LM35与ICL7107数字温度计设计.doc

1、1 1 电路的设计数字温度计电路原理系统方框图，如图 1.1.温度采集 电压放大 AD 转换数码管驱动温度显示图 2.1 电路原理方框图通过温度传感器 LM35 采集到温度信号，经过整形电路送到 A/D 转换器，然后通过译码器驱动数码管显示温度。ICL7107 集 A/D 转换和译码器于一体，可以直接驱动数码管，省去了译码器的接线，使电路精简了不少，而且成本也不是很高。ICL7107 只需要很少的外部元件就可以精确测量 0 到 200mv 电压，LM35 本身就可以将温度线性转换成电压输出。综上所述，采用 LM35 采集信号，用 ICL7107 驱动数码管实现信号的显示。2 电路原理及其电路组

2、成数字温度计的设计原理图见附录 1。它通过 LM35 对温度进行采集，通过温度与电压近乎线性关系，以此来确定输出电压和相应的电流，不同的温度对应不同的电压值，故我们可以通过电压电流值经过放大进入到 A/D 转换器和译码器，再由数码管表示出来。2.1 传感电路LM35 具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与摄氏温度线性成比例。因而，从使用角度来说，LM35 与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处，LM35 无需外部校准或微调，可以提供1/4 的常用的室温精度。LM35 具有以下特点：（1）工作电压：直流 430V；（2）工作电流：小于133A（3）输出电压：+6V-1.

3、0V（4）输出阻抗：1mA 负载时0.1；（5）精度：0.5精度（在+25时）；（6）漏泄电流：小于60A；2 （7）比例因数：线性+10.0mV/ ；（8）非线性值：1/4 ；（9）校准方式：直接用摄氏温度校准；（10）封装：密封TO-46 晶体管封装或塑料TO-92 晶体管封装；（11）使用温度范围：-55+150 额定范围传感器电路采用核心部件是 LM35AH，供电电压为直流15V 时，工作电流为120mA，功耗极低，在全温度范围工作时，电流变化很小。电压输出采用差动信号方式，由2、3 引脚直接输出，电阻R 为18K 普通电阻， D1、D2 为1N4148 。传感器电路原理如图2.1.采

4、样值的准确量化是温控电路正常工作的关键，这里采用以下换算办法来进行量化。设经过信号调理后的电压为Ui，则 VUi1010已知10V 对应的温度为55，10V 对应的温度为 125，易求得比例因数Kt0.111V/。温度为0时， T55（即相对于55的变化量）。VUi1图 2.1 传感器电路原理图 VVKtTVUi 895.31.05110 Ui 转换为数字量后，每个数字量对应电压值为4.883mV，（由12 位AD，满量程20V 可得），用Ks 表示。可求得数字量变化与温度变化的对应关系：3 （0.111V/）/（4.883mV/数字量）22.73 数字量/ Kst当0时， AD 输出的数字量

5、 D0 = 0+5522.73 数字量/ 125004E2H。温控电路由传感器电路、信号调理电路、A/D 采样电路、单片机系统、输出控制电路、加温电路构成。电路基本工作原理：传感器电路将感受到的温度信号以电压形式输出到信号调理电路，信号经过调理后输入到A/D 采样电路，由A/D转换器将数字量值送给单片机系统，单片机系统根据设计的温度要求判断是否需要接通加温电路。2.2 温度信号采集电路Op07 芯片是一种低噪声，非斩波稳零的单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 OP-07A 最大为 25V），所以 OP-07 在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07 同时具

6、有输入偏置电流低（OP-07A 为2nA）和开环增益高（对于 OP-07A 为 300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得 OP-07 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。OP07 具有以下特点：超低偏移： 150V最大 。(1)低输入偏置电流： 1.8nA 。(2)低失调电压漂移： 0.5V/ 。(3)超稳定，时间： 2V/month最大(4)高电源电压范围： 3V 至22V它的引脚图如图 2.2 所示。图 2.2 OP-07 引脚图OP-07 芯片引脚功能说明：1 和 8 为偏置平衡(调零端)，2 为反向输入端，3 为正向输入端，4 接地，5 空脚 6 为

7、输出，7 接电源+。OP-07 高精度运算放大器具有极低的输入失调电压，极低的失调电压温漂，非常低的输入噪声电压幅度及长期稳定等特点。1 8 2 73 64 54 由 LM35 和 OP-07 组成的信号采集电路如图 2.3 所示：图 2.3 信号采集电路由输出短路法及输入求和方式可判断该电路是电压并流负反馈放大电路。因此可知If=-Vi/Rf，反馈系数 F=If/Vo，所以 F=-1/R3A=Vo/Ii，放大倍数 AF=A/（1+AF）2.3 A/D 转换电路ICL7107 是高性能、低功耗的三位半 AD 转换器，同时包含有七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统。ICL7107 可直接驱动

8、共阳极 LED 数码管。ICL7107 将高精度、通用性和真正的低成本很好的结合在一起，它有低于 10uV 的自动校零功能，零漂小于1uV/，低于 10pA 的输入电流，极性转换误差小于一个字。真正的差动输入和差动参考源在各种系统中都很有用。在用于测量负载单元、压力规管和其它桥式传感器时会有更突出的特点。ICL7107 转化器原理图如图 2.4 所示。其中计数器对反向积分过程的时钟脉冲进行计数。控制逻辑包括分频器、译码器、相位驱动器、控制器和锁存器。驱动器是将译码器输出对应于共阳极数码管七段笔画的逻辑电平变成驱动相应笔画的方波。5 图 2.4 ICL7107 转化器原理图控制器的作用有三个：第

9、一，识别积分器的工作状态，适时发出控制信号，使各模拟开关接通或断开，A/D 转换器能循环进行。第二，识别输入电压极性，控制 LED 数码管的负号显示。第三，当输入电压超量限时发出溢出信号，使千位显示“1“ ，其余码全部熄灭。钓锁存器用来存放 A/D 转换的结果，锁存器的输出经译码器后驱动 LED 。它的每个测量周期自动调零（AZ） 、信号积分（INT）和反向积分（DE）三个阶段。双积分型 A/D 转换器的电压波形图如图 2.5 所示图 2.5 双积分型 A/D 转换器的电压波形图ICL7107AD 转换器的管脚排列及其各管脚功能如图 2.6 所示。6 1 V+ OSC1 402 D1 OSC2

10、 393 C1 OSC3 384 B1 TEST 375 A1 REF HI 366 F1 REF LO 357 G1 CREF+ 348 E1 CREF 339 D2 COMMON 3210 C2 I CL7107 IN HI 3111 B2 IN LO 3012 A2 A-Z 2913 F2 BUFF 2814 E2 INT 2715 D3 V- 2616 B3 G2 25 17 F3 C3 2418 E3 A3 2319 AB4 G3 2220 POL GND 21图 2.6 ICL7107 管脚排列ICL7107 是集 A/D 转换和译码器为一体的芯片，而且这芯片能够驱动三个数码管工作

11、而不需要更多的译码器，这给我们连接电路或者分析电路提供了一定的方便。ICL7107芯片的管脚比较多，每一个管脚所代表的功能也各不相同，能够组成各种电路，比如说有积分电路。这要求我们在接电路时要小心，不能出现错误。2.4 数码管显示数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阴极是把所有 LED 的阳极连接到共同接点com，而每一 LED 的阴极分别为 a,b,c,d,e,f,g 及 sp（小数点） ，它的内部结构图如图 2.7 所示。7 a GbcdefgSP图 2.7 共阳极数码管内部结构 在本次设计当中，由于 ICL7107 的特点，它只能驱动共阳极数码管，故我们要选用共阳极七段数码管。在连接数码

12、管时，我们要注意数码管各个管脚所对应的字母，不能接错或接漏，而且在管脚之前要接上电阻，以免烧坏芯片和数码管。3 调试与总结3.1 调试与测量数据我们要通过调试电路来发现设计电路的相关内容。（1）按照电路图对相关元件进行连接，其中注意芯片各管脚的作用以及该如何进行接线。（2）当上步骤完成后，接通电源，观察数码管和二极管是否亮，若不亮时，要对电路电源进行检测，看是否线路接触不良或者电路短路。（3） （2）完成之后，观察数码管是否显示数值，然后改变 LM35 的温度值，观察数码管是否随着温度变化而变化。（4）若数码管数值与温度值相差太大，则要检查信号采集电路中各元件值是否对。为了验证设计电路的正确性

13、以及它的实验数据，我们对实物进行验证。用带有温度测量的数字万用表和本次设计的电路对相同温度下物体进行相应的测量并绘成表格进行比较。如表 3.1。数字万用表 数显温度计测 量工 具测 量环 境8 室温 21.0 21.1冷水袋 15.1 15.2温水袋 52.0 52.1表 3.1 万用表与设计电路数据的比较由上表的数据可以得出，本系统的误差1,分辨率为 0.1。3.2 设计总结采用 LM35、A/D 转换器、译码器和数码管。通过温度传感器 LM35 采集到温度信号，经过整形电路送到 A/D 转换器，然后通过译码器驱动数码管显示温度。在这次设计当中，初步了解了 AD 转换器的工作原理以及数码管的

14、连接方法。在这个设计中，信号采集电路比较重要，要对电路中各个元件数值进行精确的计算，防止电路输出变化太大，对测量不利。4 心得体会数电课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在短短的两个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次数电课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与

15、实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做数电课程设计，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的9 理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋； 正所谓“三百六十行，行行出状元” 。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。10 设计电路总图