数显温度测量器的设计

《数字电子技术》课程设计数显温度测量器的设计电气与信息工程学院2015年6月姓名学号指导老师班级专业电子信息工程河南城建学院课程设计报告1目录一、设计思想...............................................................................2二、设计目的...............................................................................2三、设计要求...............................................................................2四、电路的总体结构.......................................................................2五、各部分电路设计.......................................................................3六、部分电路的仿真结果..................................................................6七、整体电路图.............................................................................7八、设计总结...............................................................................8九、参考文献...............................................................................8该专业最近几年一直短缺职位主要包括，通信工程师、通信研发人员、手机游戏开发工程师、手机游戏维护工程师、电信管线设计、电信设备安装、电信设备采购、电信产品销售、电信数据分析员、电信新技术开发、信息采编、信息数据分析、运营商信息分析专员、行业信息分析师、增值业务技术开发员、增值业务管理员、增值业务策划专员以及通信、信息类销售等职位。就业预期：根据北京市“十一五”发展规划，信息与通信是未来发展的重心。所以，推进电信和通讯发展的各类专业人才在市场上自然抢手，该专业的毕业生应该比较好就业。河南城建学院课程设计报告2一、设计思想温度控制应用于人们的生产生活中，人们使用温度计来采集温度，通过人工操作加热、通风和降温设备来控制温度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。在某些行业中对温度的要求较高，由于工作环境不合理而引发的事故时有发生。对工业生产可靠进行造成影响，甚至操作人员的安全。为了避免这些缺点，需要在某些特定的环境里安装数字温度测量及控制设备。本设计由于采用了新型单片机对温度进行控制，以其测量精度高，操作简单，可运行性强，价格低廉等优点，特别适用于生活、医疗、工业生产等方面的温度测量及控制。本设计是一个数字温度测量及控制系统，能测柜内的温度，并能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。保证环境保持在限定温度中。对于温度的采集测量的方式有很多种，但大多体现在软件的设计上，对温度模拟信息的读取，根据AT89C51单片机功能强大这一特点可以分为中断方式、查询方式、和延时方式。采用中断方式的关键是，把A/D转换器的结束标志线与AT89C51单片机的外部中断引脚INT0或者INT1相连。这样启动A/D转换后，单片机可以继续执行其他程序，一旦A/D转换完成，即通过INT0或INT1引脚向单片机申请中断采集信息，读出采样值。查询方式是现在用的最多的一种方式，主要就是用单片机的I/O口与A/D转换器的控制引脚相连，通过利用程序给控制引脚发送脉冲对A/D转换器进行读数。这种方式对像温度这样的在短时间一般不会发生较大变化的信号采集很方便。一般来说，设计时已经将A/D转换器芯片选定，则转换过程所需要的时间也是定值，此时可以采用延时方式，通常，延时的时间定的略大于转换时间以确保读数的准确无误。至于采用软件方式延时还是硬件方式延时，各有利弊。软件方式编程简单，但需要花费机时；采用定时器则需要对其进行初始化编程，但延时过程不占用机时。随着现代科学技术的发展，人们平时使用的那种普通的温度计已经逐渐满足不了人们日常生活的需要，那普通温度计灵敏度低，测量结果不准确，且易碎，安全性较差，所以设计一个能够替代普通温度计的新型温度计是迫在眉睫的。本文主要介绍了一种新型的温度计——数显温度器，它是通过温度传感器，经过放大电压电路处理，然后通过数——模转换，将模拟信号转换为数字信号，最后呈现在我们眼前的是以数字形式表现出来的温度。为了降低外界对此温度计的干扰，我还使数显温度器具有低通功能。此温度器与传统温度器相比，其优势在于极其灵敏度，温度传感器中采用NTC型，25℃时电阻值为10千欧姆，精度为±1％，材料常数B=3900的NTHH4G39A103F02热敏电阻，精确度极其高；而且抗外界大多数不良情况的干扰，使用方便，具有极大的实际意义。二、设计目的设计一个数字显示温度测量器电路。三、设计要求1、温度测量范围：20~100℃。2、以数字形式显示温度。3、具有调零电路。为减少或消除外界干扰，电路应具有低通功能。四、电路的总体结构电路基本原理：本电路由温度检测电路，温度范围选择，数字显示部分等组成温度检测电路将温度转换成相应的电压信号，河南城建学院课程设计报告3信号放大后送入比较器与预先固定电位电压比较器比较，由比较器高低电平控制A\D转换器是否工作,并同时送入A\D转换器转换，变为数字信号进行显示。电源电路由电源变压器，整流桥堆U，滤波电容C1，C2三端稳压集成电路IC1组成。交流220V电压经下降压UR整流，C1滤波IC1稳压后，产生+15V稳压后，产生+5V电压供给检测电路，时钟电路及显示电路。温度检测电路由运算放大器A1~A5，电阻器R1~R11，电位器RP1,RP2,电容C5,C6温敏电阻RT,构成温度控制电路由运算放大器A4,电阻器R13、R14组成。显示部分由AD7106及LCD构成。1、电路的原理框图：图1五、各部分电路设计1、（1）温度检测和放大器电路图2RT和A1构成温度检测电路，A2和A3构成温度-电压转换电路。温度检测信号经A1加到差分放大器A2的同相输入端，+15V电压经R10、R14和R2分压加到A2的反相输入端。调节RP1使温度为0℃时A2输出为0V。A2输出加到反相放大器A3的反相输入端，A3增益为—(R7+R15）/R6倍，调整R15的值温度为100℃时A3输出+10V。这样，调整R14和R15的值，在温度为0~100℃时输出电压为0~+10V，即输出电压与温度成比例。（2）设计步骤①温度测量范围与输出电压、电源电压的确定温度测量范围为0~100℃，这时输出电压为0~+10V。电路中使用电压为+15V,基准电压为+5V。+15V电压经三端稳压器78L05得到+5V基准电压。河南城建学院课程设计报告4②热敏电阻与运算放大器的选用RT先用NTC型，25℃时电阻值为10KΩ,精度为±1%，材料常数B=3900的NTHH4G39A103F02热敏电阻。运算放大器选择用户FET输入型四运算放大器MC34084。③补偿电阻R4的稳定R4使R3的输出电压相对于温度变化为线性关系，其值在0~100℃的线性温度范围内。④电阻R1和R2及电容C1的确定+5V电源电压通过R4分压为R3提供工作电压。要据热敏电阻R3的散热常用数(mW/℃)判断，热敏电阻的电路电压为0.5V。R8阻值要足够小于(R3+R9)阻值，这里选择用68Ω。C1为滤除电源噪声的电容，选择用0.1μF/35V的陶瓷电容。⑤电阻R1,R2，R5,R9的确定R1,R2，R5,R9是使A2作为差分放大器工作的电阻，这里差分放大器的增益为1倍，R1，R2，R5,R9都用相同的阻值10KΩ。⑥电阻R10和R14的确定这些电阻决定温度为0℃时，A2输出电压为0V。0℃时A1输出电压为2.5V，令R14为100Ω用R14调整A2输出为0V，从而设定R10电阻值。这里计算得出R10阻值在250—1250之间，所以取值300。⑦电阻R6、R7和R15的确定这些电阻和A3构成反相放大电路，温度为50℃，A3将A2输出电压放大至5V。根据热敏电阻的特性，50℃时A2输出电压约为-2.4V。若将其放大至5V,则增益约-2倍。另外，R6变为A3的输入电阻。A2输出电流为5mA左右，因此，要比其足够小的电流来决定R6，这里，R6=10kΩ.另外，要根据奖-2.2~-2.6V电压入大至5V，即增益为了2.3~-1.9倍来决定其电阻值。⑧电源旁路电容C2和C5的确定。C2和C5滤除电源电路的噪声，消除布线电感带来的影响，这里选择用户0.1μF/35V的陶瓷电容。⑨R14和R15的调整。开始将(R6+R15)调到最大值，之后在温度为0℃时调节Rp1使A3输出电压为0V。其次，调节Rp2，当温度为50℃时，使A3输出电压为+5V。这样，输出电压与温度成比例。⑩电阻R11,R12的确定。由A4,R11,R12构成单限幅电压比较器，由于20℃时，电压U0=2V元器件选择择：R1~R6,均选择用金属腊电阻。RP1~RP2选小型合成膜电位器VB选N4007整流二极管VR由4只N4007桥接。2、电压比较器电路图3河南城建学院课程设计报告5由A4,R13,R14构成单限幅电压比较器，固定R13电位为+5V通过与放大后的电压信号比较并通过稳压二极管进行限幅，由此产生的高电平作为A\D转换器的工作电平,低于Ut=20V时A\D转换器不工作。3、A\D转换电路和译码显示电路ICL7106是一种3.5位A/D转换器。采用40脚DIP封装形式，其管脚排列如图4：1脚，Vcc为电源正极。2~8脚，d1,c1,b1,a1,f1,g1,e1为“个|”位的7段码输出。9~14，25脚，d2,c2,b2,a2,f2,e2,g2为“十”位的7段码输出。15~18，22~24脚，d3，b3，f3，e3，g3，a3，c3为“百”位的7段码输出。19脚，a4，b4为“千”位的a段码和b段码，因为“千’位只显示”1“，所以将显示器的a段和b段连接在一起，有19脚驱动。20脚，POL为负极性显示驱动端。21脚，BP为液晶显示器的背面公共电极的驱动端，简称“背极板”。26脚，Vss为电源负极。27脚，INT为积分器外接积分电容的输入端。28脚，BUFE为缓冲器的输出端，外接积分电阻。29脚，CAZ为外界自动调零电容。30脚，IN-为模拟信号（被测信号）的负极输入端。31脚，IN+为模拟信号的正极输入端。32脚，COM为模拟地。33，34脚，CREF-,CREF+为外接基准电容端。35，36脚，VREF-,VREF+为基准电压的负极，正极输入端。37脚，TEST为逻辑电路的共用地段，由于ICL7106的数字地（GND）未引出，可以将TEST端视为数字地。38~40脚，OSC1,OSC2,OSC3为外接震荡电阻和电熔端，外接阻容原件可构成两级反相式阻容振荡器，所采采用的典型时钟频率为48Khz.该数字电压表的基本量程为Vm=200Mv，R2和R3构成基准电压分压器，调节R2使VREF=Vm/2=100MV,满量程既定为200Mv，二者成1：2的关系。R1,C1为时钟振荡器的的RC网络；R4,C3为输入端阻容滤波电路，可以提高仪器的抗外界的干扰能力。C2,C4分别为基准电容和自动调零容；R5,C5分别是积分电阻和积分电容。图4河南城建学院课程设计报告6图5六、部分电路的仿真结果1、温度检测和放大器电路仿真图图62、电压比较器电路仿真图河南城建学院课程设计报告7