集成溫度傳感器

1、設(shè)計(jì)總思路設(shè)計(jì)總思路測(cè)溫電路放大電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路驅(qū)動(dòng)電路顯示電路測(cè)溫電路測(cè)溫電路 多數(shù)的數(shù)字溫度計(jì)采用溫度敏感元件也就是溫度傳感器（鉑電阻、熱電偶、半導(dǎo)體、熱敏電阻），將隨溫度變化的物理參數(shù)，如電阻、電容、熱電動(dòng)勢(shì)、磁性、頻率特性等通過(guò)溫度傳感器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的變化（電壓、電流），溫度變化和電信號(hào)的變化存在一定的關(guān)系（線性關(guān)系、曲線關(guān)系）。一般測(cè)得的變化很小，我們要對(duì)其進(jìn)行 放大，并能夠順利的進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)變。其中我們要用到A /D轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)送給驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行輸出，然后再通過(guò)顯示電路（數(shù)碼管、LCD）進(jìn)行顯示。測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)測(cè)溫電路的設(shè)計(jì) 采用集成電路溫度傳感器AD590

2、，AD590為電流輸出型的集成溫度傳感器，它所流過(guò)的電流數(shù)值(微安級(jí))等于絕對(duì)溫度(開(kāi)爾文)的度數(shù)，激勵(lì)電壓可以從+4V+40V，溫度范圍-55+150，標(biāo)準(zhǔn)輸出為1A/K的線性關(guān)系。因?yàn)槭请娏鬏敵?，易于遠(yuǎn)距離傳輸，不會(huì)因電壓降或感應(yīng)噪聲電壓影響而產(chǎn)生誤差，且AD590是半導(dǎo)體結(jié)效應(yīng)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(jié)壓降的不飽和值與熱力學(xué)溫度和通過(guò)發(fā)射極電流的關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)，具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)需外部校準(zhǔn)。 利用 Ube特性的集成PN結(jié)傳感器的感溫部分核心電路。其中V1、V2起恒流作用，可用于使左右兩支路的集

3、電極電流I1和I2相等；V3、V4是感溫用的晶體管，兩個(gè)管的材質(zhì)和工藝完全相同，但V3實(shí)質(zhì)上是由n個(gè)晶體管并聯(lián)而成，因而其結(jié)面積是V4的n倍。V3和V4的發(fā)射結(jié)電壓Ube3和Ube4經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻R上，所以R上端電壓為Ube。因此，電流I1按式計(jì)算： I1UbeR（KTq）（lnn）R 式中K為波爾茲曼常數(shù)，q為電子電量。對(duì)于AD590，n8，這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度T成正比，將此電流引至負(fù)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(hào)不受電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響。圖中的電阻R是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻已用激光修正了其電阻值，因而在基準(zhǔn)溫度下可

4、得到1A的電流輸出。放大電路放大電路 放大電路采用器件LM324，其引腳如圖所示。LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端

5、的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。在本電路中使用的是輸出引腳1，方向輸入端2，同相輸入端3，引腳4接+5V電源，引腳11接-5V電源。穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路要求輸出2.5V電壓，采用器件TL431。TL431是一種并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路，因其性能好、價(jià)格低，因此廣泛應(yīng)用在各種電源電路中。其封裝形式與塑封三極管9013等相同，其示意圖如圖a所示。本電路中穩(wěn)壓電路如圖b所示，TL431的參考極與陰極短接，陽(yáng)極接地，陰極通過(guò)電阻R5與+5V電壓相連，通過(guò)此穩(wěn)壓電路得到輸出電壓+2.5V。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)采用ICL7107，它

6、是三位半雙積分型A/D轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)共陽(yáng)極LED數(shù)碼管，不需要另加驅(qū)動(dòng)器件，使整機(jī)線路簡(jiǎn)化，采用士5V兩組電源供電，在芯片內(nèi)部從V+與COM之間有一個(gè)穩(wěn)定性很高的2.8V基準(zhǔn)電源，通過(guò)電阻分壓器可獲得所需的基準(zhǔn)電壓。能通過(guò)內(nèi)部的模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)極性顯示功能。輸入阻抗高，對(duì)輸入信號(hào)無(wú)衰減作用。整機(jī)組裝方便，無(wú)需外加有源器件，配上電阻、電容和LED共陽(yáng)極數(shù)碼管，就能構(gòu)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(zhǎng)。芯片本身功耗小于15mw(不包括LED)，不設(shè)有專門(mén)的小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。使用時(shí)

7、可將LED共陽(yáng)極數(shù)數(shù)碼管公共陽(yáng)極接V+，可以方便的進(jìn)行功能檢查，ICL7107引腳圖如圖所示。 V+和V-分別接電源的正極和負(fù)極；AuGu、AtGt、AhGh分別為個(gè) 位、十位、百位筆畫(huà)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，依次接各LED數(shù)碼管的相應(yīng)筆畫(huà)電極；ABK為千位筆畫(huà)驅(qū)動(dòng)信號(hào),接千位LED數(shù)碼管；RM為L(zhǎng)ED數(shù)碼管公共電極的驅(qū)動(dòng)端,接LED共陽(yáng)數(shù)碼管的5腳和10腳；OSC1OSC3為時(shí)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腳至第40腳電容量的選擇按式計(jì)算： Fosc=0.45/RC COM為模擬信號(hào)公共端，簡(jiǎn)稱“模擬地”，使用時(shí)一般與輸入信號(hào)的負(fù)端以及基準(zhǔn)電壓的負(fù)極相連；TEST為測(cè)試端，該端

8、一般不用，使用時(shí)需經(jīng)過(guò)500電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱“邏輯地”或“數(shù)字地”；Vref+與Vref-為基準(zhǔn)電壓正負(fù)端；Cref+與Cref-為外接基準(zhǔn)電容端；27腳INT接積分電容器，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；IN+和IN-為模擬量輸入端，分別 接輸入信號(hào)的正端和負(fù)端；AZ為積分器和比較器的反向輸入端，接自動(dòng)調(diào)零電容，如果應(yīng)用在200mv滿刻度的場(chǎng)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(jí)的無(wú)功電流是100A，而緩沖器與積分器能夠供給20A的驅(qū)動(dòng)電流，從此腳接一個(gè)積分電阻至積分電容器，其值在滿刻度200

9、mv時(shí)選用47K，而2V滿刻度則使用470K。驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路l積分電路l零點(diǎn)校準(zhǔn)電路l時(shí)鐘振蕩電路積分電路積分電路 ICL7107芯片的27、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(dòng)調(diào)零電容(此元件宜選用無(wú)感式滌綸電容)，28腳接積分電阻(積分電容和積分電阻應(yīng)保證質(zhì)量)。29腳為積分器和比較器的反向輸入端，接自動(dòng)調(diào)零電容如果應(yīng)用在200mv滿刻度的場(chǎng)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(jí)的無(wú)功電流是100A，而緩沖

10、器與積分器能夠供給20A的驅(qū)動(dòng)電流，從此腳接一個(gè)電阻至積分電容器，其值在滿刻度200mV時(shí)選用47K，而2V滿刻度則使用470K。如圖所示為積分電路。 零點(diǎn)校準(zhǔn)電路零點(diǎn)校準(zhǔn)電路 如圖所示當(dāng)溫度為0時(shí)，AD590輸出電流為273A，放大器反向輸入電 壓為2.5V,校零時(shí)，要讓I=I1=273A，根據(jù)I=U/R可知，RP1、R1的和需要為2.5V/273A=9.157K，調(diào)節(jié)RP1可以得到。每當(dāng)溫度提高1時(shí)，AD590輸出電流提高1A，I=I2，要得到10mV的變化電壓，則可置R2為10K。由此，每當(dāng)溫度提高1，輸出電壓提高10mV，測(cè)溫上限為200，電壓最大值為2V。 時(shí)鐘振蕩電路時(shí)鐘振蕩電路

11、時(shí)鐘振蕩電路由ICL7107的38、39腳外接電阻和電容共同構(gòu)成IC內(nèi)部振蕩器的RC電路。該電路的時(shí)鐘頻率為48KHz，測(cè)量速率為3次/s。OSC1OSC3為時(shí)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腳至第40腳電容量的選擇是根據(jù)公式來(lái)計(jì)算，一般C4取100pF，由于雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器第一次積分階段的時(shí)間為電網(wǎng)工頻周期20ms(50Hz)的整數(shù)倍時(shí)具有無(wú)窮大的抑制串模干擾的能力。因此，輸入脈沖的頻率根據(jù)公式計(jì)算： (1000Tosc)4=(20ms) N 取N=4，可求得Tosc=0.02ms，故fosc=48kHz，則采樣速率根據(jù)公式計(jì)算： SR=48kHz/(40004)

12、=3次/s 根據(jù)公式可求出R=93.75k，故R9電阻取近似值100k。其電路如圖顯示電路顯示電路 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(gè)小數(shù)點(diǎn)，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(gè)小LED發(fā)光二極管，通過(guò)控制不同的LED的亮滅來(lái)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(yáng)極兩種類(lèi)型，共陰極就是將八個(gè)LED的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個(gè)LED的另一端高電平，它便能點(diǎn)亮。而共陽(yáng)極就是將八個(gè)LED的陽(yáng)極連在一起，形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，

13、當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。這次實(shí)驗(yàn)我們所用的就是共陽(yáng)極接法，如圖所示。系統(tǒng)的安裝與系統(tǒng)的安裝與調(diào)試調(diào)試u電路的安裝u 電路的調(diào)試電路的安裝電路的安裝（1）元件的檢測(cè) 首先檢查元件的好壞，按各元件的檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)，而且要認(rèn)真核對(duì)與原理圖是否一致，在檢查好后才可上件，防止出現(xiàn)錯(cuò)誤焊件后不便改正。（2）布線原則 1、安裝元件應(yīng)便于看到其極性和標(biāo)志。為防止集成電路受損，在插入或拔出時(shí)要非常細(xì)心。插入時(shí)應(yīng)使器件的方向一致，缺口朝左，使所有引腳均對(duì)準(zhǔn)面包板上的小孔，均勻用力按下，拔出時(shí)必須用專用拔鉗，夾住集成塊兩頭，垂直往上拔起； 2、根據(jù)信號(hào)流向的順序，按電路順序直線排列，輸入與輸出線遠(yuǎn)離，采用邊安裝邊調(diào)試的方法。元器件安裝之后，先接電源線和地線，為方便查找，可以在連線時(shí)應(yīng)用不同的顏色加以區(qū)