温度测量数显控制仪的设计实现电子电路综合实验实验报告.doc

电子电路实验15 综合设计总结报告 题目：温度测量数显控制仪的设计实现 班级学号：2011082105 姓名：高晨宇 成绩： 日期：2014.6.3 一、摘 要 热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到控制装置或者其他仪表上，以此来打到温度测量的目的。目前应用范围非常广泛，比如：医疗、工业、温度计算、阻值计算等高精温度设备。本次实验，温度测量数显控制仪的设计实现包括：温度采集模块、电阻电压转换模块、A/D转换模块、控制电路模块、显示电路模块等五个模块组成。温度采集传感器采用热敏类电阻铂 Pt100，Pt100阻值在0℃时为100欧姆，并且会随着温度上升而成匀速增长的。A/D转换器用ICL7107（双电源±5V供电,适合驱动发光二极管显示）。蜂鸣器和发光二极管能够在测量温度大于等于控制温度时发出报警，并启小风扇进行散热。数码管能够显示测量温度和控制温度，范围为-50～200℃，其测量误差为±1℃。整个系统设计简便，灵敏度较高，工作状态较为稳定，可应用于室温测量和-50℃～200℃以内的温度测量。 二、设计任务 2.1 设计选题 选题15 温度测量数显控制仪的设计实现 2.2 设计任务要求 设计一个可在一定温度范围进行温度测量与控制的温度测量数显控制仪该仪器测量温度的范围为-50～200℃，能够对温度值进行数字显示（可显示温度测量值和设定温度值两种），其测量误差为±1℃。当超过某一设定温度上限值时（如30 ℃）能声光报警，并启动小风扇降温。 三、方案设计与论证 基于ICL7107的温度测量数显控制仪 本方案的设计电路由稳压电路、温度采集、电阻/电压转换器、控制电路和显示电路组成。其中，温度采集传感器采用热敏电阻铂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），共阳数码管用ICL7107控制。 本方案用到了ICL7107，电路中的A/D转换电路与数码显示电路都由其控制与组成，因而在设计具体电路时，要针对ICL7107进行合理的设计。而电阻/电压转换电路由运放电路组成，Pt100是电阻/电压转换电路的核心部分。 该方案的设计方框图表示如下 基于ICL7107的温度测量控制原理方框图 优点：电路组成明确且设计合理，能够较为理想的实现实验设计要求。 缺点：电路所用元器件较多，调试比较复杂。 四、电路单元参数的选定和设计实现 1、温度采集（传感器） 采用Pt100热敏电阻将温度变化转换为电阻值的变化： 温度是0℃，阻值为100Ω；温度是-50℃，阻值为80.31Ω；温度是200℃，阻值为175.84Ω 2、电阻电压转换电路 ①当t=-50℃时，运放的输出电压为 Uo=(1+80.31/33) ×0.3=1.03V ②当t=200℃时，运放的输出电压为 Uo=(1+175.84/33) ×0.3=1.90V ③在-50℃ ～200℃，输出电压在1.0～1.9V间。 在电阻/电压转换电路后，接一电压跟随器，提高带负载的能力。 3、A/D转换器 采用美国Harris公司ICL7107（双电源±5V供电），它包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动发光二极管（LED）。 内部设有参考电压、七段译码器、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零、参考源和时钟系统等功能。将高性能、低功耗和低成本很好的结合在一起，它有低于10μV的自动校零功能，零漂小于1μV/℃，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广泛用于各种单片测量单元。 C1为外接积分电容，R1为外接积分电阻，C2为自动调零电容，C4为基准电容，C5、R6为内部时钟振荡器的外接电容、电阻。 振荡频率 f=0.45/R6C5 R6=100K、C5=100PF,则主振频率为45kHz,采样时间为每秒3次。IN+为外加信号输入端；IN-为输入基准信号零点，VREF+为基准信号端子。 当基准信号调到0～2V时，外加信号的输入也在0～2V，LED对应显示0～1999，相当于1mV对应1个字。 当输入信号超过上限量程时，千位数码管显示1，而其余三位数码管全无显示；当输入信号超过下限量程时，千位数码管显示-1，而其余三位数码管全不显示。 正电源通过R7限流电阻向共阳极数码管供电，改变R7可改变数码管的亮度。 4、电压比较器 用于控制加热设备或制冷设备的通断。 ① 切换开关K置于1挡时，仪表显示测量值； ② 置于2挡时显示设定温度。 ③ 当测量值低于设定值时，比较器正饱和，使三极管由截止状态变为饱和状态，蜂