(数电)数字温度计的设计说明书

新疆大学

课程设计报告

所属院系：电气工程学院

专业：电气工程及其自动化

课程名称：数字电子技术课程设计

设计题目：数字温度计的设计

班级：

学生姓名：

学生学号：

指导老师 :

完成日期： 2010.12.24

数字温度计的设计

一、总体方案的选择

1.拟定系统方案框图

（1）方案一：

本方案采用AD590单片集成两段式敢问电流源温度传感器对温度进行采集，采集的电压经过放大电路将信号放大，然后经过3.5位A/D转换器转换成数字信号，在进行模拟/数字信号转换的同时, 还可直接驱动LED显示器,将温度显示出来。系统方框图如下：

图1.1 系统方案框图

（2）方案二：

使用数字传感器采集温度信号，然后将被测温度变化的电压或电流采集过来放大适当的倍数，进行A/D转换后，将转换后的数字进行编码，然后再经过译码器通过七段数字显示器将被测温度显示出来。

图1.2系统方案框图

2. 方案的分析和比较

方案一中的模数转换器ICL7107集A/D转换和译码器于一体，可以直接驱动

数码管，不仅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，AD590可以将

温度线性转换成电压输出。而方案二经过A/D转换后，需要先经过编码器再经过

译码器才能将数字显示出来。

比较上述两个方案，方案一明显优越于方案二，它用AD590采集温度信号，用ICL7107驱动数码管直接实现数字信号的显示，实现数字温度计的设计；省去了另加编码器和译码器的设计，所以线路更简单、直观；即采用方案一。

二、单元电路的设计

通过AD590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

AD590是半导体结效应式温度传感器，PN结正向压降的温度系数为-2mV/℃ , 利用硅热敏晶体管PN结的温度敏感特性测量温度的变化测量温度,其测量温度范围为-50～150。AD590输出电流值(μA级)等于绝对温度(开尔文)的度数。使用时一般需要将电流值转换为电压值, 如图2.1.1图中,Ucc为激励电压, 取值为4～40 V;输出电流I0以绝对温度零度-273℃为基准, 温度每升高1℃ ,电流值增加1μA。

图2.1.1 AD590基本原理图

温度t对应输出电流Io 为:

Io(t)=273μA + t×1μA/℃（式 1）

式中: 273μA为摄氏零度时输出的电流值；t为测得的摄氏温度。

在室温25℃时,输出电流：

Io(25)=(273+25)=298 μA

AD590构成的电压输出电路如图所示：

图2.1.2 AD590构成的电压输出电路图 电路具有偏置和增益调节装置功能，为了改善输出电压的性能, 电路中采用了电压跟随器。由于AD590输出的是绝对温度, 而实际显示的是摄氏温度, 设计差动放大电路(U1,U2为输入),调整电位器使U1=2.73 V,则图3输出电压值Uo 与温度传感器测得的摄氏温度呈线性关系, 计算公式为:

V t U U k k U o 10

)(1010012=-ΩΩ= （式 2）

对于25℃的室温,Uo=2.5V 。 2.2 温度信号处理放大电路

OP －07芯片是一种低噪声，非暂波稳零的单运算放大器集成电路。由于

OP-07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。OP-07同时具有输入偏置电流（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更用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号。 OP －07具有以下特点：

(1)超低偏移： 150μV 最大 。

(2)低输入偏置电流： 1.8nA 。

(3)低失调电压漂移： 0.5μV/℃ 。

(4)超稳定，时间： 2μV/month 最大

它的引脚图如图2.2.1所示：

图2.2.1 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点。

由AD590和OP-07组成的信号采集电路如图2.2.2所示：

图2.2.2 信号采集电路

由输出短路法及输入求和方式可判断该电路是电压并联负反馈放大电路。因此可知If=-Vi/Rf，反馈系数F=If/Vo，所以F=-1/R3

A=Vo/Ii，放大倍数AF=A/（1+AF）。

2.3A/D转换电路

ICL7107是一种高性能、低功耗的三位半A\D转换器，同时包含有七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统。ICL7107可直接驱动共阳极LED数码管。ICL7107将高精度、通用性和真正的低成本很好的结合在一起，它有低于10uV 的自动校零功能，零漂小于1uV/℃，低于10pA的输入电流，极性转换误差小于一个字。真正的差动输入和差动参考源在各种系统中都很有用。在用于测量负载单元、压力规管和其它桥式传感器时会有更突出的特点。

ICL7107的特点：

1. 保持零电平输入时，各量程的读值均为零；

2. 1pA典型输入电流；

3. 很低的噪声（小于15 Vp-p）；

4. 片上自带时钟；

5. 低功耗；

6. 不需外接有源电路。

7. 真正的差动输入和差动参考电源，直接LCD显示驱动。

ICL7107的A/D转换及数字显示图的部分电路原理图如下：

图2.3.0 ICL7107数字部分框图

ICL7107转化器原理图如图2.3.1所示。其中计数器对反向积分过程的时钟脉