电子信息工程设计温度检测显示系统设计

毕毕 业业 设设 计计 设计题目 温度监测显示系统设计 系部 信息工程系 专业 电子信息工程 班级 电子 0601 学号 063001020001 姓名 宋 天 诗 指导老师 王珊珊 温度检测显示系统 一、设计要求一、设计要求 1.以传感器，单片机，数码管等元器件，设计一个温度检测系统，并通过显示器 件，显示出温度数据。 2.熟练应用 protel99，运用 protel99 设计温度检测显示系统。 3.理解温度检测系统的原理。 二、总体概要设计二、总体概要设计 本系统是以温度传感器、数码管和单片机为核心元器件建立起来的温度检测显示系统。 通过对单片机和传感器的研究，通过 A/D 转换器的应用，使本系统实现了温度信号到模拟 信号再到数字信号的转换。设计中还使用了译码器 74LS47、数码管、稳压管等元器件。 检测 温度 温 度 传 感 器 采集后 的数据 单片机 处理后 的数据 数码管 图 1系统总体框图 本设计主要包含温度检测和显示电路两个部分。 1.温度检测部分 主要由温度传感器、运算放大器和A/D 转换器三部分组成。 温度传感器LM134产生的输入信号由运算放大器ICL7650后，A/D转换器MC14433 将运算放大器输出的模拟信号转换成数字信号输入80C51单片机，由于MC14433 的 A/D转换结果是动态分时输出的BCD码，Q0～Q3和 DS1～DS4 都不是总线式的。因 此，MCS-51 单片机只能通过并行I/O 接口或扩展I/O 接口与其相连。 温度信号检测通道的总增益是由温度传感器、运放和A/D转换器三个环节的增益 做决定。在本设计中，前两个环节的增益是固定的，只用电位器W r 作为整个输入通道 的增益环节。这样有利于整个设计的调试。 2.显示电路 本设计采用动态扫描输入法，由单片机 8051 输出数码管段选信号，经译码器驱 动器芯片 74LS47 驱动后数码管发光显示。 三、各单元模块设计与分析三、各单元模块设计与分析 1 1．温度传感器．温度传感器 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一 定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、 显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。。 LM134 是一种新型的硅集成温度传感器,它不同于一般诸如热敏电阻、温差电偶以及 半导体 PN 结等传统的温度传感器。 它是根据下述原理设计而成的,即工作在不同电流密 度下的两只相同晶体管,其基、射结的结电压之差△V_(be)与绝对温度 T 严格成正比。 因而该器件的突出优点是在整个工作温区范围内(-55℃～+125℃)输出电流几乎与被测 温度成线性关系,这样,就可省去非线性校正网络,使用简便。此外,它还具有下列特点: (1)起始电压低(低于 1.5V),而器件耐压较高,因而电源电压适用范围宽(在 3～40V 之 间)。 (2)灵敏度高(1μ A/K),输出信号幅度大。一般情况下,不必加中间放大就可直接驱动检 测系统,例如双积分型 A/D 转换器 5G14433 或 ICL7106 等。从而消除了中间环节所引入 的误差,提高测温精度。 (3)输出阻抗高,一般大于 10MΩ 。所以它相当于一个受温度控制的恒流源,有较强的抗 干扰能力,特别适用于长距离测温和控温场合。 由于它的恒流特性,能消除电源电压波动 和交流纹波对器件工乍的影响,从而降低了对电源精度的要求。 其输入电流由下式计算： I SET  T 227 式中，I SET 为流进 LM134V 脚的电流值；T 为热力学温度； R SET 为传感 R SET 器外接电阻值。图 2温度检测部分 温度信号的增益即 UOUT --T 曲线的斜率取决于R L /R SET 的比值。 增益可在R L 上进行也 可在R SET 上进行。w 0 用以起点补偿电压的调整，其输出电压等于起点温度的信号电压。 补偿电压要求很稳，否则会增大显示误差，故采用有温度补偿的稳压管 2DW233 供电。 2.2.运算放大器运算放大器 ICL7650ICL7650 图 3 ICL7650 运算放大器采用载波稳零运算放大器 ICL7650。ICL7650 又称调制式放大器，其输入 失调电压为 1uV,温漂为 0.01uV/°C， 开环增益不小于 120dB， 共模抑制比不小于 120dB。 ICL7650 所需外接元件少，使用方便。 ICL7650 对输入信号电压U  和U  作差动放大。本设计中，U  为补偿电压，U  为传 感器的温度信号电压。 为了抑制共模信号，使R f /R 4 =R 7 /R 5 ,此时运放的输出电压=U 0 U d R f / R 1 这时 运放输出电压与共模信号无关，只与补偿电压和温度信号电压之差成正比。 为了使后面的 A/D 转换器得到合适的输入模拟电压，本设计选取R 1  R 2 100K, , R 3  R f  200K，，故运算放大器 ICL7650 的差模增益G D= R f / R 1  2。。 3.A/D3.A/D 转换器转换器 MC14433MC14433 图4 MC14433 (1) 本系统选用了双积分A/D 转换器MC14433，它精度高，分辨率达1/1999。 MC14433 A/D 转换器由于双积分方法二次积分时间比较长，所以A/D 转换速度慢，但 精度可以做得比较高；对周期信号变化的干扰信号积分为零，抗干扰性能也比较好。 (2)MC14433A/D转换器件简介 MC14433 是三位半双积分型的A/D 转换器，具有精度高，抗干扰性能好的优点， 其缺点是转换速率低，约1—10 次/秒。在不要求高速转换的场合，例如，在低速数 据采集系统中，被广泛采用。 MC14433采用扫描的方法，输出从0000--1999共2000个数码。若系统工作范围为 0°C-- +100°C，则A/D转换速率约为0.05°C/bit。 (3)引脚（图4）功能说明: 图4 MC14433引脚图 各引脚的功能如下： 电源及共地端 VDD： 主工作电源+5V。 VEE: 模拟部分的负电源端，接-5V。 VAG： 模拟地端。 VSS： 数字地端。 VR： 基准电压。 外界电阻及电容端 RI： 积分电阻输入端，VX=2V时，R1=470Ω；VX=200Mv时，R1=27KΩ。 C1： 积分电容输入端。C1 一般为0.1μ F。 C01、C02： 外界补偿电容端，电容取值约0.1μ F。 R1/C1： R1 与C1的公共端。 CLKI、CLKO ： 外界振荡器时钟调节电阻Rc，Rc一般取470 KΩ左右。 转换启动/结束信号端 EOC：转换结束信号输出端，正脉冲有效。 DU： 启动新的转换，若DU与EOC相连，每当A/D转换结束后，自动启动新的转换。 位选通控制线 DS4----DS1： 选择个、十、百、千位，正脉冲有效。 DS1 对应千位，DS4 对应个位。每个选通脉冲宽度为18 个时钟周期，两个相应脉 冲之间间隔为2个时钟周期。 BCD码输出线 Q0---Q3： BCD 码输出线。其中 Q0 为最低位，Q3 为最高位。当 DS2、DS3