数显温度测量仪电路设计

,,,….大学课程设计说明书2011/2012 学年第 1 学期学院：电子与计算机科学技术学院专业：电子科学与技术学生姓名：JJJJK 学号：VHGGHJHH 课程设计题目：数显温度测量仪电路设计起迄日期:2011年12月19 日~ 2012年1 月5日课程设计地点:电子科学与技术系机房指导教师:KLJKLJ系主任：JKL下达任务书日期: 2011年 12月 19日目录：1. 课程设计目的 (3)2. 课程设计内容和要求 (3)3. 设计方案 (3)4. 设计流程图 (5)5. 工作原理 (6)5.1 测温部分 (6)5.2 温度检测电路模块 (7)5.3电压放大电路模块 (8)5.4 温度数字显示 (9)6. 课程设计总结 (15)7. 参考文献 (16)8. 附录 (17)一.课程设计目的（1）、了解数显温度测量仪电路的基本实现原理；（2）、掌握计数器、显示等中规模数字集成器件的逻辑功能和使用方法；（3）、掌握利用protel绘制电路原理图与制作PCB图的方法。

（4）、Protues仿真。

二．课程设计内容和要求（1）查阅所用器件技术资料，详细说明设计的数显温度测量仪电路工作流程；（2）温度测量范围：20℃～100℃，测量精度为0.1℃，数字显示位数四位。

（3）选择适当的传感器，设计恰当的放大电路，且具有调零电路。

（4）为减少或消除干扰，电路应具有低通功能。

三．设计方案本次课程设计任务为数显温度测量仪:测温范围20℃—100℃，用CC7107（ICL7107可用位数字电压表显示。

测温传感器铂-100热电阻（Pt-100）。

热电阻变换TC7107代替）组装312电路用全桥测量电路。

通过网上查找资料以及自身理解我选择用ICL7107芯片，经过铂金属的传热和中间电路将热信号转换为电压信号再经放大后输入到ICL7107芯片，最后经数字显示电路将温度信号显示。

采用铂金属温度传感器来检测温度的变化，铂金属温度传感器的电阻值会随着外界温度的变化而变化，并且近似为线性关系。

利用这种线性关系，可以组成温度测量电路。

从这个电路中将会得到跟随外界温度变化而变化的带有当前温度特征的电压信号。

温度测量电路模块输出的电压信号的伏值一般较小，不能直接用于后续电路模块的输入信号。

因此，要在温度测量电路模块后面加上电压放大电路。

将温度测量电路输出的带有当前温度特征的电压信号进行放大，使得其输出的电压伏值能够满足后续电路模块的输入要求。

放大电路模块输出的电压信号分为两路：一路直接用于数字显示电路模块的输入信号，从而得到直观的温度数据。

另一路将输出的电压信号作为继电器驱动电路模块中的电压比较器的一个输入信号。

温度控制电路模块的输出电压信号也分为两路：一路直接送到数字显示电路模块的输入端，这样即可显示出当前要设置的温度值。

另一路送入继电器驱动电路模块中的电压比较器的另一个输入端，与放大电路模块输出的电压信号进行比较,从而由这两路输入的电压信号决定电压比较器的输出电压信号。

电压比较器的输出电压信号由其两路输入电压信号所决定。

当两路输入信号的输入电压不相等时，则继电器驱动电路模块工作，从而控制外界温度的变化，并将变化结果输入到数字显示电路模块中；当两路输入信号的输入电压相等时，则继电器驱动电路模块不工作，从而控制外界温度向相反方向变化，并将变化结果输入到数字显示电路模块中。

数字显示电路模块的输出显示内容，由其输入的电压信号所决定，并且其输出显示的段码数字与输入的电压信号呈一定的线性关系。

这样就可由其输入的电压信号的伏值大小来控制其显示的内容，从而得到当前温度下的数字输出显示，从而可以直观的得到当前的温度值。

四．设计流程图4.1数字显示温度测量仪电路设计流程图图1 数字显示温度测量仪电路设计流程图4.2流程图简单说明位数字A/D转换器和数字显示器组成。

该数显温度计主要由pt-100温度传感器，电压放大器，312先由铂金属传递温度信号，因为温度信号较小，因此要在电路中加入电压放大电路将信号放大，以满足测量的要求。

信号经过放大之后分为两路：一路直接输入数字显示电路模块的显示信号，另一路经继电器驱(1)在-200为在Ω850图3 铂电阻阻值随温度变化曲线5.2温度检测电路模块电阻电桥的两个输出端电压的差值（此即为Pt 电阻在温度变化时导致的电阻变化所引起的电压值的改变量）可由以下公式求得。

4**04040()()R R Ue R R R R R =∆++∆+其中，U 为10V ，R0为100Ω，R ∆为Pt 电阻在不同温度下的电阻值与在0℃时标称电阻的差值，并且当铂电阻传感器所处温度为零下时，差值为负值；当铂电阻传感器所处温度为零上时，差值为正值。

下图为铂热电阻的分度表。

表1铂热电阻分度表由此表可知，当温度为0℃时，铂电阻传感器的电阻值为100Ω；当温度为20℃时，铂电阻传感器的∆=7.79Ω；当温度为100℃时，铂电阻传感器的电阻值为电阻值为107.79Ω，与标称电阻值的差值为R∆=38.51Ω。

138.51Ω，与标称电阻值的差值为R5.3电压放大电路模块图4 电压放大的仪用放大电路图由于信号较于微弱,常采用仪用放大电路，它是差模输入，有较高的共模抑制比，高电压增益，低输入阻抗，低噪声。

仪用放大器的原理是采用3个性能一致的运放和精密电阻共同构成闭环放大器，输入级的两个运放采用同相输入，输入阻抗高，输出级的一个运放与精密电阻构成减法器。

所以仪用放大器是靠匹配和牺牲放大倍数来获得高共模抑制比的。

左边两个由高输入阻抗的同相放大器，右边的是一个差动放大器，采用电路理论中的叠加原理以及虚短虚断概念OP07系列输入失调电压温度系数较小，偏置电流较低，增益带宽积较小，高开环增益这种性能使其能够适用于高增益的测量设备以及放大传感器的微弱信号,由于性能匹配困难，仪用放大器一般都是集成的.因为(Uo1-Ui1)/R6=(Ui1-Ui2)/R7，所以Uo1=(1+R6/R7)*Ui1-R6*Ui2/R7;因为(Uo2-Ui2)/R8=(Ui2-Ui1)/R7, 所以Uo2=(1+R8/R7)*Ui2-R8*Ui1/R7;因为R6=R8，所以Uo1-Uo2=(1+2R6/R7)*(Ui1-Ui2);组电源供电，并将第21脚的GND接第30脚的IN 。

③在芯片内部从V+与COM之间有一个稳定性很高的2.8V基准电源，通过电阻分压器可获得所需的基准电压V REF。

④能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动极性显示功能。

⑤输入阻抗高，对输入信号无衰减作用。

⑥整机组装方便，无需外加有源器件，配上电阻、电容和LED共阳极数码管，就能构成一只直流数字电压表头。

⑦噪音低，温漂小，具有良好的可靠性，寿命长。

⑧芯片本身功耗小于15mw（不包括LED）。

⑨不设有一专门的小数点驱动信号。

使用时可将LED共阳极数数码管公共阳极接V+.⑩可以方便的进行功能检查。

图6 ICL7107的引脚图及典型电路。

(2) ICL7107引脚功能V＋和V-分别为电源的正极和负极，au-gu,aT-gT,aH-gH：分别为个位、十位、百位笔画的驱动信号，依次接个位、十位、百位LED显示器的相应笔画电极。

Bck：千位笔画驱动信号。

接千位LEO显示器的相应的笔画电极。

PM：液晶显示器背面公共电极的驱动端，简称背电极。

Oscl-OSc3 ：时钟振荡器的引出端，外接阻容或石英晶体组成的振荡器。

第38脚至第40脚电容量的选择是根据下列公式来决定：Fosl = 0.45/RCCOM ：模拟信号公共端，简称“模拟地”，使用时一般与输入信号的负端以及基准电压的负极相连。

TEST ：测试端，该端经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地，故也称“逻辑地”或“数字地”。

VREF＋VREF- ：基准电压正负端。

CREF：外接基准电容端。

INT：27是一个积分电容器，必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件IN＋和IN- ：模拟量输入端，分别接输入信号的正端和负端。

AZ：积分器和比较器的反向输入端，接自动调零电容CAz 。

如果应用在200mV满刻度的场合是使用0.47μF，而2V满刻度是0.047μF。

BUF：缓冲放大器输出端，接积分电阻Rint。

其输出级的无功电流( idling current )是100μA，而缓冲器与积分器能够供给20μA的驱动电流，从此脚接一个Rint至积分电容器，其值在满刻度200mV时选用47K，而2V满刻度则使用470K。

(3) ICL7107的工作原理双积分型A/D转换器ICL7107是一种间接A/D转换器。

它通过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，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。

838电子它的原理性框图如图7所示，它包括积分器、比较器、计数器，控制逻辑和时钟信号源。

积分器是A/D转换器的心脏，在一个测量周期内，积分器先后对输入信号电压和基准电压进行两次积分。

比较器将积分器的输出信号与零电平进行比较，比较的结果作为数字电路的控制信一号。

时钟信号源的标准周期Tc 作为测量时间间隔的标准时间。

它是由内部的两个反向器以及外部的RC组成的。

其振荡周期Tc=2RC In1.5=2.2RC。

图7 ICL7106A/D转换器原理计数器对反向积分过程的时钟脉冲进行计数。

控制逻辑包括分频器、译码器、相位驱动器、控制器和锁存器。

分频器用来对时钟脉冲逐渐分频，得到所需的计数脉冲fc和共阳极LED数码管公共电极所需的方波信号fc。

译码器为BCD-7段译码器，将计数器的BCD码译成LED数码管七段笔画组成数字的相应编码。

驱动器是将译码器输出对应于共阳极数码管七段笔画的逻辑电平变成驱动相应笔画的方波。

控制器的作用有三个：第一，识别积分器的工作状态，适时发出控制信号，使各模拟开关接通或断开，A/D转换器能循环进行。

第二，识别输入电压极性，控制LED数码管的负号显示。

第二，当输入电压超量限时发出溢出信号，使千位显示“1" ，其余码全部熄灭。

钓锁存器用来存放A/D转换的结果，锁存器的输出经译码器后驱动LED 。

它的每个测量周期自动调零（AZ）、信号积分（INT）和反向积分（DE）三个阶段。

第一阶段：自动调零阶段AZ转换开始前（转换控制信号VL=0) ，先将计时器清零，并接通开关S0 ，使积分电容C完全放电。

第二阶段：信号积分INT令开关S1合到输入信号V1一侧，积分器对V1进行固定时间Tl的积分，积分结果为：上式说明，在Tl固定条件下V0与Vl成正比。

第三阶段：反向积分DE令开关S1转至参考电压VREF一侧，积分器反向积分。

如果积分器的输出电压上升至必零时，所经过的积分时间T2则可得，故可得到，可见，反向积分到V0=0这段时间T2与Vl成正比。