課程設(shè)計數(shù)顯鉑電阻溫度測量儀

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

2、采用八位單片機作為控制芯片3、測溫傳感器采用PT1004、對應(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、要求可以通過鍵盤設(shè)置參數(shù)如：溫度上下線報警值7、具有聲光報警功能8、采用線性電源，AC220V±15%供電1.3 設(shè)計目的1了解溫度采集傳感器Rt100的工作原理，掌握其工程設(shè)計實用方法。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)計構(gòu)建方法。3. 掌握電子電路系統(tǒng)設(shè)計的基本方法，培養(yǎng)提高綜合利用多學(xué)科相關(guān)知識進行初步工程設(shè)計與實際裝調(diào)系統(tǒng)電路的能力。第二章 設(shè)計方案及設(shè)計原理2.1 設(shè)計方案本方案的設(shè)計電路由穩(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)動發(fā)光二極管顯示），共陽數(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)計具體電路時，要針對ICL7107進行合理的設(shè)計。而電阻/電壓轉(zhuǎn)換電路由運放電路組成，Pt100是電阻/電壓轉(zhuǎn)換電路的核心部分。該方案的設(shè)計方框圖表示如下：圖1.基于ICL7107的溫度測量控制原理方框圖2.2 設(shè)計原理鉑金屬溫度傳感器的電阻值會隨著外界溫度的變化而變化，并且近似為線性關(guān)系。利用這種線性關(guān)系，可以組成溫度測量電路。

4、從這個電路中將會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。溫度測量電路模塊輸出的電壓信號的伏值一般較小，不能直接用于后續(xù)電路模塊的輸入信號。因此，要在溫度測量電路模塊后面加上電壓放大電路。將溫度測量電路輸出的帶有當(dāng)前溫度特征的電壓信號進行放大，使得其輸出的電壓伏值能夠滿足后續(xù)電路模塊的輸入要求。放大電路模塊輸出的電壓信號分為兩路：一路直接用于數(shù)字顯示電路模塊的輸入信號，從而得到直觀的溫度數(shù)據(jù)。另一路將輸出的電壓信號作為繼電器驅(qū)動電路模塊中的電壓比較器的一個輸入信號。溫度控制電路模塊的輸出電壓信號也分為兩路：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)動電路模塊中的電壓比較器的另一個輸入端，與放大電路模塊輸出的電壓信號進行比較,從而由這兩路輸入的電壓信號決定電壓比較器的輸出電壓信號。電壓比較器的輸出電壓信號由其兩路輸入電壓信號所決定。當(dāng)兩路輸入信號的輸入電壓不相等時，則蜂鳴器驅(qū)動電路模塊工作，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)兩路輸入信號的輸入電壓相等時，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所決定，并且其輸出顯示的段碼數(shù)字與輸入的電壓信號呈一定的線性關(guān)系。這樣就可由其輸入的電壓信號的伏值大小來

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)溫度超過設(shè)定值時，進行聲光報警，并通過三極管供壓放大帶動風(fēng)扇進行降溫處理。第三章 單元電路設(shè)計與分析3.1 主要芯片簡介3.1.1 集成運放LM324LM324是四運放集成電路（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算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖3所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端

7、的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。 圖2 LM324管腳連接圖 圖3 運算放大器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)動器、參考源和時鐘系統(tǒng)。ICL7107可直接驅(qū)動發(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)換誤差小于一個字。真正的差動輸入和差動參考源在各種系統(tǒng)中都很有用。在用于測量負載單元、壓力規(guī)管和其它橋式傳感器時會有更突出的優(yōu)點。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電阻鉑Pt100，它廣泛用于化工、冶金、熱電等測溫領(lǐng)域。當(dāng)溫度發(fā)生變化時，鉑電阻的阻值會發(fā)生變化，而鉑電阻的阻值又與溫度呈現(xiàn)一一對應(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 控制測量電路本實驗用到的主要是電壓比較器，電路圖如下：圖6 控制測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)切換開關(guān)K置于1擋時，儀表顯示測量溫度值；(2)置于2擋時顯示設(shè)定溫度。(3)當(dāng)測量溫度值低于設(shè)定溫度值時，8管腳輸出高

9、電平，發(fā)光二極管不工作。當(dāng)測量溫度高于設(shè)定溫度時。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)溫度測量完之后，要通過顯示電路將測量值顯示出來。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)碼管采用共陽極接法，即陽極接到電源正極，其余的各個管腳與ICL7107的管腳一一對應(yīng)連接。圖8 共陽極數(shù)碼管顯示電路3.2.5 聲光報警電

10、路聲光報警電路主要由發(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)動小風(fēng)扇和蜂鳴器工作。其工作原理如下：(1)當(dāng)測量溫度低于設(shè)定溫度時，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)測量溫度高于設(shè)定溫度時，二極管導(dǎo)通，三極管導(dǎo)通，b極的電流經(jīng)過放大驅(qū)動蜂鳴器和小風(fēng)扇工作。其電路圖如下圖9所示： 圖9 聲光報警電路第四章 設(shè)計總結(jié)4.1 體會與總結(jié)通過本次電子電路綜合設(shè)計，完成了溫度測量數(shù)顯控制儀的設(shè)計實現(xiàn)。在自己的努力以及同學(xué)幫助下，完成了設(shè)計任務(wù)。經(jīng)過本次設(shè)計，我對綜合電子電路的設(shè)計有了一定的理解，并且綜合運用模電和數(shù)電中學(xué)到的