1、电子电路实验设计总结报告院系：*班级：*学号：*姓名：*指导教师：*日期：*目录1.方案论证 .41.1 设计题目及要求 .42、系统概述与方案分析 .42.1 设计方案及比较 .42.2 工作原理 .53、模块电路设计与分析 .53.1 温度采集及电阻电压转换模块 .53.2 控制模块 .63.3 A/D 转换器 .73.4 显示模块 .83.5 声光报警及风扇启动模块 .94、装调测试过程 .94.1 安装过程及对安装过程中出现的问题进行解决 .94.2 测试数据及调试过程 .104.3 将仪器测量温度的范围改为-40 50，重新设计 .105、实验结果分析 .115.1 实验结果分析 .
2、115.2 系统评估、遇到的问题和解决方法 .115.3 实验心得 .11附录一、整体电路 .12附录二：元件清单 .13附录三：参考文献 .13摘 要：温度测控是日常生活和工程领域经常需要解决的问题，在冷库、制冷设备、粮食储备等精度要求不特别高的场合，经常采用铂电阻来实现温度的采集与控制调节。本系统采用 Pt100 做为传感元件进行温度检测，由运放将电阻变化转换为电压的变化，同时利用电位器作为控制电压输入，最终通过ICL7107 显示控制与测量的温度。本系统具有控制方式简单，通过按键即可进行测量温度与控制温度的切换的优点。同时，实现了超过控制温度进行声光报警和启动风扇降温措施两种动作，对于测
3、量温度精度不太高的场所完全满足实用需求。关键词：温度测量；Pt100；1、方案论证1.1、设计题目及要求1、设计题目：温度测量数显控制仪的设计实现 2、设计任务与要求：总体要求：设计一个可在一定温度范围内进行温度测量与控制的温度测量数显控制仪具体要求：1、测量温度的范围为-502002、能够对温度进行数字显示（可显示温度测量值和设定温度值两种）3、实现测量误差为14、当温度超过某一温度上限值时（如 30）能声光报警，并启动小风扇降温5、将仪器测量温度的范围改为-4050，重新设计2、系统概述与方案分析2.1、设计方案及比较方案一：利用 STC89C51 作为主控制器进行系统设计。该方案由以下几
4、个模块组成：温度采集模块、电阻电压转换模块、控制模块、MCU STC89C51 最小系统模块、显示模块、声光报警及风扇启动模块。STC89C51 自带 AD 可以直接进行电压采集，将控制温度与检测温度采集到单片机内，在数码管显示部分可利用动态扫描显示。声光报警与风扇启动可通过程序设定。该方案的功能模块图如下：优点：电路简单，控制灵活，精度高MCUSTC89C51温度采集模块显示模块电阻电压转换模块声光报警及风扇启动模块控制模块缺点：需要进行程序编写，经济性差，显示模块需要外加驱动电路方案二：该方案中电路可由温度采集、电阻/电压转换器、A/D 转换器、控制电路和显示电路组成。温度采集传感器采用热
5、敏类电阻铂 Pt100，A/D 转换器用 ICL7107（双电源5V 供电, 适合驱动发光二极管显示） ，采用共阳极数码管显示。该方案功能模块图如下：优点：电路简单，不需要程序的编写，调试简单缺点：精度较差，稳定性较差经过比较，由于方案二容易实现，不需要编程，只需硬件部分即可，同时由于实验室提供器件限制，选择方案二。2.2、工作原理铂 Pt100 作为温度传感元件，随着温度的增加阻值变大，并且近似为线性关系，利用这种近似关系可组成温度测量电路。经过放大电路可以将微弱阻值的变化转换为变化明显的电压的变化,通过 A/D 转换器 ICL7107 进行电压采集后显示，ICL7107 能直接驱动共阳极
6、LED 数码管，不需要另加驱动器件。在控制电路中采用变阻器分压来设置控制温度，也是用 ICL7107 进行采集电压并显示。温度测量与控制是通过开关的切换来实现的。在声光报警与风扇启动电路中，通过电压比较器将测量电压与设置电压进行比较，当测量电压高于设置电压后比较器输出低电平使声光报警与风扇启动电路进入工作状态。 3、 模块电路设计与分析3.1、温度采集及电阻电压转换模块Pt100 在-50200内电压范围变化为 80.31175.84，其电阻与温度的关系如表 1 所示，线性度由曲线图可以看出 Pt100 有较好的线性度，电阻的变化可以较准确的反映出温度的变化。温度 -50 -25 0 25 5
7、0 75 100 125 150 175 200温度采集模块电阻电压转换器A/D 转换器控制电路显示电路比较器声光报警及风扇启动降温电路电阻 80.31 90.19 100 109.73 119.4 128.98 138.5 147.94 157.31 166.61 175.84表 1.图 1.温度电阻变化曲线运放采用正向比例放大电路（与反向比例放大电路相比具有输入阻抗大的优点） ，运放正极端输入为 0.3V，Uo=(1+Rpt100/R7) Uin+采用电阻 R7=33，由上式计算得出输出电压为 1.03V（温度-50时）和1.90V（温度 200时） 。在电阻电压转换电路后增加电压跟随器加
8、强电阻电压转化器的带载能力。电路形式如下图。图 2.温度采集及电阻电压转换电路3.2、控制模块控制模块通过电阻分压电路实现，控制信号经开关切换电路输出到 A/D 转换芯片 ICL7107 进行显示。电路形式如下：图 3.控制电路3.3、A/D 转换器A/D 转换器电路采用三位半双积分型 A/D 转换器 ICL7107，其显示最大示数范围为1999，最小分辨率为 0.1mV，转换精度为 0.051 个字，完全满足实验的要求指标。同时 ICL7107 还具有直接驱动共阳极数码管的能力，无需另加驱动器件，使整机电路简化，采用5V 两组电源供电。典型电路如下：图4.ICL7107 典型电路图 5.A/
9、D 转换器 7107 电路A/D 转换电路主要调节 Vref-与 Vin-的电压值，通过公式；refrfinVCOUNT-10i带入（V in，COUNT）=（1.03，-50）,(1.90,200)以及 Vref-=0，可以计算出 Vref-=1.204V ； Vin-=3.48Vref- 以及 Vin 是通过电阻分压得到。电阻阻值选择为 500.3.4、显示模块由于本系统采用 A/D 转换器 ICL7107 实现 LED 的驱动显示功能，因此显示部分只能用 4*一位共阳极数码管。阳极通过限流电阻接到+5V 电压。LED 点亮时流过电流约为 10mA30mA， ,因此电阻选用 200.205
10、mVA图 6.显示电路3.5、声光报警及风扇启动模块控制电压与温度测量电压经过电压比较器，电压比较器输出的高低点平控制声光报警及风扇的动作。实验室提供三极管为 PNP 型，因此输出低电平时进行声光报警与风扇启动。具体电路如下：图 7.声光报警及风扇启动电路4、装调测试过程4.1、安装过程及对安装过程中出现的问题进行解决在设计好整体电路后，进行焊接调试。4.11、电路焊接由于数码管由四个 1 位共阳极数码管组成，引脚较多，因此不可避免的需要飞线，但飞线昌盛的干扰较小，可以直接进行飞线，减少布置线路的工作量。其他电路较简单焊接较容易。4.12、显示电路部分测试在焊接好显示电路部分后进行测试。利用万
11、用表的短路档，正极端接ICL7107 的电源引脚，负极端分别与 220，2225 引脚接触，测试数码管的相应段是否变亮，经测试发现 A2 与 B2 段一起亮，检查电路后发现 A2,B2 短路。4.13、温度采集电路部分测试焊接好温度采集部分后进行测试，由于实验室条件限制，难以制造-50以及 200的环境，因此用 200 的电位器代替 Pt100，将变阻器调节到 Pt100 在-50时对应的电阻值 80.31，经测量电阻电压转换运放的输出电压为 1.067V，跟随器输出电压也为 1.067V，与理论值 1.03 接近，电路正确。将电阻值调节到Pt100 在 200时对应的阻值 175.84，经测
12、量输出电压为 1.845V，与理论值1.90V 接近。由此得出温度采集部分电路正确。4.14、控制电路部分及比较器电路部分测试焊接好控制电路后，给系统接电源，控制部分输出电压 05V 电压变化，符合理论，控制电路部分正确。将控制部分输出电压调节为 1.4V，然后调节200 电阻，使电压比较器输出高低电平，经测量输出高电平 3.84V，输出低电平为 0.806V，输出电平状态正确。4.15、声光报警及风扇启动电路测试在比较器输出高低电平的状态下对电路进行测试，经测试后发现无论比较器输出高电平还是低电平蜂鸣器均不响。经测量比较器输出低电平时，三极管基极电压为 3.62V，分析得知，蜂鸣器为压控器件
13、，将蜂鸣器接在集电极与地之间会出现电压拉高的情况，因此将蜂鸣器改接在正电源与三极管发射极之间，在经过测试问题解决。4.16、各模块的联调将各模块焊接调试正确后进行连接，连接后通电数码管有显示，且 ICL7107输入电压与运放输出电压相同。4.2、测试数据及调试过程将各模块调试好后，进行数据的测量。将 200 电阻调节为 80.31，测的ICL7107 输入电压为 1.067；将 200 电阻调节为 175.84，测的 ICL7107 输入电压为 1.845V。根据公式 ，将测量数据refrfinVCOUNT-10i（V in，COUNT）=（1.067，-50）,(1.845,200)以及 V
14、ref-=0，代入公式得：Vin-=1.223V；V ref+=3.112V经调节电位器将 Vin-调节到 1.223V，将 Vref+调节到 3.112V 显示为 200，再将电阻调节到 109.73，显示为 27，误差有 2。将 200 电阻换为 Pt100 上电显示为 32，在经过调节 Vin-和 Vref+将温度调节实际室温，最终实现功能。4.3、将仪器测量温度的范围改为-4050，重新设计将仪器测量范围改为-4050，只需对 Vref+和 Vin-进行修正。通过温度电压曲线计算出-40对应的阻值 得出 Pt100 对应电阻值为961.382.0xy84.667。将 Pt100 换接为 200 电阻，同时将阻值调节为 84.667，测量输出电压为 1.094V，将阻值调节为 50对应的阻值 119.40，经测量输出电压为1.315V根据公式 ，将测量数据refrfinVCOUNT-10i（V in，COUNT）=（1.094，-40）,(1.315,50)以及 Vref-=0，代入公式得：Vin-=1.239V；V ref+=3.62V
