流是

77、100μA，而緩沖器與積分器能夠供給20μA的驅動電流，從此腳接一個電阻至積分電容器，其值在滿刻度200mV時選用47K，而2V滿刻度則使用470K。其積分電路如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 積分電路原理圖</p><p>　　3.5 零點校準電路的設計</p><p>　　零點校準電路由A/D轉換器ICL7107的30和31引腳外接0.01μF電容

78、、10K電位器、12K、10K電阻組成。</p><p>　　溫度表在使用前要進行溫度校準，校準采用比較法。校準的過程是這樣的：電路連接好后，將溫度傳感器和標準溫度計放入冰水混合物中。等待一段時間，當數碼管顯示值穩(wěn)定后微調電位器RP1，使溫控表讀數為“00.0”。然后將溫度傳感器移出，等待一段時間，重新插入冰水混合物中，這樣反復進行幾次，校準就完成了。經過校準后，溫度測量更加準確，系統(tǒng)性能穩(wěn)定。其電路如圖3-7所

79、示。</p><p>　　圖3-7 零點校準電路圖</p><p>　　3.6 沸點校準電路的設計</p><p>　　沸點校準電路由A/D轉換器ICL7107的32、35和36腳外接10K電位器、10K電阻組成。</p><p>　　沸點校準電路的設計同零點校準電路類似，在使用前同樣要進行沸點溫度校準，校準同樣采用比較法。校準的過程如下：電

80、路連接好后，將溫度傳感器和標準溫度計放入100℃沸水中。等待一段時間，當數碼管顯示值穩(wěn)定后微調電位器RP2，使溫控表讀數為“100.0”。然后將溫度傳感器移出，等待一段時間，重新插入100℃沸水中，這樣反復進行幾次，校準就完成了。經過校準后，溫度測量更加準確，系統(tǒng)性能穩(wěn)定。其電路如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8 沸點校準電路圖</p><p>　　3.7 時鐘振蕩電路的設計&

81、lt;/p><p>　　時鐘振蕩電路由ICL7107的38、39腳外接電阻和電容共同構成IC內部振蕩器的RC電路。該電路的時鐘頻率為48KHz，測量速率為3次/s?！珵闀r鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器。第38腳至第40腳電容量的選擇是根據公式(3-1)來計算，一般C4取100pF，由于雙積分型A/D轉換器第一次積分階段的時間為電網工頻周期20ms(50Hz)的整數倍時具有無窮大的抑制串模干擾的能力。

82、因此，輸入脈沖的頻率根據公式(3-3)計算：</p><p>　　(1000Tosc)×4=(20ms) ×N (3-3)</p><p>　　取N=4，可求得Tosc=0.02ms，故fosc=48kHz，則采樣速率根據公式(3-4)計算：</p><p>　　SR=48kHz/(4000×4)=3

83、次/s (3-4)</p><p>　　根據公式(3-1)可求出R=93.75k，故R9電阻取近似值100k。其電路如圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9 時鐘振蕩電路圖</p><p>　　3.8 負5V供電電路的設計</p><p>　　負電壓電源可以從電路外部直接使用 7905 等芯片來提供，但

84、是這需要外接電源，且本電路中采用四節(jié)干電池供電，電壓過低難以實現。通常采用簡單方法，利用一個反向器就可以解決問題，這樣電路簡單，成本低。</p><p>　　本文介紹的方法是用74L04六反相器外接4.7μF電容和IN4148二極管組成，74LS04六反相器1腳利用A/D轉換器ICL7107的38腳時鐘信號，ICL7107的阻容振蕩電路產生的振蕩信號送給74LS04進行兩個非門的整形，然后利用二極管的單向導電特性

85、與電容的充放電原理，產生負5V電壓供給ICL7107的負電源輸入端，使之能夠正常工作，其電路如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 負5V供電電路原理圖</p><p><b>　　本章小結 </b></p><p>　　本章對各單元電路的原理和功能進行了詳細的分析和論述,針對硬件設計中出現的問題提出了解決的辦法,并為后續(xù)整機電路的

86、設計提供了理論依據，實驗證明本設計中各單元電路設計方案正確可行,各項指標穩(wěn)定可靠。</p><p>　　第4章 整機電路的工作原理</p><p><b>　　4.1 整機電路圖</b></p><p>　　圖4-1 整機電路原理圖</p><p>　　4.2 整機電路工作原理</p><p>　

87、　整機電路由符號顯示電路、十位顯示電路、個位顯示電路、小數位顯示電路、A/D轉換器電路、測溫電路、積分電路、零點校準電路、沸點校準電路、時鐘振蕩電路、負5V供電電路等十一部分組成。</p><p>　　利用集成溫度傳感器AD590內部半導體的結效應，它所流過的電流數值（微安級）等于絕對溫度（開爾文）的度數，激勵電壓在+4V～+30V之間，所以整機電路的電源采用四節(jié)干電池供電，電壓為6V，測溫范圍為-55℃～+15

88、0℃，標準輸出為1μA/K的線性關系。當溫度傳感器AD590感應外界的溫度變化后，流經它的電流就會隨之發(fā)生相應的變化，而且是呈線性變化的，絕對溫度與攝氏溫度的轉換根據公式（4-1）計算：</p><p>　　T=273.2+t(℃) （4-1）</p><p>　　流過器件的電流i為攝氏溫度t的函數，見公式（4-2）。</p><

89、;p>　　i(t)=(273.2+t) ×1μA/K （4-2）</p><p>　　因此，輸出電流為1μA/℃，即溫度每變化1℃，輸出電流變化1μA。由于在電路中串上了一個分壓電阻，當溫度變化時，該電阻就會將電流的變化轉換成電壓的變化。此時，ICL7107的輸入端將得到隨溫度變化而變化的電壓信號，但該電壓信號是模擬信號，由ICL7107內部的模數轉換電路把輸入

90、的信號變換成數字信號，再經過自身的驅動電路，把測得的量送給外圍的數碼管進行顯示。與此同時，ICL7107的阻容振蕩電路產生的振蕩信號送給74LS04進行兩個非門的整形，然后利用二極管的單向導電性與電容的充放電原理，產生-5V電壓供給ICL7107的負電源輸入端，使之能夠正常工作，而正電壓則由電池供給。</p><p><b>　　本章小結 </b></p><p>　

91、　本章在結合各單元電路功能的基礎上設計出了整機電路,并對整機電路的組成和工作原理進行了詳細的分析和論述。實驗證明整機電路的設計方案正確可行,各項指標穩(wěn)定可靠。</p><p>　　第5章 系統(tǒng)的安裝與調試</p><p><b>　　5.1 電路的安裝</b></p><p>　　5.1.1 元件的檢測</p><p>

92、　　按電路圖買好元件后首先檢查買回元件的好壞，按各元件的檢測方法進行檢測，而且要認真核對與原理圖是否一致，在檢查好后才可上件、焊件，防止出現錯誤焊件后不便改正。</p><p>　　5.1.2 整機的布線原則</p><p>　?。?）安裝分立元件應便于看到其極性和標志。為防止集成電路受損，在插入或拔出時要非常細心。插入時應使器件的方向一致，缺口朝左，使所有引腳均對準插座板上的小孔，均勻用

93、力按下，拔出時必須用專用拔鉗，夾住集成塊兩頭，垂直往上拔起。</p><p>　　（2）根據信號流向的順序，按電路順序直線排列，輸入與輸出線遠離，采用邊安裝邊調試的方法。元器件安裝之后，先安電源線和地線，為方便查找，連線應用不同的顏色加以區(qū)分，正電源應用紅色絕緣皮的導線，地線用黑色。</p><p>　　（3）把使用的導線拉直，導線兩頭各留6mm左右作為插入插孔的長度。布線時要注意器件周圍

94、走線，不允許導線在集成塊上方跨過，導線不能交叉。 </p><p>　　5.1.3 元件的組裝</p><p>　　按原理圖的位置放置各元件，在放置過程中要先放置、焊接較低的元件，后焊較高和要求較高的元件。特別是容易損壞的元件要后焊，在焊集成芯片時連續(xù)焊接時間不要超過10s，或先焊接芯片座，焊好后將芯片插在芯片座上，注意芯片的安裝方向。</p><p><

95、b>　　5.2 電路的調試</b></p><p>　　本機制作容易，因ICL7107為CMOS電路，宜使用IC插座，當各元件焊接完畢后再插入ICL7107。焊接好后，準備好0℃的冰水混合物和100℃的沸水。將一支測溫范圍在0～100℃的水銀溫度計與測溫探頭一起插入冰水混合物中，待水銀柱穩(wěn)定后微調電位器RP1，使數碼管顯示“00.0”，再把水銀溫度計與測溫探頭一起插入沸水中，待水銀柱停止上升后（

96、一般為100℃），微調電位器RP2，使數碼管顯示“100.0”。重復調整多次即可（但應注意從沸水中或冰水混合物中取出再插入時，要等一些時間，以免損壞傳感器），調節(jié)完成后應保持電位器的阻值不變。</p><p>　　經過以上調試，若電路不能正常工作，則進行以下調試：將37腳的TEST端與l腳短接，表頭應顯示-1888，這時可檢查顯示是否缺筆畫。如有，大多是引腳、連線虛焊；將與短接，表頭應顯示為“0000”，若不為零

97、，則應檢查自動校零電容C2和參考電容C3是否漏電；將3l腳與36腳短接，表頭讀數應為1000，若有偏差，調電位器RP，若仍然不行，則多半是RP、積分電容損壞；將32腳與26腳短接，表頭的最高位應顯示“-l”，其它位均不亮，否則，應檢查電源或換芯片；將芯片ICL7107正確的插入插槽，用溫度計測出此時的室溫，給電路板接通+5V電源，然后調節(jié)滑動變阻器使數碼管顯示到當前溫度。</p><p><b>　　本

98、章小結 </b></p><p>　　本章對硬件電路的安裝與調試進行了詳細的分析和論述，經過調試后系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定，各項指標準確無誤，穩(wěn)定可靠。</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　本文介紹的數字溫度計電路在硬件上采用集成溫度傳感器AD590來檢測溫度，測溫準確，精度高。使用A/D轉換器ICL7107進

99、行放大、轉換、譯碼和驅動。利用四個LED數碼管構成三位半數顯溫度表來顯示實測溫度，系統(tǒng)運行情況良好。由于采用±5V雙電源供電，使系統(tǒng)的抗干擾性能得到加強。利用A/D轉換器的時鐘信號，由74LS04六反向器外接二極管、電容等構成-5V供電電路，充分利用了ICL7107的外部引腳資源，解決了用W7805穩(wěn)壓器時電路不共地的問題，使電路結構更加簡化、完美。</p><p>　　本設計電路結構簡單，調試方便。經

100、驗收測試，該數字溫度計設計方案正確可行，各項指標穩(wěn)定可靠。</p><p>　　雖然本文介紹的數字溫度計有許多優(yōu)點，但在設計當中也存在一些不足，如溫度傳感器測溫時有一定的時間延遲，系統(tǒng)反應緩慢。另外，與單片機控制的智能溫度計相比，該數字溫度計系統(tǒng)功能單一。由于采用專用集成芯片控制，可擴展空間有限，沒有添加超溫報警，日期顯示等附加功能。</p><p>　　本次設計在前期原理分析與硬件電路調

101、試過程中也遇到了很多問題，走了許多彎路，但在不斷地摸索過程中尋找到了答案。例如，將數碼管引腳采用總線連接，與驅動芯片各引腳連成一點，本以為芯片會自動分辨出驅動引腳位置，可結果卻不然。在焊接過程中，器件選擇時由于色環(huán)電阻顏色標示不太清楚，開始焊接前也未用萬用表重新量過，誤把4.7K當作47K電阻來用，導致電路工作不穩(wěn)定，隨后其余的均通過萬用表測量進行選擇，后續(xù)焊接過程較快。之后的整機調試過程中，基準電壓和零點調整較快，在調溫度測量選擇時，

102、0℃調節(jié)好后，數碼管顯示正常，但是在沸點100℃的時候誤差值較大，開始時以為分壓電阻選錯，進行了調節(jié)并更換了電阻和電位器，還是不成功。之后確定送顯示部分有問題存在，電路中粗測了各選擇電容和電阻器件，也都沒有錯誤，最后發(fā)現電路中的一個關鍵部分，也是最容易被忽略的地方電源存在問題。本電路電源部分采用干電池供電，由于電池放置時間過久，導致供電電壓不穩(wěn)定，換過新電池后電路恢復正常。</p><p>　　總結本次設計，在整

103、個過程中從每個細節(jié)入手，既將學到的知識應用到了具體實踐當中，又增加了自己的實際操作和排錯的能力?？傊?，千言萬語一個道理：成功需要堅持，缺少每一步都不可能將目標完整的實現，實踐的過程中需要細心，只有細致才能使效率更高，才能將每個步驟完美的完成。 </p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　為期三個月的畢業(yè)設計已經圓滿結束。經過本人的不懈努力以及x

104、x老師的耐心指導和熱情幫助，本次畢業(yè)設計順利完成。在此，要特別鳴謝指導教師白娜以及實驗室的各位老師們！</p><p>　　在畢業(yè)設計期間我的設計和論文都是在*老師全面、具體的指導下進行的，老師對論文的選題、構思、資料收集到最后定稿的各個階段都給了我很大的寶貴意見和悉心指導，認真幫助我糾正設計上的錯誤和論文寫作上的不規(guī)范之處，在*老師的指導和幫助下我才得以順利地完成了畢業(yè)設計。她嚴謹的治學態(tài)度，誨人不倦的師者風范