【正文】 同時為了保證傳感器的敏感度，必須注意傳感器的使用環(huán)境，如塵埃、酸霧、潮濕環(huán)境，應(yīng)對傳感器加以保護。它一方面A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，另一方面，將采集到的數(shù)字溫度電壓值轉(zhuǎn)換處理得到相應(yīng)的溫度值的BCD碼，控制LED顯示器，以數(shù)字形式顯示測量的溫度。原因是測量電阻接的是10千歐的電阻，將電壓變成電流時，小數(shù)點向后移了一位?！鎇10]。由于本設(shè)計是利用差分電路的特點實現(xiàn)攝氏溫度的測量，采用單點補償方法?！?；I擋誤差較大，非線性誤差為177。 DS1=1， Q3=0，Q2=1，Q1=Q0=0時仿真結(jié)果圖 負數(shù)標志仿真圖 小數(shù)點顯示仿真圖Q2表示被測電壓的極性，Q2的電平為1，表示極性為正，即UI 0，Q2的電平為0，表示極性為負，即UI 0。當Q3=0，Q0=1時表示UI處于過量程狀態(tài)當Q3=1，Q0=1時表示UI處于欠量程狀態(tài)當OR=0 時,|Vx|VREF則OR 輸出低電平。此外，參考表一，對各個狀態(tài)進行仿真。仿真與實物的實際情況相符。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。將表中的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，即將電流乘以測量電阻的大小（10K），然后進行仿真，將仿真的結(jié)果用MATLAB進行處理，畫出的溫度測量模塊的輸入—。 測量模塊的仿真對于該模塊進行仿真的目的是檢驗集成運放對信號進行處理是否得到希望的結(jié)果。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：①實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。所以人的肉眼就能清楚地看到四位數(shù)碼管同時顯示三位半十進制數(shù)字量。DS1～DS4輸出多路調(diào)制選通脈沖信號。對于從MC14433模數(shù)轉(zhuǎn)換出的數(shù)字信號不需要鎖存，輸入的BCD碼應(yīng)該隨著位選信號DSDSDSDS4的變化而變化，所以在該設(shè)計中可以將該引腳直接接地，輸出信號直接由輸入信號決定。選取R1和C1 的計算公式如下：式中，△Uc為積分電容上充電電壓幅度。 (2) 共陰極接法。MC1413工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V 的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。CD4511的EI、LI端接高電平，LE端接低電平，輸入端D、C、B、A接MC1433的輸出端Q0、Q3。② BI (BLANKING)消隱端。BCD正常工作時，輸入、輸出電壓差2～3V。其內(nèi)部由采樣、基準、放大、調(diào)整和保護等電路組成。 5 6 Ui＝＋～＋15V，Uo＝（典型值）,溫度系數(shù)為10ppm/℃。 輸出電壓: V177。這樣就把A／D轉(zhuǎn)換器按時間順序輸出的數(shù)據(jù)以掃描形式在四只數(shù)碼管上依次顯示出來，由于選通重復(fù)頻率較高，工作時從高位到低位以每位每次約300μs的速率循環(huán)顯示。MC14433是單片CMOS A/D轉(zhuǎn)換器,它采用雙積分原理實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。CPI (CLKI) 端：時鐘信號輸入端。VREF端：外接基準電壓輸入端。其中，階段①與階段③都是消除緩沖器和積分器的失調(diào)電壓。%177。該原理圖是利用差分電路的特點將R1上得到的溫度信號經(jīng)N1緩沖隔離后，在N2的同相端和反相端進行相減．輸出與攝氏溫度成正比的電壓。(a)是其簡單接法，溫度的變化引起電流I的變化，通過Rl和R2的分壓可得到VO=1mv/K。 輸出特性：理想運算放大器特性：在大多數(shù)情況下，將運放視為理想運放，就是將運放的各項技術(shù)指標理想化，滿足下列條件的運算放大器稱為理想運放。8 成本低 集成運放器為了將模擬的溫度電壓信號放大到A/D轉(zhuǎn)換器要求的輸入電壓范圍，可以采用集成運放進行處理；同時為了將電壓測量出來又無須使輸出電流I分流出來，也可以用電壓跟隨器其輸出電壓Vo等于輸入電壓Vi。R5, R6 將電壓轉(zhuǎn)換為電流, Q10的集電極電流跟蹤Q9 和Q11的集電極電流, 從而使總電流正比于絕對溫度用公式可表示為 I=kT*Tk, 式中是kT標準因子, Tk是絕對溫度。當T=300k時,KT/ q=，用Ut 表示, 稱溫度的電壓當量。本實驗采用MCl403集成精密穩(wěn)壓源作為基準電壓。80C51價格要20來塊錢，還需要編程器等附件，從經(jīng)濟角度來說也不太實惠。測量電路是對信號的采集與放大，即溫度的采集放大部分。在工業(yè)上，測溫使用較多的是輻射溫度計及熱電偶，國外輻射溫度計占大部分，在國內(nèi)絕大部分用的是接觸式測溫，如熱電阻與熱電偶等。通過AD590對溫度信號進行采集，由A/D轉(zhuǎn)換器MC14433進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，譯碼器CD4511將BCD碼轉(zhuǎn)換為顯碼，ULN2003進行位選，從而實現(xiàn)溫度的實時顯示。關(guān)鍵字：AD590；MC14433；數(shù)字顯示0 引言溫度是日常生活，工業(yè)，醫(yī)學(xué)，環(huán)境保護，化工，石油等領(lǐng)域最常遇到的一個物理量。具有體積小，線性好、精度適中、靈敏度高、使用方便等優(yōu)點。以確保顯示精度，電路設(shè)計簡單穩(wěn)定、易于實現(xiàn)。 溫度計的基本組成 本設(shè)計的的具體實現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖本設(shè)計采用的方案二，主要由溫度傳感器AD590，放大器OPA37，A/D轉(zhuǎn)換器MC14433，位選芯片，數(shù)碼顯示譯碼器，LED顯示器，電源等組成（）。AD590的管腳圖、[7]： (a)管腳圖 (b)符號 （c）封裝形式 AD590的管腳圖、符號及封裝形式 晶體管PN結(jié)的溫度特性當晶體管PN結(jié)兩端加上電壓U后, 流過PN結(jié)的電流為：式中,IS 是反向飽和電流, 是由少數(shù)載流子產(chǎn)生的，由于載流子數(shù)目較少, 所以IS 是很的小的。由PN結(jié)的溫度特征可知： 可見，輸出電壓Uo與絕對溫度T成正比。3 二端器件：電壓輸入，電流輸出。 芯片OPA37的應(yīng)用集成運算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合多級放大電路。這說明運放對其前級吸取電流極小。由于，U0=U+=U 故輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為U0=UI 。 （a）簡單連接 （b）最低溫度檢測 （c）平均溫度檢測 AD590的基本接法 （a）緩沖隔離變換 （b）利用運放的虛地變換 AD590的兩種I/V變換電路在高精度測溫電路中，必須保證AD590的輸入電流不被分流影響。A/D轉(zhuǎn)換器按功能劃分，可以分為直接轉(zhuǎn)換和非直接轉(zhuǎn)換兩大類，其中非直接轉(zhuǎn)換又有逐次分級轉(zhuǎn)換、積分式轉(zhuǎn)換等類型。 MC14433的原理（a）所示。當RC分別取750kΩ、470kΩ、360kΩ時，時鐘頻率f0依次為50kHz、66kHz、100kHz（近似值）。C01和C02端：外接失調(diào)補償電容端。DS4～DS1端：分別是多路調(diào)制選通脈沖信號個位、十位、百位和千位輸出端，當DS端輸出高電平時，表示此刻Q0～Q3輸出的BCD 代碼是該對應(yīng)位上的數(shù)據(jù)。直流電壓Vx經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后以動態(tài)掃描形式輸出，數(shù)字量輸出端Q0、Q3上的數(shù)字信號(8—4—2—1碼)按照時間先后順序輸出。本實驗采用MCl403集成精密穩(wěn)壓源作為參考電壓，～15V范圍內(nèi)變化時，輸出電壓的變化不超過3mV，輸出最大電流為100mA。MC1403是美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的高準確度、低溫漂、采用激光修正的帶隙基準電壓源[15]，國產(chǎn)型號為5G1403和CH1403。 ，變化率僅為－％。該系列的輸出電流分5檔，78 A，78T00是3A，78H00是5A。是一個用于驅(qū)動共陰由此可見，利用LE 端的控制作用可以將某一時刻的輸入BCD代碼寄存下來，使輸出不再隨輸入變化。CD4511電源電壓Vcc的范圍為5V15V，它可與NMOS電路或TTL電路兼容工作。表1為CD4511譯碼器的邏輯圖。 LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)LED數(shù)碼顯示器是一種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。在本設(shè)計中所采用的是共陰極LED數(shù)碼顯示器，： 數(shù)碼顯示器的引腳排列 數(shù)碼管SM420564本設(shè)計溫度顯示采用SM420564來對溫度進行顯示，該四位數(shù)碼管采用共陰極接法，四個數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g接到一起，通過接地端來控制每一位的顯示。在此項目里MC1403起到了穩(wěn)壓的作用，它基準了MC14433的2腳需要的2V。線路中的MCl413(功能與ULN2003相同)是NPN型小功率達林頓晶體管列陣，適用于驅(qū)動LED數(shù)碼管。其中DS1對應(yīng)最高位(MSD)，DS4則對應(yīng)最低位(LSD)?？紤]到以上，本設(shè)計可以購買一個電壓源，可以同時產(chǎn)生+5V、+12V、12V的電壓，進而將12V通過7905轉(zhuǎn)換成5V。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。目的是將絕對溫標轉(zhuǎn)化為攝氏溫標。CD4511是顯示譯碼器，其使用得正確與否直接影響了溫度的正常顯示，所以對其仿真是很有必要的。當LT =0， BI=1時其不管BCD碼的輸入什么，輸出顯碼全為高電平，即顯示數(shù)字8。 LT=0，BI=1時的仿真圖 LT=0，BI=0時的仿真圖 LT=1，BI=0時的仿真圖當LT=1， BI=，其輸出端全為低高電平，數(shù)碼管不顯示。我們先給出MC1433最高位的真值表。 所示。考慮到溫度顯