告
简易温度采集器
作 者 田艳静 081851005
岳 云 081851014
王翠翠 081851019 姬彩霞 081851025 专 业 电子信息工程 年 级 2008 指导教师 李研达 成 绩 日 期 2009.04.28
目录
1 引言 ............................................................................................................ 错误!未定义书签。 2 技术要求..................................................................................................... 错误!未定义书签。 3 方案论证..................................................................................................... 错误!未定义书签。 4 电路设计....................................................................................................................................... 4 4.1 根据设计要求,画出系统结构图 ........................................................................................ 4 4.2 温度测量模块 ...................................................................................... 错误!未定义书签。
4.2.1 温度传感器介绍 ................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.2 AD590的主要特性 ............................................................................................... 5 4.3 A/D转换模块……………………………………………………………………………….5 4.4 显示模块 ................................................................................................................................ 8 5 调试 ............................................................................................................................................ 10 6 结束语......................................................................................................................................... 10 参考文献......................................................................................................................................... 12 附录一 部分电路图 ....................................................................................................................... 13
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摘要:本设计方案主要包括四大部分温度信号采集及放大部分, A/D转换部分及数字显示部分。设计的产品为数据采集显示器,设计要求为数字显示测得的温度,测得的温度范围为0℃~100℃。
关键词:传感器
ADC0804 74LS48 第 2 页
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1 引言
随着我国工业的迅速发展,数据采集领域正在发生着重要的变化. 传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件,热敏电阻成本低,但需要后续信号处理电路,而且热敏电阻的可靠性相对较差,测量温度的准确度低,检测系统的精度差。我们选用的是美国模拟气电公司生产的集成感温电流源AD590进行温度采集。AD590接口电路非常简单,不需要外围温度补偿和线性处理电路,便于安装和调试。ADC0804进行数模转换,通过74LS48驱动数码管显示温度。
2 技术要求
(1)能进行温度采集
(2)在一位数码管上显示当前采集到的环境温度(0~9)
3 方案论证
方案一:采用AD590作为传感器,通过采集电压的变化,测得环境温度。当温度转换为相应的电压后,因为要实现温度的数字显示,就必须有模拟/数字转换3 装置。考虑到温度信号为缓变信号,而在单片集成A/D转换器中,逐次比较型使用较多,在精度速度和价格上都适中。双积分A/D转换器具有精度高,抗干扰能力强,但转换速度慢。所以我们选用ADC0804. ADC0804足以满足转换速度的要求。如果对A/D转换器的转换精度要求更高,可采用12位的A/D转换器,例如:AD574A。而ADC0804常与ATC51相联。我们采用LED数码管显示器进行显示。它具有结构简单,价格低廉,使用方便,耗电少,与单片机接口容易等特点,在单片机应用系统中使用的非常普遍。
方案二:采用AD590作为传感器,由于电源都有噪声,所以用齐纳二极管作为稳压元件,利用电阻进行分压,通过差分放大器送入ADC0804进行A/D转换,数字显示电路通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成。由于经济能力和个人能力水平有限,所以我们采用常用的7448显示驱动译码器驱动LED显示,它能实现译码和驱动的功能。经过数码管,显示出测量出温度。所以我们选用方案二。
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4 电路设计
4.1 根据设计要求,画出系统结构图
温度传感器 信号放大电路 A/D转换器 数码管显示电路 4.2温度测量电路
AD590输出电流I=(273.2+T)uA(T为摄氏温度),因此测量的电压V为(273.2+T)uA*10 kΩ=(273.2+T/100)v.为了将电压测量出来又需使输出电流I不分流出来,可使用电压跟随器,其输出电压V2等于输入电压V0.
由于一般电源供应较多器件之后,电源是带噪声的,因此可使用齐纳二极管作为稳压元件,再利用可变电阻分压,其输出电压V1需调整至2.73V.
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接下来使用差动放大器,其输出V0为(100K/10K)*(V2-V1)=T/10V.如果现为摄氏28度,输出电压为2.8V。
4.2.1温度传感器介绍
本设计采用国产的AD590, AD590是电流型PN结集成温度传感器,通过对电流的测量可得到所需要的温度值。它只需要一种电源(4.5~24V)即可实现温度到电流的线性变换,然后在终端使用一只取样电阻,即可实现电流到电压的
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转换。AD590温度传感器不但实现了温度转换为线性化电量测量,而且精确度高、互换性好、应用简单方便,因此,可把输出的电信号经A/D转换为数字信号。由于AD590性价比较高,所以我们制作电路板的时候把温度采集电路去掉了,只做了模数转换及显示部分。
4.2.2AD590的主要特性
1、流过器件的电流(1 μA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)变化1K,即1μA/K
2、AD590 的测温范围为-55℃~+150℃。
3、AD590 的电源电压范围为4V~30V。电源电压可在4V~6V范围变化,电流T I 变化1mA,相当于温度变化1K。AD590 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。
4、精度高,AD590共有I,J,K,L,M五档。其中M档精度最高,输出电阻为710MW。
AD590的主特性参数如下: 工作电压:4~30V;
工作温度:-55~+150℃; 保存温度:-65~+175℃; 正向电压:+44V; 反向电压:-20V; 焊接温度(10秒):300℃; 灵敏度:1μA/K。 5
AD590的接脚图及零件符号
图1 AD590引脚图
它采用金属壳3脚封装,其中1脚为电源正端V+;2脚为电流输出端I0;3脚为管壳,一般不用。
4.3A/D转换模块
A/D转化电路见附录一. 本设计采用ADC0804,它是有20引脚CMOS 8位单通道逐次渐近型的模/数转换器, 分辨率8位,转换时间100μs,输入电压范围为0~5V,增加某些外部电路后,输入模拟电压可为 5V。该芯片内有输出数据锁存器,工作电压为5V,输出为三态结构。由AD590输出的电压V0接ADC0804的6管脚。转换器的时钟脉冲由外接10KΩ电阻和150PF电容形成,时钟频率约0KHz。基准电压由其内部提供,大小是电源电压UCC的一半。为了启动A/D转换,应先将开关
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K闭合一下,使端接地(变为低电平),然后再把开关K断开,于是转换就开
始进行。模/数转换器一经启动,被输入的模拟量就按一定的速度转换成8位二
进制数码,从数字量输出端输出。
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ADC0804引脚功能及应用特性如下:
(1)UIN(+)和UIN(-):为模拟电压输入端,模拟电压输入接UIN(+)端,UIN(-)端接地。双边输入时UIN(+)、UIN(-)分别接模拟电压信号的正端和负端。当输入的模拟电压信号存在“零点漂移电压”时,可在UIN(-)接一等值的零点补偿电压,变换时将自动从UIN(+)中减去这一电压。
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(2)基准电压UREF:为模数转换的基准电压,如不外接,则UREF可与UCC共用电源。 (3)
为片选信号输入,在微机中应用时,当
可恒接低电平。
= 0,说明本片被为转换开始的走
选中,在用硬件构成的ADC0804系统中,动信号输入,
为转换结束后从ADC中读出数据的控制信号,两者都是低电平
有效。
(4)CLKR和CLKW:ADC0804可外接RC产生模数转换器所需的时钟信号,时钟频率fCLK = 1/1.1RC,一般要求频率范围100KHz~1.28MHz。 (5)
中断申请信号输出端,低电平有效,当完成A/D转换后,自动发
有效时,
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信号,在微机中应用,此端应与微处理器的中断输入端相连,当
应等待CPU同意中断申请RD = 0时方能将数输出。若ADC0804单独应用,可将悬空,而直接接地。
(6)AGND和DGND:分别为模拟地和数字地。 (7)D0~D7是数字量输出端。
转换器的时钟脉冲由外接10KΩ电阻和150PF电容形成,时钟频率约0KHz。基准电压由其内部提供,大小是电源电压UCC的一半。为了启动A/D转换,应先将开关K闭合一下,使
端接地(变为低电平),然后再把开关K断开,于是转
换就开始进行。模/数转换器一经启动,被输入的模拟量就按一定的速度转换成
8位二进制数码,从数字量输出端输出。
ADC0804 转换器的工作时序如图所示。
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4.4显示模块
本设计采用LED数码显示器,由发光二极管组成,它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式,它结构简单、价格低廉、使用方便、寿命长、工作稳定可靠等优点,成为最具优势的新一代显示媒体,LED数码显示器有共阴和共阳两种接法,共阴极是高电平有效,共阳极是低电平有效 。
7448译码驱动器来驱动LED数码显示器。7448显示译码器输出高电平有效,用以驱动共阴极显示器。ADC0804的11,13,15,17管脚的数字量输出接7448的1,2,6,7管脚。由7448的输出9~15管脚接LED。它将输入的二进制8 代码转换成显示器所需要的七个段信号a~g。
数码管外形和引脚:
7448译码驱动电路特性介绍:
数字显示译码器是驱动显示器的核心部件,它可以将输入代码转换成相应的数字显示代码,并在数码管上显示出来。下图所示为七段显示译码器7448的引脚图,输入A3 、A2 、 A1和 A0接收四位二进制码,输出a~g为高电平有效,可直接驱动共阴极显示器,三个辅助控制端
、
、
,以增强器件
的功能,扩大器件应用。7448的真值表如表2所示。
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从功能表可以看出,对输入代码0000,译码条件是:灯测试输入 和动态灭零输入 同时等于1,而对其他输入代码则仅要求=1,这时候,译码器各段a 到g输出的电平是由输入代码决定的,并且满足显示字形的要求。 灯测试输入
低电平有效。当
= 0时,无论其他输入端是什么状态,所有输
出a~g均为1,显示字形8。该输入端常用于检查7448本身及显示器的好坏。 动态灭零输入
低电平有效。当
=1,
,且输入代码
时,输出a~g均为低电平,即与0000码相应的字形0不显示,故称“灭零”。利用
=1与
= 0,可以实现某一位数码的“消隐”。
是特殊控制端,既可作输入,又可作输出。= 0时,无论其他输入端是什么电平,所有
作为输出使用时,受
时,
和
控制,
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灭灯输入/动态灭零输出 当
作输入使用,且
输出a~g均为0,字形熄灭。 只有当
,
,且输入代码
,其他情况下
。该端主要用于显示多位数字时多个译码器之间的连接。
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七段显示译码器7448的逻辑功能表如下所示:
5调试
1.方法:主要是通过改变输入电压的值来进行调节。 2. 步骤:(1) 初步检查电路板,看是否有元件没有焊完,位置是否正确;(2)在上一步的基础上,如果没有问题,就观察是不是元件的正负极接反,元件的参数是否正确。(3) 如果是10 元件的参数出现了问题,则根据故障来决定是将元件调小还是加大。3. 固定电阻器色环标志读数识别规则 4.电容的测试同电阻一样要先打磨引脚,但不同的是电容要用指针表测试,在测试是要先把指针表满偏同时将指针表打到1K档,其次:用表笔对电容进行放电,在用表进行测试,用红笔接负极,黑笔接正极;最后:看指针的偏转,且还要指针还原,如能还原就表明电容正常,不能回到原位则表明电容漏电。(1) 测试漏电电容方法:用万用表的电阻挡(R*100和R*1K),将表笔接触电容器两引线。刚接触时,由于电容充电电流大,表头指针偏转角度大,随着充电电流减小,指针逐渐向R=无穷方向返回,最后稳定处即漏电电阻值。一般电容器的漏电电阻为几百至几千兆欧,漏电电阻相对小的电容质量不好。测量时,若表头指针指到或接近欧姆零点,表示电容器内部短路。若指针不动,始终指在R=无穷处,则意味着电容器内部短路或已失效。对于电容量在0.1μF以下的小电容,由于漏电电阻接近无穷,难以分辨,故不能此法侧漏电阻或判定好坏。安装调试时,线路局部出现电路不通,经检查发现产生这种原因的可能是因为焊接的时候有虚焊、印制电路板不好或是接元器件的时候无意间把某跟导线弄断所导致。
在此次安装调试中,我们学到了许多课本中没有学到的知识,它不仅需要我们对课本专业知识有较深的理解,而且要学会与实践相结合。 6结束语
在这次课程设计中,我们要感谢李研达老师,在的悉心指导和严格要求下已顺利完成课程设计。在从课题选择、方案论证到具体设计和调试,都受到了老师的精心指导和无私的关怀,在设计中我们有了很大的收获,受益匪浅。在
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此向表示深深的感谢和崇高的敬意。
本设计能够顺利的完成,归功于各位任课老师的认真负责和悉心帮助和支持,才使我的设计工作顺利完成,在此向安阳师范学院,电气电子工程系的全体老师表示由衷的谢意。感谢他们的辛勤栽培。
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参考文献
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附录一:
+5+520R6R5R4R3R2R1R7RES2RES2RES2RES2RES2RES2RES2109876ggndfVin(-)VccREF60.01UF+510KRc2910KRP0.01uf194C3150pfVin(+)8egdndA-GNDlsbDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6msbDB7INTRABCDLTBI/RBORBIU27448345abcdefgVref/25+5123CLK-RCLK-INU1ADC0804CSRDWRS112345cpdabC17181716151413121171261312111091514C?12313 第 13 页
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