多路温度检测仪课程设计报告

《电子课程》课程设计总结报告题目：多路温度巡检仪指导教师：设计人员：学号：班级：日期：目录一．设计任务书................................................................................................................31.设计要求....................................................................................................................32.小组分工....................................................................................................................3二．设计框图和整机概述................................................................................................3三．各单元电路的设计方案及原理说明........................................................................41.温度检测及放大电路设计..........................................................................................42.A/D转换及数字显示电路的设计.............................................................................63.数字控制电路设计....................................................................................................8四．调试过程及结果分析................................................................................................91.首先进行温度检测放大电路调试...............................................................................92.逻辑控制电路调试.....................................................................................................103.数字电压表电路调试.................................................................................................10五．设计、安装及调试中的体会..................................................................................10六．对本次课程实际的意见及建议..............................................................................11七．附录..........................................................................................................................11第一路温度检测及放大一．设计任务书1.设计要求设计一个多路巡检仪，要求如下：能对三路温度巡检可对任意一路进行定点显示对测量温度进行数字显示测量温度范围0~150︒C测量精度+1︒C2.小组分工总体方案设计：电路板焊接：调试：报告撰写：二．设计框图和整机概述随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立进行温度检测和显示的系统已经应用于各个领域。而最初的温度检测是需要人工目测温度计进行的，这样不仅浪费人工，而且存在很大的误差，因此能够随时进行温度巡检的温度巡检仪的设计就是非常必要的。该巡检仪主要采用模拟电子电路实现。系统采用线性度较好的温度传感器AD590进行多路温度检测，不仅能将所测的环境温度进行定时巡回检测，而且保证了检测的精度。多路巡检仪主要包括四个部分，温度信号检测及放大部分、数字控制部分、A/D转换部分及数字显示部分。系统的工作原理是：温度将首先经过温度传感器和放大电路变成与温度成线性关系的电压信号，然后经数字控制电路送到A/D转换器，最后通过数字显示器显示出测量的温度。图1多路温度巡检原理框图数字控制电路A/D转换电路数字显示电路第二路温度检测及放大第三路温度检测及放大三．各单元电路的设计方案及原理说明1.温度检测及放大电路设计用于温度检测的常见温度传感器有热电阻、热电偶和半导体集成温度传感器．传统的温度检测用热电阻为温度敏感元件，虽然具有成本低的优点，但需要进行后续信号处理电路，且热电阻的可靠性相对较差，测量温度的准确度低，检测系统的精度差；热电偶传感器的价格低，但需冷端补偿，电路设计复杂，因此本次的课程实际我们选用了半导体集成温度传感器AD590。AD590的外形采用TO—52金属圆壳封装结构，具有体积小、重量轻、价格适中、线性度好、性能稳定，电路设计简单等优点，且适合远距离测量和传输，抗干扰性强。图2为AD590外形管脚排列图。它是一种二端元件，属于一种高阻电流源，其典型的电流灵敏度是1µA/K。其测温范围在一55︒C．~+150︒C之间，线性电流输出为lraA／K，当电压稳定度为l％时，所产生的误差只有土0．0l︒C，工作电压范围为4-30V，当温度变化时输出电流相应改变。根据设计要求，由于传感器的输出电流不足以进行A／D处理，需对信号进行转换和放大。本系统采用低失调、低漂移的运算放大器OP07作为信号放大和转换元件。OP07的输入失调电压温漂，／dT和输入失调电流温漂dA／dT都很小，分别为0．7mV／*C和12pA／~C，精度比较高，适用于直流及低速的微弱信号放大，转换速率低(0．17v／~)，内附相位补偿线路。温—压信号转换原理图如图3所示。图2AD590外形管脚排列图图3温—压信号转换原理图OP07简介：Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。特点：超低偏移：150μV最大。低输入偏置电流：1.8nA。低失调电压漂移：0.5μV/℃。超稳定，时间：2μV/month最大高电源电压范围：±3V至±22V图4OP07引脚图MC1403简介：2.5V精密串行电压基准输出电压:2.5V±1%输入电压范围:4.5V到40V静态电流:1.2mAtyp.输出电流:10mA图5MC1403引脚图因为运算放大器的反向输入端电位VN≈0V，故由基准源MC1403提供的电流I0为：I0==调节Rp1即可改变I0的大小。因为AD590输出的电流的温度灵敏度为lµA/K，而绝对温度与摄氏温度的关系为：K=T+273．15。设要测量的温度为T摄氏度，则流过AD590的电流It为：It=l×(T+273.15)=T+273．15流过反馈支路的电流If=It—I0=T+273．15一，可见要使If=T，只要调节电位器RPl即可，此时放大器输出电压为：Uo：(R2+Rp2)×If=(R2+RP2)×T若要得到l0mV／︒C的灵敏度输出，可选用R2=9．1kQ，RP2=2kQ．RP1为调零电位器，RP2为标定灵敏度电位器。要实现多路巡检，可采用以上多个相同的温度检测放大电路。2.A/D转换及数字显示电路的设计随着大规模集成电路制造技术的不断发展，各种大规模集成A／D转换器相继出现。ICL7107是目前广泛应用于数字测量系统的一种3位A／D转换器。它采用的是双积分原理完成A／D转换，全部转换电路用cMos大规模集成电路技术设计，具有功耗低、精度高、功能完整、使用简单等特点，是一种集三位半A／D转换器、段驱动器、位驱动器于一体的大规模专用集成电路，其主要特点为：(1)能够直接驱动共阳极LED数码管，不需要另加驱动电路和限流电阻。(2)采用±5V双电源供电。(3)功耗小于15roW，最大静态电流为1．8mA。(4)段驱动电流的典型值为8mA，最小值为5mA。(5)显示器可采用7段共阳极数码管。ICL7107采用DIP-40封装，管脚排列如图6所示。各管脚功能如下：图6ICL7107引脚排列图图7是由ICL7107组成的三位半数字电压表电路，它可作为温度显示电路．ICL7107显示的满量程电压与基准电压的关系为：Vm=2Vref。若将Vref选择为100mV，则可组成满量程为200mV的电压表。只要把小数点定在十位，即可直接读出测量结果。由于ICL7107没有专门的小数点驱动信号，使用时可将共阳极数码管的公共阳极接+5V，小数点接GND时点亮，接一5V或悬空时灭。在图5中，Rl、C1分别为振荡电阻和振荡电容。R2与R3构成基准电压分压器，调整R2的值可以改变基准电压，使Vref口=100mV，R2采用精密多圈定位器．R4、C3为模拟信号输入端高频滤波电路，以提高仪表的抗干扰能力。C2、C4分别为基准电容和自动调零电容。R5、C5为积分电阻和积分电容。为了提高测量温度的精度，本电路输入满量程2V的电压信号，为此，输入端另加一分压网络以扩大量程。图7温度显示电路3.数字控制电路设计选用多路模拟开关CD4051对多路温度进行巡回检测显示。CD4051的开关漏电流为0．08hA，而信号源的线性电流为lµA/K，因此CD405l的开关漏电流对于信号源的影响可以忽略不计。需说明的是：l片CD405l可完成l路---8路模拟信号的输入选择与切换，64路模拟量就需要8片CD4051完成。即可用多片CD4051实现多路控制。以四路为例，要实现其循环检测，只需将CD4051的译码输入端最高位C端接地即可，图8为四路巡回检测控制电路。图中555定时器组成的多谐振荡器产生的时钟脉冲，其输出频率f=，调节电位器Rp即可改变巡回显示的时间长短。为了使温度值有稳定的显示，输出脉冲不得小于4s。CD403l组成一个二位二进制计数器，计数器的输出不但可作为八选一多路模拟开CD4051的地址线输入，而且可经译码、显示，给出检测的是第几路。当按下开关S时，计数器脉冲被封锁，计数器保持状态不变，可实现定点显示。图8四路巡回检测控制电路CD4013简介：CD4013是一双D触发器,由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和Q及Q输出，此器件可用作移位寄存器，且通过将Q输出连接到数据输入，可用作计算器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。图9CD4013引脚图四．调试过程及结果分析1.首先进行温度检测放大电路调试将AD590的金属壳部分放入0︒C的冰水中（注意AD590的引脚不要短接），调节电位器Rp1，测量运算放大器输出电压为0V，然后将AD590放入100︒C的沸水中，调节电位器Rp2，测量运算放大器输出电压为1