畢業(yè)設計（論文）電子溫度計的設計與制作

1、哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-i-摘 要數(shù)字溫度計是一種利用數(shù)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。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(shù)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和論述。經(jīng)過實踐驗收測試，該溫度計具有電路簡單、讀數(shù)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。關鍵詞：關鍵詞：數(shù)字溫度計；ad590；icl7107哈爾濱工業(yè)大學

2、華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-ii-abstract digital thermometer is a device 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. this paper presents a three and a

3、 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 a detailed analysis and discussion. after practice, acceptance testing, the thermometer has a simp

4、le circuit, easy reading, accurate temperature measurement, high precision, wide measurement range, low power, etc., design is correct and feasible, stable and reliable indicators.keywords：digital thermometer; ad590; icl7107哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-iii-目 錄摘 要.iabstract.ii第 1 章

5、緒論.11.1 課題背景.11.2 課題的目的和意義.11.3 課題的技術要求.2第 2 章 系統(tǒng)設計與方案論證.32.1 系統(tǒng)主體設計方案.32.2 系統(tǒng)硬件電路的設計方案.4本章小結.4第 3 章 系統(tǒng)單元電路的設計.63.1 顯示電路的設計.63.1.1 數(shù)碼管顯示原理.63.1.2 三位半數(shù)顯表工作原理.63.2 a/d 轉換電路的設計.73.2.1 icl7107 的特點與引腳功能.73.2.2 icl7107 的工作原理.93.3 測溫電路的設計.103.3.1 溫標的基本概念.103.3.2 溫度傳感器的比較與選擇.103.3.3 確定選擇方案.113.3.4 ad590 工作原

6、理.113.4 積分電路的設計.133.5 零點校準電路的設計.143.6 沸點校準電路的設計.153.7 時鐘振蕩電路的設計.163.8 負 5v 供電電路的設計.17本章小結.18第 4 章 整機電路的工作原理.194.1 整機電路圖.194.2 整機電路工作原理.20本章小結.20第 5 章 系統(tǒng)的安裝與調試.215.1 電路的安裝.21哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-iv-5.1.1 元件的檢測.215.1.2 整機的布線原則.215.1.3 元件的組裝.215.2 電路的調試.21本章小結.22結 論.23致 謝.24參考

7、文獻.25附錄 1 譯文.26附錄 2 英文參考資料.30附錄 3 硬件實物圖.35附錄 4 元件清單.36 第 1 章 緒論哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-2-1.1 課題背景溫度計是人類社會生產(chǎn)和生活中必不可少的一種測量裝置，在農(nóng)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(shù)。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(shù)字化方向發(fā)展，代表了溫度計量發(fā)展的最前沿。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(jù)所用測溫物質

8、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、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(shù)字化的不斷發(fā)展，數(shù)字溫度計的出現(xiàn)對人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了巨大影響。在國外，溫度計的發(fā)展始于 1593 年，由意大利科學家伽利略(15641642)發(fā)明了第一支溫度計，后來又相繼出現(xiàn)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(xiàn)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，我國和法國等大多數(shù)國家多采用攝氏溫度計，隨著科學技術的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)技術的需要，測溫技術也在不斷地改進和提高，

9、測溫范圍變得越來越廣，精度越來越高?，F(xiàn)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(xiàn)在的熱電阻溫度計、熱電偶溫度計、數(shù)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。本文研究的數(shù)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(shù)字準確的顯示出來，具有數(shù)據(jù)顯示直觀，測量精度高，測溫范圍廣等優(yōu)點。1.2 課題的目的和意

10、義隨著科學技術日益迅速的發(fā)展，數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)深入到生活的各個方面。數(shù)字溫度表具有技術效果好，經(jīng)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(shù)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(shù)字化顯示方便人們日常生活使用。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-3-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(shù)字溫度計的出現(xiàn)可以讓人們直觀的了解自己想知道的溫度到底是多少。當前

11、，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(jīng)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新型溫度計已經(jīng)實用化。由于許多質量高、價格低，使用簡單的傳感器和數(shù)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(shù)字測量儀表遠優(yōu)于傳統(tǒng)的測量儀表。數(shù)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(shù)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

12、理，還可以實現(xiàn)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(shù)字化儀器儀表，在我國現(xiàn)代化建設中將發(fā)揮越來越重要的作用。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(shù)碼管顯示的數(shù)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(shù)碼管顯示，具有讀數(shù)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。1.3 課題的技術要求（1）利用溫度傳感器制作三位半數(shù)顯溫度表。（2）溫度的測量范圍：-30+100(243k373k)。（3）測量精度要求1。（4）利用電池供電。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)

13、大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-4-第 2 章 系統(tǒng)設計與方案論證2.1 系統(tǒng)主體設計方案多數(shù)的數(shù)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(shù)，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(jīng)過放大電路放大后使之產(chǎn)生適合模數(shù)轉換器轉換的電信號，再經(jīng)過模數(shù)轉換電路即用 a/d 轉換器將模擬信號轉換為數(shù)字信號，數(shù)字信號送給驅動電路輸出，然后通過顯示單元，如數(shù)碼管或者 lcd 等顯示出來，這樣就完成了

14、數(shù)字溫度計的基本測溫功能。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 100v。能直接驅動共陽極 led 數(shù)碼管，不需要另加驅動器件，無需另行設計放大電路、模數(shù)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。系統(tǒng)主體設計原理圖如圖 2-1 所示。圖 2-1 系統(tǒng)主體設計原理圖下面詳細地介紹了各部分的組成及設計原理。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，將溫度的變化轉換成電流

15、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測溫電路放大電路模數(shù)轉換電路驅動電路顯示電路哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-5-放及其外接電容、電阻等組成，用以放大由測溫電路產(chǎn)生的微弱電信號，使之滿足模數(shù)轉換電路工作需要的電壓或電流；模數(shù)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(shù)字信號；驅動電路由譯碼器及其外圍電路組成，用來驅動數(shù)碼管或 lcd 液晶屏等顯示器；顯示電路由七段數(shù)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。2.2 系統(tǒng)硬件電路的設計方案系統(tǒng)硬件電路的

16、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(shù)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。系統(tǒng)硬件電路方框圖如圖 2-2 所示。圖 2-2 系統(tǒng)硬件電路方框圖本章小結 本章介紹了數(shù)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，給后符號位顯示十位顯示個位顯示小數(shù)位顯示 三位半 a/d 轉換器 icl7107時鐘振蕩電路負 5v 供電電路沸點校準電路零點校準電路測溫電路積分電路哈爾

17、濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-6-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(shù)字溫度計中的溫度傳感器需要查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(shù)字溫度計中的作用。接下來查閱的資料是關于數(shù)字電路這一塊,需要查閱的資料是數(shù)字電路中 a/d 轉換的原理,可以查閱的書籍有模擬電路、數(shù)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。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（

18、論文）-7-第 3 章 系統(tǒng)單元電路的設計3.1 顯示電路的設計3.1.1 數(shù)碼管顯示原理數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，這兩種都是我們最常用的，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多了一個小數(shù)點，除此之外，其它方面 基本相同。所謂的八段就是指數(shù)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(shù)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(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極 c

19、om 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(shù)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(shù)碼管。共陰數(shù)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。3.1.2 三位半數(shù)顯表工作原理三位半的意思是該表有三位可以顯示 09 的數(shù)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

20、數(shù)顯表是指最大顯示數(shù)為1999 的儀表， “三”是指后面三位能顯示完全十進制(09)的數(shù)目， “半”是指1999 進位后能達到的整數(shù)位“2”和首位數(shù)“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(shù)顯表由四個八段數(shù)碼管組成，用來顯示實測溫度，從低至高位依次為小數(shù)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(shù)碼管組成的三位半數(shù)顯

21、表電路圖。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-8-abfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpabfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpabfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpabfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpr5300r1300r2300r3300r4300910910910910vccvccvccvcc圖 3-1 三位半數(shù)顯表電路圖3.2 a/d 轉換電路的設計 3.2.1 icl7107 的特點與引腳功能 a/d 轉換電路的設計采用 icl7107，它是三位半

22、雙積分型 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100v。能直接驅動共陽極 led 數(shù)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v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(xiàn)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(shù)碼管，就能構成一只直流數(shù)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

23、的小數(shù)點驅動信號。使用時可將 led 共陽極數(shù)數(shù)碼管公共陽極接，可以方便的進行功v能檢查，icl7107 引腳圖如圖 3-2 所示。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-9-v+1du2cu3bu4au5fu6gu7eu8dt9ct10bt11at12ft13et14dh15bh16fh17eh18abk19rm20gnd21gh22ah23ch24gt25v-26int27buf28az29in-30in+31com32cref-33cref+34vref-35vref+36test37osc338osc239osc140icl7107

24、圖 3-2 icl7107 引腳圖和分別接電源的正極和負極；、分別為vvuaugtatghahg個位、十位、百位筆畫的驅動信號，依次接各 led 數(shù)碼管的相應筆畫電極；abk 為千位筆畫驅動信號,接千位 led 數(shù)碼管；rm 為 led 數(shù)碼管公共電極的驅動端,接 led 共陽數(shù)碼管的 5 腳和 10 腳；為時鐘振蕩器的引1osc3osc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： =0.45/rc （3-1）oscfcom 為模擬信號公共端，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，

25、使用時需經(jīng)過500 電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱“邏輯地”或“數(shù)字地”；與vref為基準電壓正負端；與為外接基準電容端；27 腳接積分vrefcrefcrefint電容器，必須選擇溫度系數(shù)小不致使積分器的輸入電壓產(chǎn)生漂移現(xiàn)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inin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 0.47f，而 2v 滿刻度是 0.047f；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 100a，而緩沖器與積分器能夠供給 20a 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 2

26、00mv 時選用 47k，而2v 滿刻度則使用 470k。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-10-3.2.2 icl7107 的工作原理 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(shù)字性輸出。它的原理性框圖如圖 3-3 所示。它包括積分器、比較器、計數(shù)器，控制邏輯和時鐘信號源。積分器是 a/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

27、分器的輸出信號與零電平進行比較，比較的結果作為數(shù)字電路的控制信號。時鐘信號計數(shù)器對反向積分過程的時鐘脈沖進行計數(shù)。控制邏輯包括分頻器、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(shù)脈沖和共陽極 led 數(shù)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(shù)器的 bcd 碼譯成 led 數(shù)碼管七段筆畫組成數(shù)字的相應編碼。驅動器是將譯碼器輸出對應于共陽極數(shù)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(shù)

28、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(jīng)譯碼器后驅動led 。圖 3-3 icl7107 工作原理圖 圖 3-3 icl7107 工作原理圖哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-11-3.3 測溫電路的設計3.3.1 溫標的基本概念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

29、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。3.3.2 溫度傳感器的比較與選擇由于溫度傳感器的種類較多，同時針對本文設計的數(shù)字溫度計測量環(huán)境的需要，提出了以下四種選擇方案：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(shù)值(微安級)等于絕對溫度(開爾文)的度數(shù)，激勵電壓可以從+4v+40v，溫度范圍-55+150，標準輸出為 1a/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(chǎn)生誤差，且 a

30、d590 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(xiàn)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，無需外部校準。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(jù)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，

31、價格也便宜了許多。但它也有自己的缺點和不足，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。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-哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-12-200+500甚至更寬。因為是高端器件，所以一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(chǎn)的就高達一百多元，進口

32、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。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(chǎn)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(shù)據(jù)采集部分則使用 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。3.3.3 確定選擇方案在各種方案中，熱

33、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(shù)實現(xiàn)溫度檢測，且ad590是電流型集成溫度傳感器的代表產(chǎn)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(xiàn)在：測溫不需要參考點；工作電壓在430v時都能獲得穩(wěn)定的輸出信號，其線性電流輸出為1a/k；以熱力學溫標零點作為零輸出點，在25時的輸出電流為298.2a；因為對

34、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10m以上，適用于遠距離溫度測量和計算機遠距離控制。經(jīng)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 devices公司生產(chǎn)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(shù)值(微安級)等于絕對溫度(開爾文)的度數(shù)，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(chǎn)生誤差。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)

35、大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-13-3.3.4 ad590 工作原理在被測溫度一定時，ad590 相當于一個恒流源，把它和 530v 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。runrv2i2v1i1v3v4輸出ies圖 3-4 ad590 內部基本電路圖圖 3-4 是利用 特性的集成 pn 結傳感器的感溫部分核心電路。其中beu、起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流和相等；、1v2v1i2i3v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 n 個4v3v晶體管并聯(lián)而成，因而其結面積是的 n 倍

36、。和的發(fā)射結電壓和4v3v4v3beu經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻 r 上，所以 r 上端電壓為 。因此，電流4beubeu按式（3-2）計算：1i r（ktq） （lnn）r （3-1ibeu2）式中 k 為波爾茲曼常數(shù)，q 為電子電量。對于 ad590，n8，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，該電阻已用激哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-14-光修正了

37、其電阻值，因而在基準溫度下可得到 1a的電流輸出。溫度檢測電路如圖 3-5 所示。v+1du2cu3bu4au5fu6gu7eu8dt9ct10bt11at12ft13et14dh15bh16fh17eh18abk19rm20gnd21gh22ah23ch24gt25v-26int27buf28az29in-30in+31com32cref-33cref+34vref-35vref+36test37osc338osc239osc140icl7107gnd-5vr11100kr102kvccad590一+c70.01vcc圖 3-5 溫度檢測電路圖3.4 積分電路的設計icl7107 芯片的 2

38、7、28、29 腳組成積分電路，27 腳接積分電容，典型值為 0.22f 。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 0.47f，而 2v滿刻度是 0.047f，而本硬件電路顯示最大值為“-199”約等于 200mv 滿刻度，所以選用 0.47f 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 100a，而緩沖器與積分器能夠供給 20a 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 4

39、7k，而 2v 滿刻度則使用 470k。其積分電路如圖 3-6 所示。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-15-v+1du2cu3bu4au5fu6gu7eu8dt9ct10bt11at12ft13et14dh15bh16fh17eh18abk19rm20gnd21gh22ah23ch24gt25v-26int27buf28az29in-30in+31com32cref-33cref+34vref-35vref+36test37osc338osc239osc140icl7107-5vr12 47kc10.22c20.47gndvcc圖

40、3-6 積分電路原理圖3.5 零點校準電路的設計零點校準電路由 a/d 轉換器 icl7107 的 30 和 31 引腳外接 0.01f 電容、10k 電位器、12k、10k 電阻組成。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(shù)碼管顯示值穩(wěn)定后微調電位器 rp1，使溫控表讀數(shù)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(jīng)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 所示。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈

41、爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-16-v+1du2cu3bu4au5fu6gu7eu8dt9ct10bt11at12ft13et14dh15bh16fh17eh18abk19rm20gnd21gh22ah23ch24gt25v-26int27buf28az29in-30in+31com32cref-33cref+34vref-35vref+36test37osc338osc239osc140icl7107r612krp110kr710kc30.01vccgnd-5v圖 3-7 零點校準電路圖3.6 沸點校準電路的設計沸點校準電路由 a/d 轉換器 icl7107 的 32、35

42、和 36 腳外接 10k 電位器、10k 電阻組成。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(shù)碼管顯示值穩(wěn)定后微調電位器 rp2，使溫控表讀數(shù)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(jīng)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。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-17-v+1du2cu3bu4au5fu6

43、gu7eu8dt9ct10bt11at12ft13et14dh15bh16fh17eh18abk19rm20gnd21gh22ah23ch24gt25v-26int27buf28az29in-30in+31com32cref-33cref+34vref-35vref+36test37osc338osc239osc140icl7107r710krp210kr810kvccgnd-5v圖 3-8 沸點校準電路圖3.7 時鐘振蕩電路的設計時鐘振蕩電路由 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。1

44、osc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3osc第 40 腳電容量的選擇是根據(jù)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(wǎng)工頻周期 20ms(50hz)的整數(shù)倍時具有無窮大的抑制串模干擾的能力。因此，輸入脈沖的頻率根據(jù)公式(3-3)計算： (1000tosc)4=(20ms) n (3-3)取 n=4，可求得 tosc=0.02ms，故 fosc=48khz，則采樣速率根據(jù)公式(3-4)計算： sr=48khz/(40004)=3 次/s (3-4)根據(jù)公式(3-1)可求出 r=93.75k，故 r9

45、 電阻取近似值 100k。其電路如圖 3-9 所示。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-18-v+1du2cu3bu4au5fu6gu7eu8dt9ct10bt11at12ft13et14dh15bh16fh17eh18abk19rm20gnd21gh22ah23ch24gt25v-26int27buf28az29in-30in+31com32cref-33cref+34vref-35vref+36test37osc338osc239osc140icl7107r9100kc4100pv cc圖 3-9 時鐘振蕩電路圖3.8 負 5v 供

46、電電路的設計負電壓電源可以從電路外部直接使用 7905 等芯片來提供，但是這需要外接電源，且本電路中采用四節(jié)干電池供電，電壓過低難以實現(xiàn)。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。本文介紹的方法是用 74l04 六反相器外接 4.7f 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(chǎn)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與電容的充放電原理，產(chǎn)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

47、圖 3-10 所示。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-19-圖 3-10 負 5v 供電電路原理圖本章小結 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(xiàn)的問題提出了解決的辦法,并為后續(xù)整機電路的設計提供了理論依據(jù)，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。a11y12a23y24a35y36gnd7y48a49y510a511y612a613vcc1474ls04vccc54.7d1in4148d2in4148c64.7-5v哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德

48、應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-20-第 4 章 整機電路的工作原理4.1 整機電路圖v+1du2cu3bu4au5fu6gu7eu8dt9ct10bt11at12ft13et14dh15bh16fh17eh18abk19rm20gnd21gh22ah23ch24gt25v-26int27buf28az29in-30in+31com32cref-33cref+34vref-35vref+36test37osc338osc239osc140icl7107a11y12a23y24a35y36gnd7y48a49y510a511y612a613vcc147404abfcgdedpy1234567abc

49、defg8dpdp910abfcgdedpy1234567abcdefg8dpdp910abfcgdedpy1234567abcdefg8dpdp910abfcgdedpy1234567abcdefg8dpdp910+|ad590r5300gndvccvcc-5vc10.22uc20.47ur1247kr612kr710kr810kr11100kr102kc30.47uc4100pr9100kvccc54.7ud1in4148d2in4148c64.7u-5vvccr1300r2300r3300r4300vccvccvccvccducubuaufugueudtctbtatftetdhbhfhe

50、habkrmghahchgtabkabkrmahbhchdhehfhghatbtctdtetftgtaubucudueufugurp1 10krp210kc70.01u圖 4-1 整機電路原理圖哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-21-4.2 整機電路工作原理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(shù)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。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(shù)值（微安級）等于絕對溫度（開爾

51、文）的度數(shù)，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+150，標準輸出為 1a/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(jīng)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(jù)公式（4-1）計算： t=273.2+t() （4-1）流過器件的電流 i 為攝氏溫度 t 的函數(shù)，見公式（4-2） 。 i(t)=(273.2+t) 1a/k （4-2）因此，輸出電流為 1a/，即溫度每變化 1，輸出電流變化 1a。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

52、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(shù)轉換電路把輸入的信號變換成數(shù)字信號，再經(jīng)過自身的驅動電路，把測得的量送給外圍的數(shù)碼管進行顯示。與此同時，icl7107 的阻容振蕩電路產(chǎn)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(chǎn)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。本章小結 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

53、行,各項指標穩(wěn)定可靠。第 5 章 系統(tǒng)的安裝與調試哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-22-5.1 電路的安裝5.1.1 元件的檢測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(xiàn)錯誤焊件后不便改正。5.1.2 整機的布線原則（1）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。（2）

54、根據(jù)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。（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走線，不允許導線在集成塊上方跨過，導線不能交叉。 5.1.3 元件的組裝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。5.2 電路的調試

55、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 0100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(shù)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（一般為 100） ，微調電位器 rp2，使數(shù)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。哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論

56、文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-23-經(jīng)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，則應inin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(shù)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，

57、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(shù)碼管顯示到當前溫度。本章小結 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(jīng)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。結 論本文介紹的數(shù)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 進行放大、轉換、譯碼哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）-24-和驅動。利用四個 led 數(shù)碼管構成三位半數(shù)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

58、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。本設計電路結構簡單，調試方便。經(jīng)驗收測試，該數(shù)字溫度計設計方案正確可行，各項指標穩(wěn)定可靠。雖然本文介紹的數(shù)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(shù)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。本次設計在前期原理分析與硬件電路

59、調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(shù)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，0調節(jié)好后，數(shù)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

60、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(xiàn)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。總結本次設計，在整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。總之，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(xiàn)，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。 致 謝為期三個月的畢業(yè)設計已經(jīng)圓滿結束。經(jīng)過本人的不懈努力以及白娜老師的耐心指導和熱情幫助，本次畢業(yè)設計順利完成。