| 摘要：温度是日常生活、工业、医 学、环境保护、化工、石油等领 域最常遇到的一个物理量。测量 温度的基本方法是使用温度计直 接读取温度。本次我们设计的数 字显示温度计可以直接测量温度， 得到温度的数字值，既简单方便， 又直观准确。 【关键词】数字温度计 LM35 ICL7107 1 设计方案选择 1.1 方案一 可以采用温度传感器DS18B20，在单片 机温度检测应用电路设计中，大多都是使用 DS18B20 温度传感器，而且它可以直接读取 被测非电量温度值，进行转换，达到设计要求。 数字温度计由DS18B20 传感器、时钟振荡电 路、单片机、LED 显示电路、单片机复位电 路等电路组成。原理框图如图1 所示。 1.2 方案二 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。 数字温度计工作原理及设计 文/杜永峰 温度是日常生活、工业、医 学、环境保护、化工、石油等领 域最常遇到的一个物理量。测量 温度的基本方法是使用温度计直 接读取温度。本次我们设计的数 字显示温度计可以直接测量温度， 得到温度的数字值，既简单方便， 又直观准确。 摘 要 1.3 方案比较 以上两种方案第一种方案电路设计上比 较简单对于温度显示计的设计上也可以添加例 如温度临界点报警功能，但是使用单片机进行 硬件电路焊接后，还必须软件编程再进行调试。 后续工作繁多。因此此设计选择第二种方案。 虽电路复杂点但通过找资料、电路设计、硬件 电路焊接后就可以实现温度测量。 2 系统设计总体思路及工作原理 2.1 系统设计总体思路 本设计模块划分为温度采集电路、A/D 转 换电路、译码驱动电路、温度显示电路构成。 ICL7107 芯片是由A/D 转换和译码器两 部分构成，可以直接驱动数码管，省去了译码 器的接线，在硬件电路焊接上，ICL7107 只需 要少量外部元件就可以精确测量0 到200mv 电压，LM35 温度采集传感器本身输出转换电 压与输入非电量温度之间成线性关系。所以该 电路核心是用ICL7107 驱动数码管实现信号的 显示。 2.2 数字温度计工作原理 LM35 温度传感器先将感受到外界的非电 3.1 LM35集成温度传感器 LM35 属于NS 公司生产的集成电路温度 传感器系列产品，它的特点是工作精度高和线 性工作范围较宽。该器件输出电压与摄氏温度 线性成比例。这个特点符合我们日常对温度读 书的习惯。对其精度的验证是用电烙铁直接靠 近LM35 温度传感器给其加热，很快显示数数 值来。方便实验数据测量。从使用者的习惯及 方便性来说， LM35 与用开尔文标准的线性温 度传感器相比更优越一些，此外，LM35 无需 外部校准或微调，可以提供±1/4℃的常用的室 温精度，方便实用。LM35 集成温度传感器如 图3 所示。 3.1.1 引脚介绍 （1）1 引脚：电源正极V+； （2）2 引脚：输出V ； （3）3 引脚：输出地/ 电源地GND。 3.1.2 LM35的主要参数 如表1 所示。 3.1.3 LM35 的工作原理 LM35 输出电压与摄氏温标呈线性关系， 转换公式如下： 温度为0 时输出为0V，每升高1℃，输 出电压增加10mV。在静止温度中自热效应低 (0.08℃ )，单电源模式在25℃下静止电流约 50μA，工作电压较宽，可在4—20V 的供电电 压范围内正常工作非常省电。 3.2 A/D模数转换电路（ICL7107芯片） ICL7107 是一块应用非常广泛的高性能、 低功耗集成电路。它包含三位半A/D 转换器， 七段译码器，显示驱动器外，还设有参考电压、 独立模拟开关、逻辑控制、时钟系统、自动调 零功能等。因此ICL7107 是一款高精度、通 用性和低成本结合很好的集成电路。 3.2.1 ICL7107 的基本特点 （1）ICL7107 是三位半位双积分型A/ D 转换器， 属于CMOS 大规模集成电路， 它的最大显示值为士1999， 最小分辨率为 100uV，转换精度为0.05 士1 个字。 （2）不需要另加驱动器件，可直接驱动 共阳极LED 数码管。 （3）芯片内部基准电源稳定性很高，通 过电阻分压器可得基准电压。 （4）通过模拟开关实现自动调零和自动 极性显示功能。 （5）对输入信号无衰减作用，输入阻抗 高。 （6）可靠性良好，寿命长，噪音低，温 漂小。 （7） 低功耗。芯片本身功耗小于 15mw。 （8）使用时可将LED 共阳极数数码管公 共阳极接V+。 （9）方便功能检查。 （10）整机组装方便，无需外加有源器件， 配上电阻、电容和LED 共阳极数码管，就能 构成一只直流数字电压表头。 3.2.2 ICL7107A/D 转换器的管脚排列 如图4 所示。 3.2.3 ICL7107A/D 转换器的管脚功能 如表2 所示。 3.2.4 ICL7107 的工作原理 ICL7107 为 A/D 转换和译码器为一体的 芯片，是一种间接A/D 转换器。它通过对输 入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将 输入电压平均值变换成与之成正比的时间间 隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的 数字性输出。它不需要的译码器直接驱动三个 数码管工作。 3.3 LED数码管 LED 数码管（LED Segment Displays）由 多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的 器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们 的各个笔划，公共电极。数码管实际上是由七 个发光管组成8 字形构成的，加上小数点就是 8 个。这些段分别由字母a，b，c，d，e，f，g， dp 来表示。如图5 所示为LED 引脚定义图。 3.3.1 静态显示 静态驱动也称直流驱动。它是指在显示 时段内对组成字形的发光二极管保持恒定地的 导通或截止。静态驱动的优点是程序操作简单， 显示亮度高，缺点是占用I/O 端口多，硬件电 路的复杂性。CPU 送出字形码后可以不再管 理。 3.3.2 动态显示 LED 数码管动态显示是单片机应用最广 泛一种显示方式，动态显示是指在显示时段内 对组成字形的发光二极管实行间断或轮流（多 字符显示）点亮。动态显示的效果和静态显示 是一样的，能够节省大量的I/O 端口，而且最 大限度地降低显示功耗。但是占用了CPU 的 执行程序时间。 4 温度检测电路的制作与调试 温度检测电路制作：按照图6 温度检测 电路原理框图对相关元件进行焊接，其中注意 芯片各管脚的作用以及该如何进行接线。 调试包括调整和测试两部分. 调整：主要对电路参数的调整 测试：主要是对电路各项技术指标和功 能进行测量和试验。 调试过程及步骤： （1）接通电源； （2）先静态后动态调试； （3）对复杂电路进行分级调试，然后联 调； （4）调试完成对照参数指标相符性； （5）记录整个调试过程及步骤； （6）调整完成后通电进行考机试验，检 表1：LM35 的主要参数 序列参数名称说明 1 工作电压直流4 ～ 30V； 2 工作电流小于133μA； 3 输出电压+6V ～ -1.0V； 4 输出阻抗1mA 负载时0.1Ω； 5 精度0.5℃精度（在+25℃时）； 6 泄漏电流小于60μA； 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 使用温度范围使用温度范围：-55 ～ +150℃额定范围。 表2：ICL7107A/D 转换器的管脚功能 引脚号引脚符号功能说明 1 脚、26 脚V+、V— 电源正极、电源负极 2~8 脚D1/C1/B1/A1/F1/G1/E1 个位7 段码输出 9~14、25 脚D2/C2/B2/A2/F2/E2 /G2 十位7 段码输出 15~18、22~24 脚D3/B3/F3/E3/G3/A3/C3 百位7 段码输出 19 脚AB4 千位，千位只显示1 20 脚POL 极性显示 21 脚BP/GND 模拟信号公共端 27 脚INT 积分器外接积分电容输入端 28 脚BUFF 缓冲器输出端，外接积分电阻 29 脚A-Z 外接自动调零电容 30 脚IN LO 模拟信号负极输入 31 脚IN HI 模拟信号正极输入 32 脚COM 模拟信号公共端 33、34 脚外接基准电容C -、C + 35、36 脚REF LO、 REF HI 基准电压的负极、正极输入端 37 脚TEST 逻辑电路公共地 40~38 脚OSC1~OSC3 时钟振荡器的引出端，外接阻容或 石英晶体组成的振荡器。 测性能的稳定性。 5 结束语 在这次设计当中，初步了解了A/D 转换 器的工作原理以及数码管的连接方法。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。 参考文献 [1] 张正伟. 传感器原理与应用[M]. 北京: 中央广播电视大学出版社,1991. [2] 李广弟. 单片机基础[M]. 北京: 北京航 空航天大学出版社,2001 [3] 何立民. 单片机应用系统设计[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社,1998 [4] 姜有根, 王岚. 看图巧学电工电子技术丛 书[M]. 北京: 中国电力出版社,2009 [5] 延明. 数字电路EDA 技术入门[D]. 北京: 北京邮电大学,2006 [6] 沙占友. 数字电压表技术应用[M]. 北京: 机械工业出版社,2005 作者单位 广东海洋大学寸金学院 广东省湛江市 524094 |
| 在线咨询: |
|
| 联系电话: | 18602588568 |
| 投稿邮箱: | bosslunwen@126.com |
| ★诚信★专业★权威★快速★ | |
