基于AD590的溫度測量電路設(shè)計

1、課 程 設(shè) 計 報 告論文題目： 溫度測量電路設(shè)計 學(xué)院（系）： 班 級： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號 指導(dǎo)教師： 時間： 基于AD590的溫度測量電路設(shè)計 摘要：給出了一種數(shù)字式溫度測量電路的設(shè)計方案，該設(shè)計是基于溫度傳感器AD590、集成放大芯片LM324、12位4路A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS7841、以及單片機STC89C51來實現(xiàn)的。文章詳細介紹了該系統(tǒng)的總體設(shè)計方案以及模擬電路部分的硬件設(shè)計及調(diào)試方法。關(guān)鍵詞：溫度測量系統(tǒng)；傳感器；放大電路正文： 1.原理與總體方案 電路中，用AD590獲取溫度信號。根據(jù)AD590的數(shù)據(jù)手冊可以知道，在正常工作的情況下，AD590的電流變化1A，相當于環(huán)境溫度變化

2、1攝氏度，當環(huán)境溫度為0攝氏度的時候，AD590產(chǎn)生273A的電流。AD590經(jīng)過10K的電阻串聯(lián)后，在電阻的兩端產(chǎn)生（2.73+T）V的電壓，該電壓經(jīng)過由LM324構(gòu)成的差分放大電路后，調(diào)整為05V的電壓，然后由ADS7841轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送給單片機STC89C51，進行數(shù)碼顯示。設(shè)計的具體方案流程圖如圖所示： AD590基于1N4728產(chǎn)生的2.73V調(diào)零電壓LM324構(gòu)成的三運放高共模抑制比放大電路2.733.73V2.73V05V送ADS7841圖1.1.0 2.硬件設(shè)計：具體的電路圖如圖所示，AD590工作在5V的電源下，產(chǎn)生273373A（0100攝氏度）的電流，經(jīng)過R1的分壓過

3、后，轉(zhuǎn)換為2.733.73V的電壓，經(jīng)過一個由LM324構(gòu)成的跟隨器后，送至三運放放大電路的一端（設(shè)這個電壓為U0）。穩(wěn)壓管1N4728可以將5V的電源穩(wěn)壓成為3.3V，再經(jīng)1K的滑動變阻器R7分壓后，產(chǎn)生2.73V的電壓（U1），送至三運放放大電路的另一輸入端。由三運放的放大關(guān)系可知：Uout=U0-U1=，其差模增益Kd為：，因此，可以通過調(diào)節(jié)5K的滑動變阻器R8的阻值，來調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。經(jīng)過該三運放，實現(xiàn)了電壓的相減和調(diào)節(jié)，從而將電壓調(diào)整為A/D芯片的標準工作電壓。Ui1Ui0圖1.1.1 3.調(diào)試本電路的調(diào)試主要是針對調(diào)零電壓的調(diào)整和放大倍數(shù)的調(diào)整。具體的調(diào)整步驟和方法如下:3.1電路板

4、的檢查檢查電路板的焊接是否正確，有無虛焊、錯焊以及漏焊，各電阻的阻值是否正確，集成運放LM324的管教是否連接正確，以及AD590和1N4728的連接是否有誤。在該次調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)有一電阻接錯，后仔細對照圖紙檢查，重新焊接正確。3.2各關(guān)鍵點電壓的測量分別測量各關(guān)鍵點的電壓值，檢查電路工作是否基本正確。實際測得，U0=2.81V，U1=2.63V,Uout=3.8V，溫度改變，U0變化，但是輸出不變。分析后發(fā)現(xiàn)，原來最后一個放大器U2D的反饋電阻接到了+端，所以導(dǎo)致輸出電壓值恒定不變，于是將電阻重新焊接。3.3調(diào)節(jié)調(diào)零電壓調(diào)零電壓的調(diào)節(jié)是通過改變1K的滑動變阻器R7的阻值來實現(xiàn)的，因為0攝氏度的

5、時候，AD590產(chǎn)生237A的電流，所以，應(yīng)調(diào)節(jié)R7使U1為2.73V。但是調(diào)節(jié)后發(fā)現(xiàn)，當AD590置于冰水混合物中的時候，輸出Uout的電壓不為0。分析得知，由于AD590本身的誤差和實際電路存在的誤差，導(dǎo)致AD590在0攝氏度的時候輸出電流不為237A，再次調(diào)節(jié)R7至2.54V的時候，發(fā)現(xiàn)輸出為0V。調(diào)好后，用石蠟將R7封號。3.4調(diào)節(jié)放大倍數(shù)調(diào)節(jié)放大倍數(shù)是通過改變5K的滑動變阻器R8的阻值來實現(xiàn)的，分析得知，放大5倍較為合適，調(diào)節(jié)好后，亦用石蠟封住R8。4.測試與分析4.1測試環(huán)節(jié)將溫度傳感器AD590置于26攝氏度的常溫下，測量輸出電壓為1.31V，經(jīng)計算，發(fā)現(xiàn)放大關(guān)系正確，改變溫度至

6、50攝氏度，測出輸出電壓為2.49V，放大正常。再改變溫度至80攝氏度的時候，發(fā)現(xiàn)輸出電壓為3.8V，與放大關(guān)系不符，分析發(fā)現(xiàn)，原因是LM324工作在5V的電壓下，由于本身的放大局限，放大器的輸出一般要小于電源電壓，所以，基本上3.8V已經(jīng)達到了LM324的最高輸出值。若要使輸出電壓增大，則需要為LM324提供更高的電壓。分析發(fā)現(xiàn)，溫度變化1攝氏度，輸出電壓對應(yīng)變化0.05V。4.2方案比較在確定本方案之前，還設(shè)計了兩個方案，現(xiàn)比較各自的優(yōu)缺點如下：方案一電路圖如圖所示：圖1.1.2該方案使用了正負雙電源，能夠提供較大的放大倍數(shù)，且能夠測量0攝氏度一下的溫度，但是，它包含了微分和積分環(huán)節(jié)，而積

7、分環(huán)節(jié)雖然能夠消除純比例調(diào)節(jié)器固有的凈差問題，但是積分器的積分作用動作緩慢，在偏差剛出現(xiàn)時，積分器輸出很若，不能及時克服擾動影響，被調(diào)參數(shù)的動態(tài)偏差增大，調(diào)節(jié)過長拖長。而純微分環(huán)節(jié)無法克服凈差，當偏差信號變換緩慢時，經(jīng)長時間的積累到達相當大時，微分作用也無能為力。另外，該電路將放大部分單獨做了，其實可以在差分部分就可以實現(xiàn)放大功能。因為電源已經(jīng)設(shè)計為5V，再加之其積分和微分環(huán)節(jié)的不足，所以，放棄此方案。方案二該方案采用了差分放大電路，亦用穩(wěn)壓管1N4728和一個滑動變阻器產(chǎn)生2.73V的調(diào)整電壓，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器R8和R9的阻值，調(diào)節(jié)放大比例，其余幾個放大器均為跟隨器作用。圖1.1.4 該方

8、案能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)大和調(diào)零作用，也工作在5V的電壓下，但是在調(diào)節(jié)方面不好操作，因為反饋端和接地端的電阻要求相等，所以，需同時調(diào)節(jié)R8和R9，在調(diào)節(jié)上面不好操作，且三運放具有更好的共模抑制比能力。所以放棄了此方案。 4.3分析 本設(shè)計采用了目前廣泛應(yīng)用的高共模抑制比放大電路。它由三個集成運算放大器組成，其中U2B、U2C為兩個性能一直（主要指輸入阻抗、共模抑制比和增益）的同相輸入通用集成運算放大器，構(gòu)成平衡對稱差動放大輸入級，U2D構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級，用來進一步一直U2B、U2C的共模信號，并適應(yīng)接地負載的需要。 當U2B、U2C性能一致時，輸入級的差動輸出及其差模增益只與差模輸入電壓有關(guān)，

9、而其共模輸出、失調(diào)及漂移均在R8兩端相互抵消，因此電路具有良好的共模抑制能力，同時不要求外部電阻匹配。但為了消除U2B、U2C偏置電流等的影響，通常取R2=R3。另外，這種電路還具有增益調(diào)節(jié)能力，調(diào)節(jié)R8可以改變增益而不影響電路的對稱性。 5.結(jié)束語 本方案能夠?qū)崒囟葌鞲衅鞯碾妷恨D(zhuǎn)換、調(diào)零、以及放大功能，具有工作電容易獲得、放大比例調(diào)節(jié)方便、共模抑制比高、同時不要求外部電阻匹配的優(yōu)點，能夠?qū)囟葌鞲衅鞯牡玫降碾娏餍盘?，轉(zhuǎn)換成為AD芯片的標準輸入電壓，具有較高的實用性。 通過本次課程設(shè)計，我更深入地了解了一個放大電路的設(shè)計過程，學(xué)習(xí)了AD590的工作方式和用LM324設(shè)計放大電路的方法，加深了對三運放高共模抑制比放大電路的理解，深刻體會了電路板焊接中的各種技巧。參考文獻：1張國雄主編. 測控電路M.天津大學(xué)：機械工業(yè)出版社，2008。2何希才主編.常用傳感器應(yīng)用電路的設(shè)計與實踐M.北京