課程設(shè)計(jì)數(shù)顯鉑電阻溫度測(cè)量?jī)x

1、學(xué)號(hào): 電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)數(shù)顯鉑電阻溫度測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)姓名院別計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院班級(jí) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院2012年11月29日第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)本課程設(shè)計(jì)是利用現(xiàn)有的環(huán)境，是基于ICL7107芯片對(duì)溫度進(jìn)行控制的，采用PT100溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)儀用放大器將溫度信號(hào)放大，然后再送入A/D轉(zhuǎn)化器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成便于單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)，當(dāng)所采集到的溫度值大于設(shè)定的閥值時(shí)，可進(jìn)行告警提示，并通過(guò)串口向單片機(jī)發(fā)送指令，單片機(jī)收到指令后控制蜂鳴器發(fā)音。同時(shí)可以使用外界鍵盤(pán)隨時(shí)修改溫度設(shè)定值，達(dá)到不同的需求。體現(xiàn)出了系統(tǒng)的智能性。1.2 設(shè)計(jì)要求1、測(cè)溫范圍-501502、

2、采用八位單片機(jī)作為控制芯片3、測(cè)溫傳感器采用PT1004、對(duì)應(yīng)溫度范圍要求變換為05V5、用四位數(shù)碼顯示，顯示精度0.16、要求可以通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置參數(shù)如：溫度上下線(xiàn)報(bào)警值7、具有聲光報(bào)警功能8、采用線(xiàn)性電源，AC220V±15%供電1.3 設(shè)計(jì)目的1了解溫度采集傳感器Rt100的工作原理，掌握其工程設(shè)計(jì)實(shí)用方法。2. 掌握模數(shù)轉(zhuǎn)換、電阻電壓轉(zhuǎn)換及數(shù)碼顯示電路的設(shè)計(jì)構(gòu)建方法。3. 掌握電子電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，培養(yǎng)提高綜合利用多學(xué)科相關(guān)知識(shí)進(jìn)行初步工程設(shè)計(jì)與實(shí)際裝調(diào)系統(tǒng)電路的能力。第二章 設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)原理2.1 設(shè)計(jì)方案本方案的設(shè)計(jì)電路由穩(wěn)壓電路、溫度采集、電阻/電壓轉(zhuǎn)換器、控制電路

3、和顯示電路組成。其中，溫度采集傳感器采用熱敏電阻鉑Pt100，A/D轉(zhuǎn)換器用ICL7107（雙電源±5V供電，適合驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示），共陽(yáng)數(shù)碼管用ICL7107控制。本方案用到了ICL7107，電路中的A/D轉(zhuǎn)換電路與數(shù)碼顯示電路都由其控制與組成，因而在設(shè)計(jì)具體電路時(shí)，要針對(duì)ICL7107進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。而電阻/電壓轉(zhuǎn)換電路由運(yùn)放電路組成，Pt100是電阻/電壓轉(zhuǎn)換電路的核心部分。該方案的設(shè)計(jì)方框圖表示如下：圖1.基于ICL7107的溫度測(cè)量控制原理方框圖2.2 設(shè)計(jì)原理鉑金屬溫度傳感器的電阻值會(huì)隨著外界溫度的變化而變化，并且近似為線(xiàn)性關(guān)系。利用這種線(xiàn)性關(guān)系，可以組成溫度測(cè)量電路。

4、從這個(gè)電路中將會(huì)得到跟隨外界溫度變化而變化的帶有當(dāng)前溫度特征的電壓信號(hào)。溫度測(cè)量電路模塊輸出的電壓信號(hào)的伏值一般較小，不能直接用于后續(xù)電路模塊的輸入信號(hào)。因此，要在溫度測(cè)量電路模塊后面加上電壓放大電路。將溫度測(cè)量電路輸出的帶有當(dāng)前溫度特征的電壓信號(hào)進(jìn)行放大，使得其輸出的電壓伏值能夠滿(mǎn)足后續(xù)電路模塊的輸入要求。放大電路模塊輸出的電壓信號(hào)分為兩路：一路直接用于數(shù)字顯示電路模塊的輸入信號(hào)，從而得到直觀的溫度數(shù)據(jù)。另一路將輸出的電壓信號(hào)作為繼電器驅(qū)動(dòng)電路模塊中的電壓比較器的一個(gè)輸入信號(hào)。溫度控制電路模塊的輸出電壓信號(hào)也分為兩路：一路直接送到數(shù)字顯示電路模塊的輸入端，這樣即可顯示出當(dāng)前要設(shè)置的溫度值。另

5、一路送入蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路模塊中的電壓比較器的另一個(gè)輸入端，與放大電路模塊輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行比較,從而由這兩路輸入的電壓信號(hào)決定電壓比較器的輸出電壓信號(hào)。電壓比較器的輸出電壓信號(hào)由其兩路輸入電壓信號(hào)所決定。當(dāng)兩路輸入信號(hào)的輸入電壓不相等時(shí)，則蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路模塊工作，從而控制外界溫度的變化，并將變化結(jié)果輸入到數(shù)字顯示電路模塊中；當(dāng)兩路輸入信號(hào)的輸入電壓相等時(shí)，則蜂鳴器模塊不工作，從而控制外界溫度向相反方向變化，并將變化結(jié)果輸入到數(shù)字顯示電路模塊中。數(shù)字顯示電路模塊的輸出顯示內(nèi)容，由其輸入的電壓信號(hào)所決定，并且其輸出顯示的段碼數(shù)字與輸入的電壓信號(hào)呈一定的線(xiàn)性關(guān)系。這樣就可由其輸入的電壓信號(hào)的伏值大小來(lái)

6、控制其顯示的內(nèi)容，從而得到當(dāng)前溫度下的數(shù)字輸出顯示，從而可以直觀的得到當(dāng)前的溫度值。當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，進(jìn)行聲光報(bào)警，并通過(guò)三極管供壓放大帶動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行降溫處理。第三章 單元電路設(shè)計(jì)與分析3.1 主要芯片簡(jiǎn)介3.1.1 集成運(yùn)放LM324LM324是四運(yùn)放集成電路（圖2），它采用14腳雙列直插塑料封裝。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖3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

7、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。 圖2 LM324管腳連接圖 圖3 運(yùn)算放大器3.1.2 ICL7107ICL7107是高性能、低功耗的三位半A/D轉(zhuǎn)換器電路。它包含七段譯碼器、顯示驅(qū)動(dòng)器、參考源和時(shí)鐘系統(tǒng)。ICL7107可直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED）。ICL7107將高精度、通用性和真正的低成本很好地結(jié)合在一起，它有低于10V的自動(dòng)校零功能，零源小于1V/°C，低于10pA的輸入電流，極性轉(zhuǎn)換誤差小于一個(gè)字。真正的差動(dòng)輸入和差動(dòng)參考源在各種系統(tǒng)中都很有用。在用于測(cè)量負(fù)載單元、壓力規(guī)管和其它橋式傳感器時(shí)會(huì)有更突出的優(yōu)點(diǎn)。其管腳圖如圖4

8、所示：圖4 ICL7107管腳圖3.2 單元電路模塊3.2.1 溫度采集電阻Pt100與電壓轉(zhuǎn)換電路溫度采集主要采用熱敏類(lèi)電阻鉑Pt100，它廣泛用于化工、冶金、熱電等測(cè)溫領(lǐng)域。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，鉑電阻的阻值會(huì)發(fā)生變化，而鉑電阻的阻值又與溫度呈現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。溫度采集與電壓轉(zhuǎn)換電路圖如下圖5：圖5 溫度采集與電壓轉(zhuǎn)換電路3.2.2 控制測(cè)量電路本實(shí)驗(yàn)用到的主要是電壓比較器，電路圖如下：圖6 控制測(cè)量電路圖電壓比較器主要用于控制加熱設(shè)備或制冷設(shè)備的通斷，其控制原理如下：(1)切換開(kāi)關(guān)K置于1擋時(shí)，儀表顯示測(cè)量溫度值；(2)置于2擋時(shí)顯示設(shè)定溫度。(3)當(dāng)測(cè)量溫度值低于設(shè)定溫度值時(shí)，8管腳輸出高

9、電平，發(fā)光二極管不工作。當(dāng)測(cè)量溫度高于設(shè)定溫度時(shí)。8管腳輸出低電平，發(fā)光二極管工作。3.2.3 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換器采用美國(guó)Harris公司的ICL7107（雙電源±5V供電），它包含3 1/2位數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED）。其A/D轉(zhuǎn)換電路如下圖所示：圖7 A/D轉(zhuǎn)換電路原理圖3.2.4 數(shù)碼管顯示電路當(dāng)溫度測(cè)量完之后，要通過(guò)顯示電路將測(cè)量值顯示出來(lái)。顯示電路由ICL7107以及數(shù)碼管構(gòu)成（顯示電路如圖8所示）。其中，數(shù)碼管采用共陽(yáng)極接法，即陽(yáng)極接到電源正極，其余的各個(gè)管腳與ICL7107的管腳一一對(duì)應(yīng)連接。圖8 共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示電路3.2.5 聲光報(bào)警電

10、路聲光報(bào)警電路主要由發(fā)光二極管、PNP三極管、蜂鳴器和小風(fēng)扇組成。其中小風(fēng)扇和蜂鳴器并聯(lián)接在三極管的集電極（c極），三極管可以放大電流，從而驅(qū)動(dòng)小風(fēng)扇和蜂鳴器工作。其工作原理如下：(1)當(dāng)測(cè)量溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，發(fā)光二極管截止不工作，三極管也處于截止?fàn)顟B(tài)，小風(fēng)扇和蜂鳴器不工作；(2)當(dāng)測(cè)量溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，二極管導(dǎo)通，三極管導(dǎo)通，b極的電流經(jīng)過(guò)放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和小風(fēng)扇工作。其電路圖如下圖9所示： 圖9 聲光報(bào)警電路第四章 設(shè)計(jì)總結(jié)4.1 體會(huì)與總結(jié)通過(guò)本次電子電路綜合設(shè)計(jì)，完成了溫度測(cè)量數(shù)顯控制儀的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。在自己的努力以及同學(xué)幫助下，完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。經(jīng)過(guò)本次設(shè)計(jì)，我對(duì)綜合電子電路的設(shè)計(jì)有了一定的理解，并且綜合運(yùn)用模電和數(shù)電中學(xué)到的