數(shù)字溫計(jì)數(shù)電

1、CHENGNAN COLLEGE OF CUST 電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)習(xí)題目： 電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)習(xí) 數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 尹雅君學(xué) 號(hào)： 201284250104班 級(jí): 電信1201班專 業(yè)： 電子信息工程指導(dǎo)教師： 徐里英、 吳一帆2015年 1月目錄第一章 實(shí)習(xí)目的、內(nèi)容和要求41.1 實(shí)習(xí)目的41.2 實(shí)習(xí)內(nèi)容41.3 實(shí)習(xí)任務(wù)要求5第二章 設(shè)計(jì)原理及軟件簡介52.1 設(shè)計(jì)原理52.1.1 鉑電阻PT100的基本工作原理52.1.2精密儀表放大器INA122的基本工作原理62.1.3 ICL7107的基本工作原理與主要構(gòu)成部分介紹72.1.4 ICL7107引腳功能和外圍元件參數(shù)的選擇1

2、12.2 Proteus仿真軟件介紹12第三章 設(shè)計(jì)步驟和過程153.1 數(shù)字溫度設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖153.2 各功能模塊的電路仿真圖和原理說明163.2.1 PT100橋式仿真電路圖及原理163.2.2 INA122儀表放大器仿真電路圖及原理173.2.3 放大器的調(diào)零電路173.2.4 TC7107AD的仿真電路及原理18第四章 設(shè)計(jì)的仿真和結(jié)果分析204.1 電路的調(diào)試測(cè)量值仿真電路圖204.2 結(jié)果及誤差分析22第五章 結(jié)論225.1設(shè)計(jì)過程中遇到的困難及解決辦法235.2 結(jié)論23參考文獻(xiàn)24附錄24附錄A 仿真電路圖25附錄B 元器件清單26第一章 實(shí)習(xí)目的、內(nèi)容和要求1.1 實(shí)習(xí)目

3、的1、進(jìn)一步加深對(duì)模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電路理論的應(yīng)用實(shí)踐能力，學(xué)以致用，加強(qiáng)自主設(shè)計(jì)能力。2、了解溫度傳感器鉑電阻PT100原理以及掌握其應(yīng)用；3、了解并掌握精密儀表放大器INA122的原理以及基本電路；4、了解TC7107芯片的原理及基本測(cè)壓電路；5、熟悉并掌握產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本思路和方法；6、掌握常用電子元器件的選擇方法和元件參數(shù)；7、加強(qiáng)計(jì)算機(jī)運(yùn)用、查閱資料和獨(dú)立完成電路設(shè)計(jì)的能力。1.2 實(shí)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明：溫度是非電量模擬信號(hào)，數(shù)字顯示溫度就必須將這一非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電量（電壓或電流），然后將模擬電信號(hào)經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最后經(jīng)譯碼顯示器顯示溫度值。溫度傳感元件較多，如熱敏電阻

4、、熱電偶、溫敏二極管、溫敏三極管等。比如溫敏三極管在溫度發(fā)生變化時(shí)be結(jié)的溫度系數(shù)為2mV/°C，利用這個(gè)特性可以測(cè)出環(huán)境溫度的變化。但由于在0°C時(shí)溫敏三極管be結(jié)存在的電壓vbe不等于零，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)調(diào)零電路，使溫敏三極管在0°C時(shí)的輸出為零，使顯示器的讀數(shù)也為零。當(dāng)環(huán)境溫度上升到100°C時(shí)，溫敏三極管be結(jié)的電壓增加到200mV，這時(shí)應(yīng)使電路的輸出顯示讀數(shù)為100。一般只需要調(diào)好0°C和滿度，輸出讀數(shù)與溫度就能對(duì)應(yīng)。圖數(shù)字溫度計(jì)框圖 要求：1、基本部分（1）被測(cè)溫度范圍0200°C。（2）直接用數(shù)字電壓表顯示溫度值，可直接

5、讀出01999°C。也可以用4位數(shù)碼管顯示溫度值。 2、其它說明：（1）用4位數(shù)碼管顯示溫度值。（2）驗(yàn)證三個(gè)值：冰水0°C、環(huán)境溫度、100°C沸水。1.3 實(shí)習(xí)任務(wù)要求1、畫出總體設(shè)計(jì)框圖，以說明數(shù)字溫度計(jì)由哪些相對(duì)獨(dú)立的功能模塊組成，標(biāo)出各個(gè)模塊之間的互相聯(lián)系。并以文字對(duì)原理作輔助說明。2、設(shè)計(jì)各個(gè)功能模塊的電路圖，加上原理說明。3、選擇合適的元器件，在仿真設(shè)計(jì)軟件上連接驗(yàn)證、仿真、調(diào)試各個(gè)功能模塊的電路。在連接驗(yàn)證時(shí)設(shè)計(jì)、選擇合適的輸入信號(hào)和輸出方式，在充分電路正確性同時(shí)，輸入信號(hào)和輸出方式要便于電路的仿真、調(diào)試和故障排除。4、在驗(yàn)證各個(gè)功能模塊基礎(chǔ)上，對(duì)

6、整個(gè)電路的元器件和連接，進(jìn)行合理布局，進(jìn)行整個(gè)數(shù)字鐘電路的連接驗(yàn)證、仿真、調(diào)試。5、自行接線驗(yàn)證、仿真、調(diào)試，并能檢查和發(fā)現(xiàn)問題，根據(jù)原理、現(xiàn)象和仿真結(jié)果分析問題所在，加以解決。學(xué)生要解決的問題包括元器件選擇、連接和整體設(shè)計(jì)引起的問題。第二章 設(shè)計(jì)原理及軟件簡介2.1 設(shè)計(jì)原理2.1.1 鉑電阻PT100的基本工作原理pt100是鉑熱電阻，它的阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變，當(dāng)PT100在0攝氏度的時(shí)候他的阻值為100歐姆，它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成近似勻速的增長，鉑電阻的阻值隨溫度的變化而變化的計(jì)算公式：-200<t<0 Rt=R01+At+Bt*t+C(t-100)t*t*t （1

7、）0t<850 Rt=R0（1+At+Bt2） （2）Rt為t時(shí)的電阻值，R0為0時(shí)的阻值。公式中的A,B,系數(shù)為實(shí)驗(yàn)測(cè)定。這里給出標(biāo)準(zhǔn)的DIN IEC751系數(shù)：A=3.9083E-3、 B=-5.775E-7、 C=-4.183E-12根據(jù)韋達(dá)公式求得阻值大于等于100歐姆的Rt -t的換算公式：0t<850 t=(sqrt(A*R0)2-4*B*R0*(R0-Rt)-A*R0)/2/B/R0PT100溫度感測(cè)器是一種以白金(Pt)作成的電阻式溫度檢測(cè)器,屬于正電阻系數(shù),其電阻和溫度變化的關(guān)系式如下：R=Ro(1+T)其中=0.00392,Ro為100(在0的電阻值),T為攝氏

8、溫度<br>因此白金作成的電阻式溫度檢測(cè)器,又稱為PT100。以下是部分鉑電阻PT100的分度表：圖2.1.1 PT100的分度表 精密儀表放大器INA122的基本工作原理INA122是精密低噪聲信號(hào)采集儀表放大器，顳部采用兩個(gè)運(yùn)放設(shè)計(jì)，使之具有非常低的靜態(tài)電流的優(yōu)越性能，其輸入阻抗高、共模抑制能力強(qiáng)，可有效放大差模信號(hào)，可用于便攜式儀表和數(shù)據(jù)采集，INA122工作在很寬的單電源供電下（2.2-36V），靜態(tài)電流僅60ua。加一個(gè)外部電阻RG，放大倍數(shù)公式為：G = 5 + 2000K/RG?？稍O(shè)定510000V/V的任意增益值。激光矯正保證了極低的失調(diào)電壓及漂移和優(yōu)越的共模抑制。

9、以下圖是INA122的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：圖 INA122內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖放大倍數(shù)：G = 5 + 2000K/RG ICL7107的基本工作原理與主要構(gòu)成部分介紹當(dāng)輸入電壓為Vx時(shí)，在一定時(shí)間T1內(nèi)對(duì)電量為零的電容器C進(jìn)行恒流（電流大小與待測(cè)電壓Vx成正比）充電，這樣電容器兩極之間的電量將隨時(shí)間線性增加，當(dāng)充電時(shí)間T1到后，電容器上積累的電量Q與被測(cè)電壓Vx成正比；然后讓電容器恒流放電（電流大小與參考電壓Vref成正比），這樣電容器兩極之間的電量將線性減小，直到T2時(shí)刻減小為零。所以，可以得出T2也與Vx成正比。如果用計(jì)數(shù)器在T2開始時(shí)刻對(duì)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，結(jié)束時(shí)刻停止計(jì)數(shù)，得到計(jì)數(shù)值N2，則N2與Vx成

10、正比。雙積分AD的工作原理就是基于上述電容器充放電過程中計(jì)數(shù)器讀數(shù)N2與輸入電壓Vx成正比構(gòu)成的?，F(xiàn)在我們以實(shí)驗(yàn)中所用到的3位半模數(shù)轉(zhuǎn)換器ICL7107為例來講述它的整個(gè)工作過程。ICL7107雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的基本組成如圖1所示，它由積分器、過零比較器、邏輯控制電路、閘門電路、計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘脈沖源、鎖存器、譯碼器及顯示等電路所組成,以下是芯片原理圖： 圖-1 TC7107的芯片引腳圖（一）模擬部分模擬電路由雙積分式AD轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，圖2.3-3所示。主要包括2.8V基準(zhǔn)點(diǎn)。圖-3 雙積分式AD轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)源（EO）、緩沖器（AL）、積分器（A2）、比較器（A3）和模擬開關(guān)的組成。緩沖器A4專門

11、用來提高COM端帶負(fù)載的能力，可謂設(shè)計(jì)數(shù)字多用表的電阻擋、二極管擋和hFE擋提供便利條件.這種轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確高度、抗串模干擾能力強(qiáng)、電路簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。適合做低速模轉(zhuǎn)換。每個(gè)轉(zhuǎn)換周期分為三個(gè)階段進(jìn)行，自動(dòng)調(diào)零（AZ）、正向積分（INT）、反向積分（DE），并按照AZ到INT到DE到AZ的順序進(jìn)行循環(huán)。令計(jì)數(shù)脈沖的周期為TCP。每個(gè)測(cè)量周期共需要4000個(gè)TCP，其中，正向積分時(shí)間固定不變。T1=1000TCP，儀表顯示值，將T1=1000TCP,UREF=100.0mV帶入上式得。 N=10UIN、或UIN=0.1N。 （2-2）只要把小數(shù)點(diǎn)定在十位上，即可直讀結(jié)果，滿量程時(shí)：N=20

12、00，此時(shí)UM=2UREF=200mV。儀表顯示超量程符號(hào)“1”。要測(cè)量2V以上的直流電壓，必須利用精密電阻分壓器對(duì)UIN進(jìn)行衰減。積分電阻應(yīng)采用金屬膜電阻，積分電容選絕緣性好、介質(zhì)吸收系數(shù)小的聚苯乙烯電容聚丙烯電容。為了提高儀表抗串模干擾能力，正向積分時(shí)間（稱采樣時(shí)間）T1應(yīng)是工頻周期的整數(shù)倍，我國采用50Hz交流電網(wǎng)，其周期為20ms,應(yīng)選T1=20n （ms）. (2-3)式中，n=1,2,3，。例如取n=2,4,5時(shí)，T1=40ms、80ms、100ms,能有效地抑制50Hz干擾。這是因?yàn)榉e分過程有取平均的作用，只要干擾電壓的平均值就不影響積分器的輸出。但n值也不宜過大，以免測(cè)量速率太

13、低。圖-4 ICL7107外圍基準(zhǔn)電壓電路圖（二）數(shù)字電路數(shù)字電路如圖2.3-3所示，主要包括8個(gè)單元：（1）時(shí)鐘振蕩器，（1）頻分器；（2）計(jì)數(shù)器；（3）鎖存器；（4）譯碼器；（5）異或門相應(yīng)為驅(qū)動(dòng)器；（6）控制邏輯；（7）LCD顯示器。 時(shí)鐘振蕩器由ICL7106內(nèi)部相反器F1、F2以及外部阻容元件R、C組成。若取R為120千毆，C為100皮法，則F0=40kHz。F0經(jīng)過4分頻后得到計(jì)數(shù)頻率，fPC=10kHz,即TCP=0.1ms。此時(shí)測(cè)量周期T=16000T0=4000TCP=0.4s.測(cè)量速率為2.5次每秒。F0還經(jīng)過800分頻。圖-5 ICL7107數(shù)字電路得到50Hz方波電壓，

14、接LCD的背電極BP。LCD須采用交流驅(qū)動(dòng)方式，當(dāng)筆段電極a到g與背電極BP呈等電位時(shí)不顯示，當(dāng)二者存在一定的相位差時(shí)，液晶才顯示因此，可將兩個(gè)頻率與幅度相同而相反的方波電壓，分別加至某個(gè)筆段引出端與BP端之間，利用二者電位差來驅(qū)動(dòng)該筆段顯示。驅(qū)動(dòng)電路采用異或門。其特點(diǎn)是當(dāng)兩個(gè)輸入端得狀態(tài)相異時(shí)（一個(gè)為高電平、另一個(gè)為低電平），輸出為高電平；反之輸出低電平?？刂七壿嬘腥齻€(gè)作用：第一，識(shí)別積分器的工作狀態(tài)，適時(shí)發(fā)出控制信號(hào)，使AD轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行；第二，判定輸入電壓極性并龍智LCD的負(fù)極性顯示；第三，超量程時(shí)發(fā)出溢出信號(hào)使千位顯示1，其余位消除。 ICL7107引腳功能和外圍元件參數(shù)的選擇 下面闡敘

15、ICL7107雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器引腳功能、外圍元件參數(shù)的選擇。 外圍器件的連接圖如2.3-5所示。圖中它和數(shù)碼管相連的腳以及電源腳是固定的，所以不加詳述。芯片的第32腳為模擬公共端，稱為COM端；第34腳Vr+和35腳Vr-為參考電壓正負(fù)輸入端；第31腳IN+和30腳IN-為測(cè)量電壓正負(fù)輸入端； Cint和Rint分別為積分電容和積分電阻，Caz為自動(dòng)調(diào)零電容，它們與芯片的27、28和29相連，電阻R1和C1與芯片內(nèi)部電路組合提供時(shí)鐘脈沖振蕩源，從40腳可以用示波器測(cè)量出該振蕩波形，該腳對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀上示波器接口CLK，時(shí)鐘頻率的快慢決定了芯片的轉(zhuǎn)換時(shí)間（因?yàn)闇y(cè)量周期總保持4000個(gè)Tcp不變）以及

16、測(cè)量的精度。下面我們來分析一下這些參數(shù)的具體作用：Rint為積分電阻，它是由滿量程輸入電壓和用來對(duì)積分電容充電的內(nèi)部緩沖放大器的輸出電流來定義的，對(duì)于ICL7107，充電電流的常規(guī)值為Iint=4uA，則Rint=滿量程/4uA。所以在滿量程為200mV，即參考電壓Vref=0.1V時(shí)，Rint=50K,實(shí)際選擇47K電阻；在滿量程為2V，即參考電壓Vref=1V時(shí)，Rint=500K,實(shí)際選擇470K電阻。Cint=T1*Iint/Vint,一般為了減小測(cè)量時(shí)工頻50HZ干擾，T1時(shí)間通常選為0.1S ，具體下面再分析，這樣又由于積分電壓的最大值Vint=2V，所以：Cint=0.2uF,實(shí)

17、際應(yīng)用中選取0.22uF。對(duì)于ICL7107，38腳輸入的振蕩頻率為：f0=1/(2.2*R1*C1)，而模數(shù)轉(zhuǎn)換的計(jì)數(shù)脈沖頻率是f0的4倍，即Tcp=1/(4*f0)，所以測(cè)量周期T=4000*Tcp=1000/f0，積分時(shí)間（采樣時(shí)間）T1=1000*Tcp=250/fo。所以fo的大小直接影響轉(zhuǎn)換時(shí)間的快慢。頻率過快或過慢都會(huì)影響測(cè)量精度和線性度，同學(xué)們可以在實(shí)驗(yàn)過程中通過改變R1的值同時(shí)觀察芯片第40腳的波形和數(shù)碼管上顯示的值來分析。圖2.1.4-1 ICL7107和外圍器件連接圖2.2 Proteus仿真軟件介紹Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出

18、版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/

19、DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。 編輯本段功能特點(diǎn)： Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：（1）原理布圖 （2）PCB自動(dòng)或人工布線 （3）SPICE電路仿真 革命性的特點(diǎn) ： （1）互動(dòng)的電路仿真，用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。 （2）仿真處理器及其外圍電路 可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM

20、、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。 編輯本段功能模塊： （1）智能原理圖設(shè)計(jì)（ISIS） 豐富的器件庫：超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件； 智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件； 智能化的連線功能：自動(dòng)連線功能使連接導(dǎo)線簡單快捷，大大縮短繪圖時(shí)間； 支持總線結(jié)構(gòu)：使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計(jì)簡明清晰；可輸出高質(zhì)量圖紙：通過個(gè)性化設(shè)置，可以生成印刷質(zhì)量的BMP圖紙，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多種

21、文檔使用。 （2）完善的電路仿真功能（Prospice） ProSPICE混合仿真：基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE3F5，實(shí)現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真； 超過27000個(gè)仿真器件：可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計(jì)仿真器件，Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件； 多樣的激勵(lì)源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件）、指數(shù)信號(hào)、單頻FM、數(shù)字時(shí)鐘和碼流，還支持文件形式的信號(hào)輸入； 豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計(jì)/計(jì)數(shù)器、邏輯

22、探頭、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器等； 生動(dòng)的仿真顯示：用色點(diǎn)顯示引腳的數(shù)字電平，導(dǎo)線以不同顏色表示其對(duì)地電壓大小，結(jié)合動(dòng)態(tài)器件（如電機(jī)、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動(dòng)； 支持主流的CPU類型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU類型隨著版本升級(jí)還在繼續(xù)增加，如即將支持CORTEX、DSP處理器； 支持通用外設(shè)模型：如字符LCD模塊、圖形LCD模塊、LED點(diǎn)陣、LED七段顯示模塊、鍵盤/按鍵、直流/步進(jìn)/伺服電機(jī)、RS232虛擬終端、電子

23、溫度計(jì)等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）還可以使仿真電路通過PC機(jī)串口和外部電路實(shí)現(xiàn)雙向異步串行通信； 原理圖到PCB的快速通道： 原理圖設(shè)計(jì)完成后，一鍵便可進(jìn)入ARES的PCB設(shè)計(jì)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)； 實(shí)時(shí)仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中斷仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真； 編譯及調(diào)試：支持單片機(jī)匯編語言的編輯/編譯/源碼級(jí)仿真，內(nèi)帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境（如IAR、Keil和Hitech）結(jié)合，進(jìn)行高級(jí)語言的源碼級(jí)仿真和調(diào)試； （4）實(shí)用的

24、PCB設(shè)計(jì)平臺(tái) 原理圖到PCB的快速通道： 原理圖設(shè)計(jì)完成后，一鍵便可進(jìn)入ARES的PCB設(shè)計(jì)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)； 先進(jìn)的自動(dòng)布局/布線功能：支持器件的自動(dòng)/人工布局；支持無網(wǎng)格自動(dòng)布線或人工布線；支持引腳交換/門交換功能使PCB設(shè)計(jì)更為合理； 編輯本段資源豐富 ：（1）Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個(gè)元件庫。 （2）Proteus可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。 （3）除了現(xiàn)實(shí)

25、存在的儀器外，Proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。 （4）Proteus可提供的調(diào)試手段 Proteus提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試，這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。 編輯本段電路仿真： 在PROTEUS繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過程。 PROTEUS 是單片機(jī)課堂教學(xué)的先進(jìn)助手。 它的元器件、連接線

26、路等卻和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件高度對(duì)應(yīng)。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測(cè)、電路修改、軟件調(diào)試、運(yùn)行結(jié)果等。 課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生走向就業(yè)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。由于PROTEUS提供了實(shí)驗(yàn)室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺(tái)。 使用Proteus 軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì), 是虛擬仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)相結(jié)合的綜合運(yùn)用，有利于培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力及仿真軟件的操作能力；在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)和全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽中，我們使用 Prot

27、eus 開發(fā)環(huán)境對(duì)學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，在不需要硬件投入的條件下，學(xué)生普遍反映，對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書本知識(shí)更容易接受，更容易提高。實(shí)踐證明，在使用 Proteus 進(jìn)行系統(tǒng)仿真開發(fā)成功之后再進(jìn)行實(shí)際制作，能極大提高單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。因此，Proteus 有較高的推廣利用價(jià)值。第3章 設(shè)計(jì)步驟和過程3.1 數(shù)字溫度設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2 各功能模塊的電路仿真圖和原理說明3.2.1 PT100橋式仿真電路圖及原理圖3.2.1 PT100仿真圖原理：電路采用R5、R6、R8、RT1構(gòu)成測(cè)量電橋，因?yàn)镻T100在5mA以下的電流才能穩(wěn)定的工作，有比較好的線性度，所以設(shè)R5=R6=4.

28、99K用來限制電流在1mA左右，因?yàn)镻T100在零度時(shí)電阻值為100，所以設(shè)R8=100歐；RT1是鉑電阻PT100，上面顯示的為北側(cè)模擬溫度值，當(dāng)PT100的電阻值和R8不相等時(shí)，電橋輸出一個(gè)mV級(jí)的壓差信號(hào)可由放大器進(jìn)行放大。 INA122儀表放大器仿真電路圖及原理圖 INA122放大電路原理：因?yàn)镻T100變化的是很微弱的信號(hào)，如果用普通的OP系列的放大器要先輸入跟隨器防止電流被放大器影響，在經(jīng)過放大，這種電路的工模干擾很大，而INA122儀表放大器，它的工模抑制能力很強(qiáng)，輸入阻抗高且能有效的放大差模信號(hào)，外部的電位器RV4是用來調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的，該電路已經(jīng)將輸入的電壓差放大到相對(duì)應(yīng)溫度的

29、電壓值，5腳REF 用來調(diào)零，且與6腳組成差分輸出。 放大器的調(diào)零電路圖 INA122調(diào)零電路原理：INA122經(jīng)過激光矯正，因此，失調(diào)和溫漂都很小，多數(shù)情況下無需調(diào)整，但是在此電路中存在一定的失調(diào)電壓，所以采用電位器RV3進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)零處理。 TC7107AD的仿真電路及原理圖 TC7107仿真圖 原理：TC7107為高阻抗 CMOS 差分輸入，噪聲低，顯示穩(wěn)定，輸入為零時(shí)讀數(shù)為零，29腳為自動(dòng)調(diào)零電容，C4=47nF 適合于 2.0V 滿量程應(yīng)用，它的自動(dòng)調(diào)零周期免除了調(diào)零需要；在31腳VIN+和30腳VIN+實(shí)現(xiàn)了差分輸入，在40腳的和39腳間接100K電阻與38腳的0.1nF電容構(gòu)成了

30、頻率為48的振蕩器，構(gòu)成了微秒級(jí)的讀數(shù)周期；TC7107A 可以驅(qū)動(dòng)共陽極 四位LED，段驅(qū)動(dòng)通常為 8 mA，1000's 輸出 （引腳19）從兩個(gè) LED 段汲取電流，并具有 16 mA 的驅(qū)動(dòng)能力，前三位數(shù)碼管分別為被測(cè)電壓（mV級(jí)）的百位、十位、個(gè)位，第四位為小數(shù)點(diǎn)位；TC7107有兩個(gè)測(cè)量量程可以選擇，當(dāng)要求滿量程是200mV時(shí)在36腳VREF+和35腳VREF-之間接100mV,本實(shí)驗(yàn)的滿量程是2，所以在35和36腳之間接1V的基準(zhǔn)電壓。第四章 設(shè)計(jì)的仿真和結(jié)果分析4.1 電路的調(diào)試測(cè)量值仿真電路圖電路的調(diào)試我采用的是Proteus仿真軟件進(jìn)行的電路仿真調(diào)試，利用軟件強(qiáng)大的

31、仿真資源，對(duì)自己設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行驗(yàn)證性測(cè)試。如題目要求需要驗(yàn)證測(cè)試0-200度的溫度值，以及冰水0°C、環(huán)境溫度、100°C沸水三個(gè)值，用數(shù)碼管來顯示其值。根據(jù)該題要求，以下分別是測(cè)試冰水0°C、環(huán)境溫度（25°C）、100°C沸水及200°C的仿真測(cè)試結(jié)果電路圖。1.冰水0°C圖 冰水0°C仿真圖2.環(huán)境溫度（25°C）圖 環(huán)境溫度（250°C）仿真圖3.100°C沸水圖4.1.3 100°C沸水仿真圖4、200°C圖4.1.4 200°C仿真圖4.2 結(jié)

32、果及誤差分析通過仿真軟件的仿真驗(yàn)證，四個(gè)設(shè)計(jì)電路均能實(shí)現(xiàn)任務(wù)的所有要求，能但在最終數(shù)碼管顯示的溫度值還是有0.3°C3°C的誤差，經(jīng)過對(duì)理論和整個(gè)電路的分析出以下幾個(gè)產(chǎn)生誤差的原因： 1、PT100本身線性度不夠好，在不同的溫度值內(nèi)，它的線性比例系數(shù)也是有變化的，但是后面放大電路的放大倍數(shù)是確定了的，所以造成了部分誤差；2、 在放大電路里，INA122芯片可能存在失調(diào)電壓和溫漂，最然進(jìn)行了調(diào)零，但是由于芯片本身原因，調(diào)零電路并不能完全消除該失調(diào)，所以還是會(huì)存在部分誤差。3、 TC7107芯片是一個(gè)低位的AD轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換精度可能也存在一定誤差，但是準(zhǔn)要誤差原因還是PT100

33、所存在的線性度不佳?？傮w看，設(shè)計(jì)的幾個(gè)電路基本達(dá)到了任務(wù)的所有，但在精度方面還有待進(jìn)一步的改進(jìn)，雖然題目沒有要求精度，但還是希望使其能夠更加的精準(zhǔn)。第五章 結(jié)論5.1設(shè)計(jì)過程中遇到的困難及解決辦法1、 自助設(shè)計(jì)電路能力不強(qiáng)，整體設(shè)計(jì)思路欠佳在課題初期，進(jìn)展非常的緩慢，不知從何下手，后來為了尋找靈感就上網(wǎng)查閱了大量的資料，也嘗試過網(wǎng)上的設(shè)計(jì)方案，但是網(wǎng)上方案里的測(cè)量范圍都達(dá)不到題目要求，所以我就通過查找相關(guān)資料并請(qǐng)教學(xué)長后，自己設(shè)計(jì)了一個(gè)符合本題要求的電路。2、仿真軟件的不熟練在設(shè)計(jì)中最大的問題就是對(duì)仿真軟件比較的陌生，找個(gè)元器件都要上網(wǎng)百度才能找到，在使用過程中出現(xiàn)了很多問題，也由于仿真軟件本身也存在很多有待改正的小問題，導(dǎo)致電路設(shè)計(jì)的進(jìn)度比較緩慢，后來是根據(jù)請(qǐng)教使用者的經(jīng)驗(yàn)體會(huì)去避免這些軟件問題，也通過修改電路來防止這些問題，才順利的完成了該電路的設(shè)計(jì)。3、電路調(diào)試中出現(xiàn)的問題在設(shè)計(jì)PT100的橋式電路時(shí)，由于對(duì)溫度傳感器本身性能理解不夠充分，它只能在5mA以下的電流正常工作，所以剛開始限流電阻參數(shù)設(shè)置的不好，導(dǎo)致輸出的電壓差一直很不準(zhǔn)確；也還因?yàn)閷?duì)這個(gè)橋式電路本身不熟悉