數字溫度計課程設計

2023-02-08 04:00:02 字數 4337 閱讀 9527

課程設計(**)

題目名稱數字溫度計

課程名稱電子技術課程設計

學生姓名

學號系 、專業

指導教師

2023年 12 月 16 日

摘要溫度計是工農業生產及科學研究中最常用的測量儀表。使用溫度測量儀,首先經過ad590整合溫度感測器的作用,使外界溫度轉換為電流用表示。因為上述為絕對溫度k和電流之間的轉換關係,而在設計中我們需要採用℃,所以我們必須使其轉換成攝氏溫度℃和電流之間的關係,這就要用到k—℃變換器。

通過k—℃變換器的作用,我們便得到想要的℃和電流之間的直接轉換關係。得到的電流再經過放大器的放大,即可直接用電壓表讀出被測物件的溫度值。然後放大後的電壓接一比較器,比較器的輸出端接報警裝置。

報警裝置可由乙個發光二極體組成。在設定了預警溫度後,由比較器輸出端的電壓決定二極體是否發光,從而起到警報作用。經tc7017ad轉換後,再通過數碼管顯示。

關鍵詞:ad590  放大器  tc7107 數碼管

摘要附錄元件清單14

1 系統總體設計

1.1 總體方案設計

圖1所示為數字溫度計的原理框圖。其工作原理是將被測的溫度訊號通過感測器轉換成溫度變化的電壓訊號,此電壓訊號經過放大電路後,通過模-數轉換器把模擬量轉變成數字量,最後將數字量送顯示電路,用4位led數碼管顯示。

圖1.1

1.2系統原理框圖及電路圖

圖1.2 整體原理圖

2系統詳細設計

此電路是基於模擬ad590設計的,它是利用pn結正向電流與溫度的關係製成的電流輸出型兩端溫度感測器。這種器件在被測溫度一定時,相當於乙個恆流源。該器件具有良好的線性和互換性,測量精度高,並具有消除電源波動的特性。

即使電源在5~15v之間變化,其電流只是在1μa以下作微小變化.

1、流過器件的電流(μa) 等於器件所處環境的熱力學溫度(開爾文) 度數。

2、 可測量範圍-55℃至150℃.

3、 供電電壓範圍+4v至+30v.

ad590整合溫度感測器進行溫度~電流轉換。它是一種電流型二端器件,其內部已作修正,具有良好的互換性和線性。有消除電源波動的特性。

輸出阻抗達10mω,轉換當量為。器件採用b-1型金屬殼封裝。

溫度—電壓變換電路如圖2.2所示。由圖可得:

由 (r一般取10kω)

所以。圖2.1 ad590原件符號圖2.2 溫度——電壓轉換電路

2.2 轉換與放大電路

2.2.1 k—℃變換器

因為ad590的溫控電流值是對應絕對溫度k,而在設計中需要採用℃,由運放組成的加法器可以實現這一轉換,參考電路如下圖2.3

圖2.3 k—℃變換電路

設流經r2,r1,r3的電流分別為

對圖2.3的反相輸入節點可列出下面的方程:

若實際應用中可取r1=r2=r3=5 kω)

而計算得

則式 ( 2.3.1 )可變為

2.3.2 )

元件引數的確定和-ur選取的指導思想是:0℃(即273k)時,u2 = 0 v

綜合式(2.2.1),可得

2.3.3 )

2.2.2放大器

圖2.4 反相比例放大器

設流經r4,r6的電流分別為i4,i6。 由虛斷的概念可知,i4=i6,

為了提供乙個合適的靜態偏置,故在其同向端接入乙個平衡電阻

2.4.2 )

要使u3滿足100mv/℃, 又因為 u2=10mv

所以我們可取

2.2.3比較器

電壓比較器是整合運放非線性應用電路,常用於各種電子裝置中.它將乙個模擬量電壓訊號和乙個參考固定電壓相比較,在二者幅度相等的附近,輸出電壓將產生躍變,相應輸出高電平或低電平。

圖2.5 電壓比較器

由電壓比較器組成,如圖2.5所示。uref為報警時溫度設定電壓5v,r7,r8用於穩定輸入電壓。

r9用於改善比較器的遲滯特性,r10用於報警裝置的輸入電阻,用來控制輸入電流的大小。這些電阻決定了系統的精度。

由比較器的虛短和虛斷概念得經過除錯,可取

2.2.4報警裝置

發光二極體為其核心裝置,其發熱量小,耗電量也少,節能。由低壓電源供給,供電電壓大大約為6-24 v之間。

當的值小於的值時,輸出為低電平,三極體截止,發光二極體無響應。

當的電壓值大於時,輸出為高電平,三極體導通,此時發光二極體發光,產生警報!

圖2.6 發光二極體圖2.7報警裝置電路

2.2.5 電路原理圖

由上述各設計電路可得出如圖2.8所示電路原理圖。

圖2.8 轉換與放大電路

2.3 a/d轉換電路

tc7107是一種高效能、低功耗的三位半a\d轉換器,同時包含有七段解碼器、顯示驅動器、參考源和時鐘系統。tc7107可直接驅動共陽極led數碼管。tc7107將高精度、通用性和真正的低成本很好的結合在一起,它有低於10uv的自動校零功能,零漂小於1uv/℃,低於10pa的輸入電流,極性轉換誤差小於乙個字。

真正的差動輸入和差動參考源在各種系統中都很有用。在用於測量負載單元、壓力規管和其它橋式感測器時會有更突出的特點。

tc7107的特點:

1. 保持零電平輸入時,各量程的讀值均為零;

2. 1pa典型輸入電流;

3. 很低的雜訊(小於15vp-p);

4. 片上自帶時鐘;

5. 低功耗;

6. 不需外接有源電路。

7. 真正的差動輸入和差動參考電源,直接lcd顯示驅動。

tc7107的a/d轉換及數字顯示圖的部分電路原理圖如下:

圖2.9 tc7107數字部分框圖

tc7107轉化器原理圖如圖2.9所示。其中計數器對反向積分過程的時鐘脈衝進行計數。控制邏輯包括分頻器、解碼器、相位驅動器、控制器和鎖存器。

驅動器是將解碼器輸出對應於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。

圖2.10 tc7107轉化器原理圖

控制器的作用有三個:

第一,識別積分器的工作狀態,適時發出控制訊號,使各模擬開關接通或斷開,a/d轉換器能迴圈進行。

第二,識別輸入電壓極性,控制led數碼管的負號顯示

第三,當輸入電壓超量限時發出溢位訊號,使千位顯示「1" ,其餘碼全部熄滅。

釣鎖存器用來存放a/d轉換的結果,鎖存器的輸出經解碼器後驅動led 。它的每個測量週期自動調零(az)、訊號積分(int)和反向積分(de)三個階段。

雙積分型a/d轉換器的電壓波形圖如圖2.11所示

圖2.11雙積分型a/d轉換器的電壓波形圖

tc7107ad轉換器的管腳排列及其各管腳功能如圖2.12所示:

圖2.12 tc7107管腳排列

tc7107引腳功能:

v+和v-分別為電源的正極和負極(或地)

au-gu,at-gt,ah-gh:分別為個位、十位、百位筆畫的驅動訊號,依次接個位、十位、百位led顯示器的相應筆畫電極。

bck:千位筆畫驅動訊號。接千位leo顯示器的相應的筆畫電極。

pm:液晶顯示器背面公共電極的驅動端,簡稱背電極。

oscl-osc3 :時鐘振盪器的引出端,外接阻容或石英晶體組成的振盪器。第38腳至第40腳電容量的選擇是根據下列公式來決定: fosl = 0.45/rc

com :模擬訊號公共端,簡稱「模擬地」,使用時一般與輸入訊號的負端以及基準電壓的負極相連。

test :測試端,該端經過500歐姆電阻接至邏輯電路的公共地,故也稱「邏輯地」或「數字地」。

vref+ vref- :基準電壓正負端。

cref:外接基準電容端。

int:27是乙個積分電容器,必須選擇溫度係數小不致使積分器的輸入電壓產生漂移現象的元件

in+和in- :模擬量輸入端,分別接輸入訊號的正端和負端。

az:積分器和比較器的反向輸入端,接自動調零電容caz 。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。

buf:緩衝放大器輸出端,接積分電阻rint。其輸出級的無功電流( idling current )是100μa,而緩衝器與積分器能夠供給20μa的驅動電流,從此腳接乙個rint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。

tc7107的工作原理:

雙積分型a/d轉換器tc7107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,然後利用脈衝時間間隔,進而得出相應的數字性輸出。838電子

它的原理性框圖如圖2所示,它包括積分器、比較器、計數器,控制邏輯和時鐘訊號源。積分器是a/d轉換器的心臟,在乙個測量週期內,積分器先後對輸入訊號電壓和基準電壓進行兩次積分。比較器將積分器的輸出訊號與零電平進行比較,比較的結果作為數位電路的控制信一號。

時鐘訊號源的標準週期tc 作為測量時間間隔的標準時間。它是由內部的兩個反向器以及外部的rc組成的。其振盪週期tc=2rcin1.

5=2.2rc 。

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