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基于AD590的温度计的设计.doc
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基于AD590的温度计的设计.doc
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二O 年 月 日
目 录
0 引言 .............................................................1
1 系统设计方案选择 .................................................1
1.1 系统总体方案设计 ............................................1
1.2 温度计的基本组成 ............................................2
2 信号采集部分设计 .................................................2
2.1 AD590 简介 ...................................................2
2.1.1 晶体管 PN 结的温度特性 ..................................3
2.1.2 温度传感器的原理 .......................................3
2.1.3 AD590 集成温度传感器 ....................................4
2.1.4 主要参数与特点 .........................................5
2.2 集成运放器 ..................................................5
2.2.1 芯片 OPA37 简介 .........................................5
2.2.2 芯片 OPA37 的应用 .......................................5
2.3 信号采集电路的设计 ...........................................7
3 数字显示部分 .....................................................9
3.1 A/D 转换器 ...................................................9
3.1.1 A/D 转换器的概述 ........................................9
3.1.2 芯片 MC14433 简介 .......................................9
3.1.3 MC14433 的原理 ..........................................9
3.1.4 MC14433 的引脚功能 .....................................10
3.1.5 芯片 MC14433 应用 ......................................11
3.2 低压基准芯片 MC1403 .........................................11
3.3 集成稳压器 .................................................12
3.4 显示译码器 CD4511 ...........................................12
3.4.1 CD4511 的逻辑图 ........................................13
3.5 七路达林顿晶体管反向驱动 MC1413(ULN2003) ....................14
3.6 LED 显示 ....................................................15
3.6.1 LED 数码显示器简介 .....................................15
3.6.2 LED 数码显示器的结构 ...................................15
3.6.3 LED 数码显示器的两种连接方法 ...........................15
I
3.6.4 数码管 SM420564 ........................................15
3.7 数字显示部分的设计 ........................................15
4 系统硬件的设计与仿真 ............................................17
4.1 整体电路的设计 .............................................17
4.2 温度计的电源设计 ...........................................18
4.3 温度计仿真 .................................................18
4.3.1 仿真软件 Proteus 的简介 ................................18
4.3.2 测量模块的仿真 ........................................18
4.3.3 显示模块的仿真 ........................................20
5 系统标定与调试 ..................................................25
5.1 图系统标定与校正 ............................................25
5.2 电路的实物 ..................................................27
5.3 电源的实物图 ................................................25
5.4 调试与结果分析 .............................................27
6 总结 ............................................................28
0
基于 AD590 的温度计的设计
摘要:设计了一种基于温度传感器 AD590 的温度计。通过 AD590 对温度信号进行采集,由 A/D 转换器 MC14433 进行模数转换,
译码器 CD4511 将 BCD 码转换为显码,ULN2003 进行位选,从而实现温度的实时显示。该设计详细介绍了温度计的主要功能、
电路的设计和硬件的组成,并通过 Proteus 等软件进行仿真分析,得到了满意的结果。该数字温度计的测量范围为-50~150
℃,显示分辨率为 0.1℃,系统误差≤±0.4℃。该温度计具有测量精度高、测量范围宽、工作稳定、使用方便等特点,具有
较好的实用价值。
关键字:AD590;MC14433;数字显示
0 引言
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。日常生活中
温度测量的基本方法是使用温度计直接读取温度,像常用的水银玻璃温度计。这类温度计具有价格低廉、
性能稳定、直观性强的优点,但也具有易破碎且只能在现场观察的缺点。在工业上,测温使用较多的是
辐射温度计及热电偶,国外辐射温度计占大部分,在国内绝大部分用的是接触式测温,如热电阻与热电
偶等。但现在,国内的辐射测温技术正在蓬勃发展
[1]
。
目前,温度测量领域的新技术不断涌现,新产品也层出不穷。主要表现在以下两方面:(1)温度传
感器正从分立元件向集成化、智能化、系统化的方向迅速发展,为开发新一代温度测控系统创造了有利
条件;(2)在温度测量系统中普遍采用线性化处理、自动温度补偿等项新技术
[2]
。
我们生活中常见的数字温度计一般使用集成温度传感器作为温度采集元件,集成温度传感器实际上
是一种半导体传感器,用晶体管的PN结的端电压与温度的线性关系制成。具有体积小,线性好、精度适
中、灵敏度高、使用方便等优点。本设计中用的AD590就是一种集成传感器
[3]
。
1 系统设计方案选择
1.1 系统总体方案设计
总体的设计思路是分为测量电路部分和数字显示部分两部分分别进行设计。测量电路是对信号的采集
与放大,即温度的采集放大部分。测量电路的设计要求是电路能具有良好的稳定性和测量精度,以及实现
摄氏温度测量。数字显示部分又可分为 A/D 转换与译码显示。关于数字显示部分选择很多,各个方案的不
同也主要体现在数字显示部分。数字显示部分的设计要求是至少 3 又 1/2 位显示,显示分辨率大于等于
0.1℃。以确保显示精度,电路设计简单稳定、易于实现。
方案一:
AD590+放大器+A/D 转换器(ADC0804)+80C51(或 AT89C51)+LED 显示器
基于单片机的温度计,智能化程度高,功能扩展容易。但外围线路较多,不仅需要设计硬件,软件方
面也是也须设计,比较繁琐。80C51 价格要 20 来块钱,还需要编程器等附件,从经济角度来说也不太实惠。
方案二:
AD590+放大器+ A/D 转换器(MC14433)+ CD4511 信号处理+ULN2003 位选+动态数码管显示
[4,5]
。
1
主要参考沙占友编写的《新型数字万用表原理与维修》一书,对数显部分,综合考虑显示精度、量程
及电路的复杂程度,选定用 MC1433 型 A/D 转换器构成的 3 又 1/2 位数字电压表
[4]
。
方案二结构简单,思路清晰,易于实现,造价低廉,能比较完美的实现我们的设计要求。因此本设计
选择该方案。
1.2 温度计的基本组成
AD590 OPA37
MC14433
模数转换
CD4511
译码器
电 源
+5V 、+12V 、-12V
LED
数码显示
ULN2003
MC1403
基准电压
7905
稳压电源
图 1.1 本设计的的具体实现结构图
本设计采用的方案二,主要由温度传感器 AD590,放大器 OPA37,A/D 转换器 MC14433,位选芯片,
数码显示译码器,LED 显示器,电源等组成(结构如图 1.1)。A/D 转换都要外接标准电压源作参考电压。
标准电压源的精度应当高于 A/D 转换器的精度。本实验采用 MCl403 集成精密稳压源作为基准电压。
2 信号采集部分设计
2.1 AD590 简介
AD590 是常用的 T/I 变换器
[6]
,他是 AD 公司利用 PN 结正向电流于温带的关系制成的电流输出型两端
温带传感器。在被测温度一定时,他相当于一个恒流源。AD590 具有测量精度高,线性良好,转换性强的
特点。当电源电压在 5V 到 15V 之间变化时,其输出电流的变化小于 1μA。
AD590 的管脚图、元件符号及封装形式如图 2.1 所示
[7]
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