南邮温度测量仪实验报告总结.doc
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摘要
本课题是利用 A/D 转换设计的一个温度测量仪,利用振荡器
的敏感特性,去检测展示的温度。因此,我们必须用模数转换器即
A/D 转换器把模拟信号转换成数字信号后送入 28C64存储器中,再
利用显示电路把转换后的数字信号显示出来。整个流程先通过 LM35
温度传感器进行操作,实现温度采集。在转换的过程中用到芯片
ADC0809;最后通过译码器显示出温度;本课程还利用到 7485 比较
器,实现报警功能!
目录
第一章 技术指标 --------------------
1.1 系统功能要求 --------------------
1.2 系统结构要求 --------------------
1.3 技术指标 ------------------------
1.4 设计条件 ------------------------
第二章 整体方案设计 ----------------
2.1 数据处理流程分析 ---------------
2.2 整体方案 -----------------------
第三章 单元电路设计 --------------------
3.1 温度传感器及其放大电路的设计 ------
3.2 A/D 转换电路及数字显示电路的设计 --
3.2.1 设计思路 -----------------------
3.2.2 数模转换及显示电路 --------------
3.3 71KHz 方波信号发生器的设计 ------
3.4 超限比较报警电路的设计 ------------
3.5 整体电路图 ------------------------
第四章 测试与调试----------------------
4.1 数字显示电路的调试 ----------------
4.2 存储器和数字显示电路的调试 --------
4.3 信号发生器电路的测试 -------------
4.4 A/D 转换电路及数字显示电路的调试 ---
4.5 超限比较报警电路的调试 --------------
第五章 设计小结 ---------------------------
5.1 设计任务完成情况 ------------------ --
5.2 问题与改进 ---------------------------
5.3 心得体会 -------------------------- ---
第一章 技术指标
1.1 系统整体功能要求
温度测量仪能够测量和显示测量的温度值,当温度超过设定的值
后,发出超温的指示或报警。报警温度的设定可根据需要自定。
1.2 系统结构要求
温度测量仪的整体框图如图 1 所示,其中 S1 为系统复位按键,
S2 为报警温度设定。
温度测量仪的整体方框图
1.3 技术指标
1、电压指标
(1)温度测量范围: 0℃ ~ 99 ℃
(2)显示精度 :1 ℃
(3)测温灵敏度: 20mV/℃
(4)显示采用四位数码管
(5)温度报警采用 LED发光二极管或蜂鸣器
(6)报警温度可以任意设定
1.4 设计条件
(1)电源条件:稳压电源
0V~15V可调
(2)可供选择的元器件范围下表所示。
型号
名称及功能
数量
LM35
温度传感器
1 只
TL084 运算放大器 1 片
ADC0809 八路 A/D 转换器 1 片
7448 七段显示译码器 2 片
28C64 EEPROM存储器
74157 同相输出四 2 选 1 数 2 片
据选择器
4511 BCD-七段译码器 2 片
7485 四位数字比较器 2 片
CD4029 可预置可逆计数器 2 片
555 定时器 1 片
7400 四 2 输入端与非门 1 片
按键开关 1 个
无锁开关 1 个
自锁开关 1 个
各种 R、C阻容件及放光二极管自定
第二章 整体方案设计
2.1 、数据处理流程分析
温度测量仪顾名思义是通过温度传感器对被测对象的温度变化
情况进行测量和监视的,传感器输出的不同电流,经电流 - 电压变化
后放大成不同的模拟电压,再经 A/D 转换,送入数字电压表,将温
度数值显示出来。
温度传感器的原理方框图如下图所示:
温度传感器的原理方框图
温度传感器是温度监测仪的核心部件,它的作用是将温度值转
换为电流值。按温度传感器与被测介质的接触方式分为:接触式和
非接触式温度传感器两大类。热电阻、热电偶、半导体集成温度传
感器都属于接触式温度传感器;红外测温传感器属于非接触式传感
器,它通过被测介质的热辐射或热对流达到测温目的。温度传感器
的测量范围极广,从零下几百℃到零上几千℃,测温精度又各有不
同,要根据测温的具体要求(如测温范围、精度)合理选择合适的
温度传感器。
集成温度传感器的输出形式分为电压输出型和电流输出型两
种,电压输出型的灵敏度一般为 10mV/K,温度为 0K 时的输出电压
为 0V,温度为 25℃时的输出为: 2.9815V。电流输出型的灵敏度一
般为 1μA/K, 25 ℃时在 1KΩ电阻上的输出电压为: 298.15mV。
2.2 、 整体方案
整个系统电路在面包板上实现,其中核心模块为 A/D 转换部
分及数字电压表部分,以下将做较详尽考虑。
第三章 单元电路设计
( 1) 温度传感器及其放大电路的设计
LM35主要特性:
集成温度传感器 LM35具有测温精度高、线性优良、体积小、
热容量小、稳定性好、输出电信号大及价格较便宜等优点, LM35灵
敏度为 10mV/℃, 即温度为 20℃时,输出电压为: 200mV。常温下测
温精度为± 0.5 ℃以内,消耗电流最大也只有 70μA,自身发热时测
量精度的影响在± 0.1 ℃以内。采用 +4V以上的单电源供电时,测
量温度的影响范围为: 2℃~ 150 ℃;而采用双电源供电时,测量温
度范围为: -55 ℃~ +150 ℃,电压使用范围为 4V~20V。
设计思路
因为用户要求测温灵敏度 20mV/℃,而 LM35的灵敏度为
10mV/℃的电压输出型温度传感器,因此传感器温度变换后应有一个
同相 2 倍的电压放大电路,这部分电路可简单地运用运算放大器
LM324来实现。
②温度变换及其电压放大模块电路图
说明: 图 3 中的跟随电路 A1 是为了避免后续电路对 V(t) 的过多影
响而增设的电压跟随器,以保证 V(t) 能真实地反映温度场的正确温
度。
( 2) A/D 转换电路及数字显示电路的设计
① 设计思路
将 V(t) 的模拟电压送入 A/D 转换器的输入端,转换为二进制码,用该码作为存储器 EEPROM的地址信号,将事先预置在存储单元的温度值取出,经译码显示电路将数字显示出来。
A/D 转换器
A/D 转换是将模拟信号转换为数字信号,转换过程通过采样、
保持、量化和编码四个步骤完成。
采样和保持 :
采样是将时间上连续变化的信号转换为时间上离散的信号。
将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲,脉冲的
幅度取决于输入模拟量。
模拟信号经采样后,得到一系列样值脉冲。采样脉冲宽度 τ 一
般是很短暂的,在下一个采样脉冲到来之前,应暂时保持所取得的
样值脉冲幅度,以便进行转换。因此,在取样电路之后须加保持电
路。
保持电路
取样保持电路及输出波形
场效应管 VT为采样门,电容 C为保持电容,运算放大器为跟
随器,起缓冲隔离作用。
取样保持电路及输出波形