报告正文

一：前言随着人们生活水平的不断提高,高质量的生活无疑是人们追求的目标之一，如今这个世界已近进入数字化的时代。

数字化的产品也层出不穷，它已经深深的融入人们的日常生活、工作和学习当中。

它所给人带来的方便也是不可否定的，而且它让我们的生活更加简单，所以人们对数字化的电子产品要求与需要都不断提高。

要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。

其中数字温度计就是一个典型的例子，尤其是在家庭生活中是有必要有它的存在，它可以很方便的测量您家人的体温，可以对感冒发烧有初步的检测判断。

数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，便于读数。

本设计就是一个简易的数字温度计的设计，介于目前所学知识，只是对从整体上来把握数字温度计的工作原理，选择好温度传感器和A/D转换器，并尽量用protel绘出完整的电路图。

、二：总体设计方案2.1方案论证方案一：使用A/D转换器ICL7107和铜电阻利用铜电阻作为温度测量的元件，测量到的温度信号以电阻阻值的大小反映出来，然后将该电阻值变换为电压信号。

对温度传感器铜电阻Ro=50ΩRt=Ro(1+δt)Ωδ=(4.25～4.28)×103-Rt中的电流一般小于5mA，否则它会发热，影响测量结果。

方案二：使用A/D转换器ICL7107与硅普通二极管半导体二极管的正向电压降决定于正向电流大小和温度，当正向电流一定时，正向电压降随温度的升高而下降。

利用这个特性可以测量温度。

对于普通的硅二极管1N148而言，温度系数为-2.1mV/℃。

与其他温度传感器相比，在低温测量方面，具有灵敏度高、线性度好等优点。

用二极管构成温度传感器的电路中必须考虑恒流源电路。

给测量温度探头提供稳定的正向电压。

方案三：使用A/D转换器ICL7107与AD590温度传感器由于本设计是测温电路，考虑到可以用温度传感器，采用一只AD590温度传感器,此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，可以满足设计要求。

2.2方案选择从以上两种方案，很容易看出，采用方案三，电路比较简单，所以采用方案三。

但介于我们尚为学习单片机课程，所以本设计只给出数字温度计的电路设计，包括温度传感器的选择和A/D转换器电路的设计。

三：单元模块设计3.1 : 电源电路该模块的功能是为某些芯片提供工作电压，以使其工作。

可以根据不同芯片的工作电压选择不同的稳压器件来设计所需的工作电压3.2 运算放大器及其电路3.2.1集成运算放大器介绍集成运算放大器是一种高增益、高输入阻抗的直接耦合放大器、通常由输入级、中间放大级等组成。

输入级是采用恒流的差动放大器，它决定着整个运算放大器的输入阻抗、共模抑制比、零点漂移、信噪比及频率响应等特性。

中间级除了起放大作用外，还必须完成直流电平移动，使运算放大器输入为零时，输入电平也为零。

输出级一般是由NPN型管和PNP型管组成互补推挽电路，以减小信号失真并提高负载能力。

集成运放在电路设计上具有许多特点，主要有：(1) 级间采用直接耦合方式。

(2) 尽可能用有源器件代替无源元件。

(3) 利用对称结构改善电路性能。

3.2.2 继承运算放大器的几种典型电路以上三个电路分别用作本设计的放大电路的一、二、三级，第一级连接成电压跟随器的方式，以增加信号的输入阻抗。

第二级为减法器。

减去2.732做零位调整（即把绝对温度转成摄氏温度），第三级运放实现反相并放大５倍。

在本设计中运用放大器的目的在与是温度传感器检测到的微弱的信号，加以放大，并使其稳定的输入AD转换进行模数转换。

3.3 传感器AD5903.3.1传感器的功能传感器是能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件或转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能够直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能够将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输或测量的电信号的部分3.3.2 AD590介绍AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。

AD590温度传感器AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。

AD590测温范围为－55℃～＋150℃，满足人们日常生产和生活中的温度范围。

AD590电源电压可在4V～6V范围变化，可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。

AD590产生的电流与绝对温度成正比，它有非常好的线性输出性能，温度每增加1℃，其电流增加1μA。

AD590温度与电流的关系如下表所示：摄氏温度AD590电流经10KΩ电压0℃273.2 μA 2.732 V 10℃283.2 μA 2.832 V 20℃293.2 μA 2.932 V 30℃303.2 μA 3.032 V 40℃313.2 μA 3.132 V 50℃323.2 μA 3.232 V 60℃333.2 μA 3.332 V 100℃373.2 μA 3.732 V3.4 AD590检测与放大电路为了提高精度，扩大测量范围，在A/D转换前还要将信号加以放大并进行零点迁移，因而一个高稳定性的、高精度的放大电路是必须的。

当温度变化时，AD590会产生电流变化，当AD590的电流通过一个10kΩ的电阻时，这个电阻上的压降为10mV，即转换成10mV／K，为了使此10kΩ电阻精确，可用一个9kΩ的电阻与一个2kΩ的电位器串联，然后通过调节电位器来获得精确的10kΩ。

运算放大器A1被接成电压跟随器形式，以增加信号的输入阻抗，由运放A2减去2.732做零位调整（即把绝对温度转成摄氏温度），最后由运放A3反相并放大５倍输送给A/D转换器。

具体硬件连接图如下图所示。

3.5 A/D转换器3.5.1 ICL7107简介ICL7107是美国INTERSIL公司生产的单片COMS双积分型A/D转换器，高性能、低功耗的三位半A/D转换器电路，其内部包含有线性放大器、，模拟开关、时钟振荡器、七段译码显示驱动器和参考源。

ICL7107可直接驱动发光二极管（LED）。

ICL7107将高精度、通用性和真正的低成本很好地结合在一起，它有低于10uV的自动校零功能，零漂移小于1uV/℃,低于10pA的输入电流，极性转换误差很小。

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优点。

3.5.2管脚排列ICL7107的引脚功能3.5.3典型的应用电路实例3.5.4积分放大器典型输出波形（INT管脚）3．5．5数字显示ICL7107的数字部分框图图画出了ICL7107的数字部分框图。

在ICL7107中，有一个很大的P沟管子构成的源极跟随器形成了内部数字地，这样的电源连接方式在背极（BP）电压以方波输出是可吸纳较大的容性电流。

背极电压的频率为始终频率除以800，在每次三秒读数刷新速率时，它为60Hz的方波。

字符驱动电流由2mA增加至8mA以满足仪表上用的共阳极LED数码管的驱动。

千位的输出（19脚）要驱动两个LED 段，它的驱动能力加大一倍，达到16mA。

有负电压输入事，极性符号会被显示（点亮）。

必要时若低端输入（IN LO）和高端输入（IN HI）反接，则该指示也会反过来。

3.5.6系统定时图画出了ICL7107的时钟连接方式，可在这两种基本的连接方式中选择一种使用。

a.A中所示，一外接振荡器连接到第40脚。

b.B中所示，用三个管脚构成R-C振荡器。

该振荡器频率被除以4，然后再进入下一级计数器，以形成一个测量周期的三个阶段。

它们是信号积分阶段（1000个计数值），参考源反向积分阶段（0至2000个计数值）和自动校零阶段（1000至3000个计数值）。

在输入信号小于满量程时，自动校零将参考源中未用足的部分进行反积分，这样，使得一个完整的测量过程为4000个计数值（16000个时钟脉冲），而与输入信号无关。

需要每秒三次的读数刷新速率时，可选用48KHz的振荡频率。

为使电路对60Hz的工频有最大的抑制能力，信号积分阶段的时间应为60KHz 的工频的整数值，这样，可选的振荡器频率为240KHz、120KHz、80KHz、60KH 等。

3.5.7元器件的选择说明①.积分电阻缓冲放大器和积分器都带有甲类输出放大器，静态电流均为100uA左右。

输出为4uA时的非线性度很小，可忽略不计。

积分电阻必须足够大，以使在整个输入信号范围内的积分电流都落在这个线性度很好的区间。

同时积分电流又必须大到印刷版上的漏电流可以忽略。

对于2V的满量程，470KΩ是最优的，满量程为200mV时，可选用47KΩ。

②.积分电容积分电容的选择必须使得最大电压摆幅不达到积分器输出电压的最大饱和摆幅，（约比电源和地低0.3V和高0.3V）。

当ICL7107的模拟公共端用作参考点时，积分器输出量程标称为2V时最佳，当ICL7107用+5V电源供电，模拟公共端接地时，±3.5V至+4V的标称输出摆幅为最好。

在每秒3个读数时（时钟频率为48KHz），CINT的标称值分别为0.22uF0.10uF。

当然，在使用不同的振荡频率时，该电容的值也要往相反的方向进行修正，以保持同样的输出摆幅。

选择积分电容的另一个要求是其漏电要小，以减小翻转误差。

较合适的电容是聚丙烯电容，它的漏电几乎可完全忽略，而成本由很低。

③.自动校零电容自动校零电容的大小对系统的噪声会有些影响。

在200mV满量程时，噪声显得很重要。

推荐使用0.047uF电容，这样，噪声在合理的范围内，同时，也加快了过载时的恢复速度。

④.参考电容在绝大多数使用场合下，0.1uF的电容效果最好。

然而，当存在较大的共模电压（即REF LO管脚末与模拟公共端连接）和使用200mV的满量程时，可选用较大的电容，以防止产生翻转误差。

一般地，1uF的电容在这种情况下可将翻转误差控制在0.5个显示字范围之内。

⑤.振荡器元件在所有的频率范围内，推荐使用100 KΩ的振荡电阻，振荡电容的值用下式进行推算。

f=0.45/RC。

在48KHz振荡频率时（每秒3个读数），C=100pF。

⑥.参考电容产生满量程读数值输出（2000个计数值）所需的模拟输入电压为Vin=2VREF,这样，对于200mV和2V的量程，VREF应分别为100mV和1V。

在用±5V供电的ICL7107的输入端可接受±4V的输入信号，这类系统的另一个优点是在输入电压VIN≠0时，可将输出数字读数调为零。

这对于测温：为了方便得将数字输出调为零，可将传感器的输出电压接至IN HI和COMMON端，可调整的（或者固定的）调零电压加在COMMON和IN LO端。

3.5.8 AD转换电路四、设计总结首先感谢学校给我们安排的这次课程设计任务。