PN结温度传感器实验系统的研制
基于PN结传感器的数字式温度计实验研究
２ ． １ 标定 用 “ 标 准 温度 计”
由于温度 计是 中低 温 区 的标 准 温度 计 ， 所 以 标定 用 的标准 温度 计使 用 １ ／ ３ Ｂ级铂 电阻温 度传 感器 作为 感温 元件 ， 通过校准 ０ ｃ 【 ＝ 时 的阻 值误 差
后 自行制 作或 组装 。将 所温 度传 感器 置 于盛有 冰 水混 合液 （ 水 的三相 点 ） 的容 器 中 ， 达 到热 平 衡 后
基于 Ｐ Ｎ结 传 感 器 的数 字 式 温 度 计 实 验 研 究
张凤 云 ， 罗 伟， 张利巍
（ 东北石油大学 ， 黑龙江 大庆 １ ６ ３ ３ １ ８ ）
摘
要： 利用数字 电压表单元模块 、 恒流源 、 Ａ Ｄ ６ ２ ０等设 计测 温实验 电路 ， 设计 制作 出 ０一Ｉ Ｏ ０ ￣ Ｃ的
温度 是基 本物 理 量 之一 ， 自然 界 中几 乎 所 有 物质 的基本 特 『 生 及其变 化规律均 与温度 密切相 关 ， 因而方便 、 快捷 、 准 确地 测 量温 度一 直 被 人们 所 追 求 １ Ｊ 。现在学 校实 验室 中所 使用 的温度 计通 常 都
是精度 为 １ ｏ Ｃ和 ０ ． １℃ 的水 银 、 煤 油 或 酒 精 温 度
第２ ７卷
第 ６期
大
学
物
理
实
验
Ｖ０ １ ． ２ ７ Ｎｏ ． ６
Ｄｅ ｃ ． ２ ０１ ４
２ ０ １ ４年 １ ２月
ＰＨ ＹＳＩ ＣＡＬ ＥＸＰＥＲＩ ＭＥＮＴ ０Ｆ Ｃ０Ｌ ＬＥＧＥ
文章编号 ： １ ０ ０ ７ ． ２ ９ ３ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ６ － ０ ０ ２ １ － ０ ３
数字温度计 ， 它具有线性度高 、 热响应速度快 、 测温精 度较高 、 重 量轻 、 易制作 、 成本 低等优 点 ， 可 以测 量
PN结温度传感器
信号与控制综合实验指导书
实验二十六 P─N 温度传感器
一、实验原理
半导体 P-N 结具有非常良好的温度线性。 根据 P-N 结特性表达公式 I = Is e RT − 1 可知，当一个 P-N 结制成后，其反向饱和电流基本上只与温度有关，根据这一原理制成 的 P-N 结温度传感器，可以直接现实绝对温度 K，并且具有良好的线性精度。
四、注意事项 1 3 位数字电压表必须 2V 档，VT 端输出的小数点后三位数字即为绝对温度值。 2
集学科优势
- 15 -
求改革创新 来自qv 二、实验所需部件
P-N 结温度传感器、温度变换器、加热器、电压表、温度计（自备）
三、实验步骤
4. 将 P-N 结温度传感器接入温度传感器端，VT 端接电压表，开启电源，电压表 2V 档显示室温的绝对温度 T，室温℃＝T-273。与温度计显示温度进行比较。 5. 打开加热器，观察随温度上升电压表所示绝对温度变化，与放在加热器上的温 度计所显示的温度进行比较。 （温度计因在塑套外与传感器感受到的温度是有差别的， 实 验时请注意这一点） 。
基于PN结传感器的温度测量仪设计2
基于PN 结传感器的温度测量仪设计一、课程设计目的测控系统课程设计是在学生学习完智能仪器理论和实验课后安排的综合实践教学环节，通过课程设计使学生在实践上获得智能仪器设计的经验，掌握仪器设计的步骤、过程和方法。
为毕业设计及今后从事智能仪器设计打下良好的基础。
本次课程设计研究的主要内容为传感器及信号调理电路、CPU 及其外围电路，AD 转换电路，键盘和显示电路。
本文对其中关键部分做简单介绍，以使学生能更容易地进行课程设计。
智能仪器的组成一般包括：传感器及信号调理电路、CPU 及外围电路、模拟量输入通道、模拟量输出通道、开关量输入输出通道、人机接口电路、数据记录、转储等。
二、工作原理2.1晶体二极管或三极管的PN 结的结电压是随温度而变化的。
PN 结具有负的温度系数特性。
据文献记载，当温度变化一度时，结电压变化2mv 左右。
温度变化曲线为指数型非线性变化。
其正向偏置电流应保持恒定。
2.2 大多数的材料的电阻性能都会随温度的升高而增大，少数的负温度特性的材料温度升高电阻反而降低。
将电阻接入电路中，再把不同温度下的电压变化记录下来，通过分析电流的变化就可以推测电阻的变化。
根据记录的数据绘出温度-电压拟合曲线图，就可以通过测量电压，推测出温度的数值来测量温度。
三、方案设计3.1利用PN 结温度传感器，配以A ／D 转换电路，本次设计中采用的是1N4007整流二极管，PN 结具有负的温度系数特性。
CPU 采用LPC2138微控制器，理由是其小尺寸和低功耗微控制器LPC2138是小型化应用的理想选择。
3.2当温度变化一度时，结电压变化2mv 左右。
温度变化曲线为指数型非线性变化。
其正向偏置电流应保持恒定。
通过三运放放大电路进行信号处理，选取端点温度记录端点的电压，得出温度电压的拟合曲线。
再将放大的电压信号输入LPC2138进行处理，通过得出的温度电压拟合曲线来计算出温度并通过显示屏进行输出。
设计框图：四、温度传感器的工作原理根据半导体理论，通过PN结的正向电流If与PN结压降Vf之间存在下述关系：式中，Is为反向饱和电流；q为电子电量；K为波尔磁曼常数；T为热力学温度。
基于PN结传感器的温度测量仪设计报告
基于PN结传感器的温度测量仪设计摘要：温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。
本文介绍了基于PN结传感器的温度测量仪的工作原理，给出了实验电路图，在此基础上对实验数据进行了分析，并对其产生的误差进行了分析。
关键词：温度传感器、放大器、PN结、单片机正文：1.电路原理与设计方案1.1工作原理：晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度而变化的。
通过测量其阻值推算出被测物体的温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器。
这种传感器主要用于-200—500℃温度范围内的温度测量。
例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1℃时，下降-2mV，利用这种特性，一般可以直接采用二极管（如玻璃封装的开关二极管1N4007）或采用硅三极管（可将集电极和基极短接）接成二极管来做PN结温度传感器。
1.2设计方案：一种数字温度测量仪，其特征在于包括：一个恒流源电路；一个同恒流源相串联的PN结温度传感器，PN结传感器它输出一个同温度有关的电压信号；一个把上述与温度有关的电压信号转换成数字信号的A/D转器；一个同A/D变换器的输出端相连接从而把A/D转换器输出的与温度有关的数字信号显示出温度值的数字显示器；一个向A/D转换器的信号输入低端提供浮地0电位和基准电压VERF 的转换电路，以便使A/D转换器工作在浮地状态下和实现温度满刻度的调节；一个使恒流源、PN结温度传感器和电压转换电路的供电同A/D转换器隔离的电源隔离电路，以及一个分别向各个电路供电的电源组件。
2.程序设计2.1 Proteus软件设计电路2.1.1恒流源电路设计:为保证整个温度测量范围内PN结的正向电流恒定，PN结的正向偏置采用恒流源驱动。
采用三极管的特性特殊电路，让通过二极管的电流始终在100uA 左右。
2.1.2电桥电路的设计：采用电桥连接方式使放大传感器变化电压的差值。
电桥通过两个电阻和二极管并联构成，从而向放大器正负两端输入电压。
通过理论分析及仿真实验研究选择合适的电桥电路参数。
PN结温度传感器性能的实验研究-毕业设计
PN结温度传感器性能的实验研究学生XX 指导教师：XX内容摘要：本课题通过实验对不同类型的半导体PN结器件进行正向压降与温度特性的测量，获取实验数据，通过整理、分析、比较、综合实验数据，从中比较各器件灵敏度，线性度的优劣，为合理选用PN结温度传感器提供依据。
主要分析了不同型号的二极管的温度特性，同一种型号的3个二极管的温度特性分析，同一种型号二极管在不同的恒定电流下的温度特性和同一个二极管多次测量的温度特性，主要测量型号有2CP11，1N4007型二极管，FG314050型发光二极管，2CW117型二极管，2CN2型二极管以及用来作对照实验的S9014型三极管。
关键词：PN结温度传感器线性度Study for PN junction sensor experimental performance of thetemperatureAbstract: It is used to measure forward voltage drop and temperature characteristic of different type's PN semiconductors in order to obtain the data of experiment. By neatening, analyzing, comparing, synthesizing data, it is a comparison of these component about the strengths and weaknesses of response rate and linearity in order to provide for reason of legitimately choosing PN junction temperature transmitter.The experiment analyses temperature characteristic of different model diodes,the temperature characteristic of the same model for three diodes,the temperature characteristic of the same model diode when it is constant current ,and the several measurements of same model diode about the temperature characteristic. And the major types include 2CP11, 1N4007 diodes, 2CW117 diode , 2CN2 diode and S9014 dynatron which are used for controlling experiment.Keywords: PN junction temperature sensor linearity目录前言.............................................................................................. 错误！未定义书签。
PN结温度传感器测温实验
实验三PN结温度传感器测温实验实验目的：了解PN结温度传感器的特性及工作情况。
所需部件：主、副电源、可调直流稳压电源、-15V稳压电源、差动放大器、电压放大器、F/V 表、加热器、电桥、温度计。
旋钮初始位置：直流稳压电源±6V档，差放增益最小逆时针到底（1倍），电压放大器幅度最大4.5倍。
实验原理：晶体二极管或三极管的PN结电压是随温度变化的。
例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1℃时，下降约2.1mV，利用这种特性可做成各种各样的PN结温度传感器。
它具有线性好、时间常数小（0.2～2秒），灵敏度高等优点，测温范围为-50℃～+150℃。
其不足之处是离散性大互换性较差。
实验步骤：(1)了解PN结，加热器，电桥在实验仪所在的位置及它们的符号。
(2)观察PN结传感器结构、用数字万用表“二级管”档，测量PN结正反向的结电压，得出其结果。
(3)把直流稳压电源V+插口用所配的专用电阻线（51K）与PN结传感器的正向端相连，并按图37接好放大电路，注意各旋钮的初始位置，电压表置2V档。
图三（4）开启主、副电源，调节W1电位器，使电压表指示为零，同时记下此时水银温度计的室温值（△t）。
（5）将-15V接入加热器（-15V在低频振荡器右下角），观察电压表读数的变化，因PN结温度传感器的温度变化灵敏度约为：-2.1mV/℃。
随着温度的升高，其：PN结电压将下降△V，该△V电压经差动放大器隔离传递（增益为1），至电压放大器放大4.5倍，此时的系统灵敏度S≈10mV/℃。
待电压表读数稳定后，即可利用这一结果，将电压值转换成温度值，从而演示出加热器在PN结温度传感器处产生的温度值（△T）。
此时该点的温度为△T+△t。
注意事项：（1）该实验仅作为一个演示性实验。
（2）加热器不要长时间的接入电源，此实验完成后应立即将-15V电源拆去，以免影响梁上的应变片性能。
课后问题：（1）分析一下该测温电路的误差来源。
（2）如要将其作为一个0～100℃的较理想的测温电路，你认为还必须具备哪些条件？（1）将电桥中1 与直流稳压电源中1相连，电桥中2与差动放大器中2相连，电桥中3与差动放大器中3相连；（2）差动放大器中1与PN结中1相连，PN结中1与直流稳压电源1又用51K电阻线相连，PN结中2与直流稳压电源2相连；（3）差动放大器中的4与电压放大器中的4相连，电压放大器中的7接F/V表的Vi孔；（4）当接入-15伏电压接入加热器时，低频振荡器的8与加热6相连，加热5与地相连。
PN结实验
三、实验仪器
测试仪原理框图
四、实验步骤
1、实验系统的连接 控制电流开关置“关”的位置，此时加热指示 灯不亮，接上加热电源线及信号传输线将样品 室与仪器相连。注意定位标记。拆除时应拉插 头外套不可硬拉和转动。 2、VF ~T的测量和调零 开启仪器背部的电源开关，加热数分钟后， IF 将“测量选择”开关（以下简称K）拔到 IF IF 档，由“ 调节”使 =50µA，记下当时温 度值。将K拔到△V档，由 “△V调零”使△V=0。
k C kT VF = Vg ( 0 ) − ( ln )T − ln T r = V 1 + Vn1 q q IF
k C = V1 Vg (0) − ln T 其中 IF q kT r Vn1 = − lnT ) ( q
二、实验原理
2．PN结测温原理和温标转换 kT Vn1 = − ln T r q 尽管方程中 是非线性项，但是 实验和理论证明，在温度变化范围不大时，VF温度 响应的非线性误差可以忽略不计。（对于通常的硅 PN结材料，这个温度区间为-50～150℃ 。）
Vg (0) = VF (t 0 ) + (273 + t0 ) S
所以
Eg (0) = q [VF (t 0 ) + (273 + t0 ) S ]
三、实验仪器
• TH-J型PN结正向压降 与温度关系测量仪 • 五芯电缆一根
三、实验仪器
三、实验仪器
1. 加热测试装置
三、实验仪器
2. 测试仪
五、数据记录
-5
∆V (mV )
升温 t/℃ 降温 t/℃ 平均值 t/℃
-10 -15 -20 -25 -30 …
-60 -65 -70
大学物理实验PN结正向压降与温度特性的研究实验报告（完整）
⼤学物理实验PN结正向压降与温度特性的研究实验报告（完整）PN 结正向压降与温度特性的研究⼀、实验⽬的1．了解PN 结正向压降随温度变化的基本关系式。
2．在恒流供电条件下，测绘PN 结正向压降随温度变化曲线，并由此确定其灵敏度和被测PN 结材料的禁带宽度。
3．学习⽤PN 结测温的⽅法。
⼆、实验原理理想PN 结的正向电流I F 和压降V F 存在如下近似关系)exp(kTqV Is I FF = （1）其中q 为电⼦电荷；k 为波尔兹曼常数；T 为绝对温度；Is 为反向饱和电流，它是⼀个和PN 结材料的禁带宽度以及温度等有关的系数，可以证明])0(ex p[kTqV CT Is g r -= （2）（注：（1），（2）式推导参考刘恩科半导体物理学第六章第⼆节）其中C 是与结⾯积、掺质浓度等有关的常数：r 也是常数；V g (0)为绝对零度时PN 结材料的导带底和价带顶的电势差。
将（2）式代⼊（1）式，两边取对数可得11)0(n r F g F V V InT q kT T IcIn q k V V +=--= （3）其中()rn F g InT qKTV T Ic In q k V V -=???? ?-=11)0(这就是PN 结正向压降作为电流和温度函数的表达式，它是PN 结温度传感器的基本⽅程。
令I F =常数，则正向压降只随温度⽽变化，但是在⽅程（3）中，除线性项V 1外还包含⾮线性项V n1项所引起的线性误差。
设温度由T 1变为T 时，正向电压由V F1变为V F ，由（3）式可得[]rn F g g F T T q kT T T V V V V---=1111)0()0( （4）按理想的线性温度影响，VF 应取如下形式：)(111T T TV V V F F F -??+=理想（5） TV F ??1等于T 1温度时的T V F ??值。
由（3）式可得r qk T V V T V F g F ---=??111)0( （6）所以()[]()r T T q kT T V V V T T r q k T V V V V F g g F g F 1111111)0()0(----=----+=理想（7）由理想线性温度响应（7）式和实际响应（4）式相⽐较，可得实际响应对线性的理论偏差为()r F T T Ln q kT T T r q k V V )(11+--=-=?理想（8）设T 1=300°k ，T=310°k ，取r=3.4*,由（8）式可得?=0.048mV ，⽽相应的V F 的改变量约20mV ，相⽐之下误差甚⼩。
PN结正向压降温度特性的研究和应用
感器的普遍规律．此外，由（４）式可知，减小
矗，可以改善线性度，但并不能从根本上解决问
题，目前行之有效的方法大致有两种：
１）利用对管的两ｂｅ结（将三极管的基极与
集电极短路，与发射极组成一个ＰＮ结），分析
在不同电流矗。，矗。下工作，由此获得两者电压
之差（ｙＦ。一¨２）与温度成线性函数关系，即
ｌＴ
，ｒ、
ｙ，，一¨，＝竺三ｌｎｌ善ｌ
例于绝对温度的ｒ次方，则ｎ一丁的线性理论
误差为△＝０，实验结果与理论值颇为一致，其 精度可达０．０１℃．
２实验装置
实验系统由样品架和测试仪两部分组成． 样品架的结构如图１所示，其中Ａ为样品室， 是一个可卸的筒状金属容器，筒盖内设橡皮Ｏ 圈盖与筒套具相应的螺纹，可使两者旋紧保持 密封．待测ＰＮ结样管（采用３ＤＧ６晶体管的基 极与集电极短接作为正极，发射极作为负极，构 成一只二极管）和测温元件（ＡＤ５９０）均置于铜 座Ｂ上，其管脚通过高温导线分别穿过两旁空 一芯细管与项部插座Ｐ连接，通过Ｐ将被测ＰＮ 结的温度和电压信号输入测试仪．加热器Ｈ装 在中心管的支座下，其发热部位埋在铜座Ｂ的 中心柱体内．
设温度由丁，变为丁时，正向压降由ｙｒ。变 为ｎ，将丁。代入（３）式得¨。，由ｎ。表达式
解出鲁ｌｎ（石Ｃ），代入（３）式可得
ＶＦ＝Ｖｓ（。）一［ｙ。（。）一ｙ，，）亍Ｔ：一ｋ口Ｔ１ｎ（丢）７
（４） 按理想的线性温度响应，Ｖ，应取如下形式
ｙ囊·＝ｙ，。＋丌８ ＶＦｌ（丁一丁。）
（５）
务一一半一鲁ｒ㈤ 而ＶＦｌ等－于丁，温度时的导笋值．由（３）式可得
样品室
｝广匝一一丑一］扣亟乎也固
首先对实验系统进行检查与连接，然后将 样品室埋入盛有冰水混合物的杜瓦瓶中降温， 待温度冷却至Ｏ℃时，调整工作电流Ｊ，为某一 固定值（本次测量设定Ｉ，＝５０弘Ａ），测量得 ｙＦ（０℃）一６７４．３ｍＶ，由“△ｙ调零”使△Ｖ＝０． ３．２△ｙ一丁曲线的测定
PN结温度传感器实验系统的研制.
・仪器设备研制、改进与维修・P N 结温度传感器实验系统的研制3高泽利33, 吴杰(昆明医学院昆明650031摘要:介绍了根据教学需要而设计开发的P N 结温度传感器实验系统。
学生可以利用该系统测量不同P N 结的温度-电压特性; 对测量数据进行线性回归分析; 根据回归分析的结果, 进行温度测量。
关键词:P N 结; 传感器; 放大器; A /D转换器; 单片机; 显示器中图分类号:TP212・11文献标识码:B 文章编号:1672-4550(2006 02-0105-04D evelop m en t of the PN en t a lSyste m G AO J ieCollege Kun m ing 650031Abstract:paper intr oduces the P N juncti on sens or experi m ental syste m of te mperature devel 2oped by the author according t o the needs of teaching 1Students can use the syste m t o measure the te m 2perature -voltage characteristic of different P N juncti ons and carry on linear regressi on analysis of the da 2ta measured 1According t o the linear regressi on analysis result, te mperature survey can be taken with the syste m 1Key words:P N juncti on; sens or; a mp lifier; A /Dconverter; single -chi p co mputer; dis p layP N 结两端的结电压的变化量与温度之间有很好的线性关系, 因此, P N 结可作为温度传感器, 用来测量温度。
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果为 FFFH (为了不损坏 TLC2543, 应使 TLC2543
的输入电压在 - 013～ + 313 V 的范围内 ) 。
114 单片计算机接口电路
单 片 计 算 机 选 用 ATM EL 公 司 生 产 的
AT89C2051。它 是 一 种 低 功 耗 、高 性 能 的 8 位
CMOS微控制 芯片 , 与 MCS - 51 指令 系统 兼容 ,
(2) 根据 P317 的 状态 , 对 采样 结果 进行 处 理 : 当 P317 悬空 ( P317 = 1 ) 时 , 将采样结果转 换成十进制的电桥电压值 ; 当 P317接地 ( P317 = 0) 时 , 将采样结果转换成十进制的被测温度值 (对给定的已经校准的 PN 结 ) 。
且片内自带的 2 KB 快闪可读写程序存储器已可满
足本系统的需要 , 因而不需要扩展外部程序存储
器。
如图 1 所示 , C2 与 R8 构成上电自动复位电 路 ; K1 、R7 和 R8 构成手动复位电路 ; X、 C3 、 C4 构成单 片 机 的 振 荡 电 路 , 晶 振 X 的 振 荡 频 率 为 111059 2 MHz; AT89C2051的 P317端用作输入端 , 分别处于接地或悬空两种状态 , 以控制输出结果为 被测温度值或电桥电压值 。
1 系统硬件电路的设计
系统由 PN 结温度传感器 、测量电桥电路 、微 信号放大电路 、A /D 转换电路 、单片计算机接口 电路 、结果显示电路等部分组成 。由于温度的变 化 , 导致 PN 结结电压发生变化 , 该电压变化量被 测量电桥提取出来 , 经信号放大电路放大后 , 送入 A /D 转换器 。A /D 转换器将输入的电压信号转换 成数字信号 , 然后将数字信号送入单片计算机进行 处理 , 并输出结果 。
关键词 : PN 结 ; 传感器 ; 放大器 ; A /D 转换器 ; 单片机 ; 显示器 中图分类号 : TP212·11 文献标识码 : B 文章编号 : 1672 - 4550 (2006) 02 - 0105 - 04
D evelopm en t of the PN Junction Sen sor Exper im en ta l System of Tem pera ture
112 微信号放大电路 微信 号 放 大 电 路 由 INA118P 和 W 1 组 成 。
INA118P是美国 Burr - B rown公司生产的精密数据 放大器 , 具有精度高 ΔG < 017% 、输入阻抗高
G
(1010Ω ) 、温漂低 ( 015μV / ℃) 的特点 [ 2 ] , 其内 部结构如图 2所示 。
20第06年2期4月 实 验 科 学 与 技 术
·仪器设备研制 、改进与维修 ·
PN 结温度传感器实验系统的研制 3
高泽利33 , 吴 杰 (昆明医学院 昆明 650031)
摘要 : 介绍了根据教学需要而设计开发的 PN 结温度传感器实验系统 。学生可以利用该系统 测量不同 PN 结的温度 - 电压特性 ; 对测量数据进行线性回归分析 ; 根据回归分析的结果 , 进行 温度测量 。
LED 显示器的结构和 74LS164 的管脚图如图
4、图 5所示 。显示器的 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp 各端分别与 74LS164的 Q7 ～Q0 端相接 , 显示器的 各段在低电平时点亮 , 高电平时熄灭 ; 小数点 dp 的位 置 由 编 程 确 定 (也 可 通 过 硬 件 设 定 ) ; 74LS164的 A、B 相连 , 作为显示内容的输入端 , CP为同步时钟输入端 , MR是清零端 , 接高电平 ( + 5 V ) ; 数 字 0 ～ 9 的 字 形 码 为 C0H , F9H , A4H , B0H , 99H , 92H , 82H , F8H , 80H , 90H; 带小数点的数字 01 ～91 的字形码为 40H , 79H , 24H , 30H , 19H , 12H , 02H , 78H , 00H , 10H。
3 [收稿日期 ] 2005 - 11 - 17 3 3 [作者简介 ] 高泽利 (1967—) , 男 , 工学学士 , 高级实验师 , 主要从事实验教学工作 。
— 105 —
Experiment Science & Technology 20第06年2期4月
图 1 系统电路原理图
AT89C2051的串行口工作于 0 模式 , P310 脚 为测量结果输出端 , P311 脚输出同步脉冲到显示 电路 ; P114 脚 输 出 同 步 时 钟 信 号 到 TLC2543 的 SCLK端 ; P115 脚与 TLC2543 的 D IN 端相连 , 单 片机由 此 端 向 TLC2543 输 入 命 令 字 ; P116 脚 是 A /D 转换结果输入端 , 接收来自 TLC2543的 DOUT 端的转换结果 ; P117脚输出 TLC2543的片选信号 , 与 TLC2543的 CS端相接 。 115 结果输出电路
图 4 共阳极数码管的结构
图 5 74LS164的管脚图
2 系统软件设计
系统主程序框图如图 6所示 。 TLC2543输出结果设置成 12位无符号整型数 , 输出顺序为高位在前 。 系统主程序设计为一个循环程序 , 在一个循环 中完成以下工作 : (1) 向 A /D 转 换 器 发 送 命 令 字 , 同 时 读 取
GAO Ze - li, WU J ie ( Kunm ing M edical College Kunm ing 650031)
Abstract: This paper introduces the PN junction sensor experim ental system of temperature devel2 oped by the author according to the needs of teaching1 Students can use the system to measure the tem2 perature - voltage characteristic of different PN junctions and carry on linear regression analysis of the da2 ta measured1 According to the linear regression analysis result, temperature survey can be taken w ith /D 转换电路 模 数 转 换 电 路 由 TLC2543、 R4 、 R5 、 R6 、
TL431组成 。 TLC2543是德州仪器公司开发的串行 A /D 转
换器 , 它是一种 11通道 、12位 、高精度 (最大线 性误差 ±1 /4096) 、快速 (在工作温度范围内转换 时间 为 10 μs) 的 模 数 转 换 器 。如 图 3 所 示 , TLC2543内部由通道选择器 、输入地址寄存器 、采 样保持电路 、 12 位的模数转换器 、输出寄存器 、 并 →串 转换 器以 及控 制逻 辑 电 路 等 7 个 部 分 组 成 [ 3 ] 。 TLC2543的模拟信号输入端 A IN0 接收来自 INA118P的电压信号 Vo , A IN1 ～A IN10 以及负参 考电压端 REF - 都接地 。 CS为片选信号输入端 , 片选信号来自单片计算机 AT89C2051 的 P117 脚 , 当 CS为低电平时 , 允许 TLC2543 输入输出数据 , 当 CS为高电平时禁止其输入输出数据 ; DOUT为转 换数据输出端 , 转换结果输出到单片计算机 AT89C2051的 P116端 , 输出方式可由高位到低位 逐位输出 , 也可由低位到高位逐位输出 , 具体方式 由编程确定 ; D IN 为串行数据输入端 , 来自单片机 P115脚的命令字 (含通道选择 、输出数据长度 、 输出顺序 、极性选择等信息 ) 由此端输入 , 输入 方式为先高位后低位 。 SCLK为输入输出同步时钟 端 , 该时钟信号来自 AT89C2051的 P114脚 (信号 通过软件编程产生 ) ; 当数 据传 送开 始后 , 每 个 SCLK信号的上升沿 , 由单片机向 TLC2543输入一 位命令字 (前 8个上升沿 ) , 同时由 TLC2543向单 片机输出一位转换结果 (前 8、 12 或 16 个上升 沿 )。
U3
= R1 + R2 R2
×215 V
=
1
+ 417 417
×215
V
= 3103 V
本系统中 , 转换结果采用 12 位输出的方式 :
当 TLC2543输入端的模拟电压 (对地电压 ) 等于
(或略低于 ) 0 V 时 , TLC2543 输出结果为 000 H ,
当模拟电压等于 (或略大于 ) 3103 V 时 , 输出结
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Experiment Science & Technology 20第06年2期4月
A /D 转换器的转换结果 : 单片计算机连续 8 次读 取 TLC2543A IN0 端的采样数据并求出 8 次采样数 据的平 均值 , 把它 作 为 一 次 采 样 结 果 存 于 RAM 中。
Key words: PN junction; sensor; amp lifier; A /D converter; single - chip computer; disp lay
PN 结两端的结电压的变化量与温度之间有很 好的线性关系 , 因此 , PN 结可作为温度传感器 , 用来测量温度 。
图 2 INA118P内部结构图
INA118P的第 1脚 、第 8脚间外接一放大倍数 控制电阻 Rg , 放大器的电压放大倍数为
G = 1 + 50 kΩ