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byU7A,PR6,R12,R13andR45compositionphase;
V/FtransformcircuitismainlycomposedofU1andasmallamountofperipheraldevicecomprisingavoltagefrequencyconversioncircuit;
counterusingCD4553,decoderusingCD4511。
Environmentaltemperatureandourlivesarecloselyrelated,thehightemperaturewillfeeltheheat,lowtemperaturecold.Digitalthermometerafterelectrifying,displaycanaccuratelydisplaythetemperaturevaluemeasuredbyPT100.翻译结果重试抱歉,系统响应超时,请稍支持中文、英文免费在线翻译
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KeywordsPT100(platinumthermalresistance)LM358(operationalamplifier)TL431(shuntregulator)LM331(precisionvoltage/frequencyconverterof)CD4553(3BCDcodecounter)CD4060(14stagebinarycounter)D4511(BCD-7segmentdecodingdriver
目录
摘要...............................................................2
Abstract.........................................................3
一.引言..........................................................5
二.方案比较及论证..............................................6
2.1方案选择与比较6
2.2元器件选择7
2.2.1PT100铂热电阻7
2.2.2运算放大器LM35887
2.2.3并联稳压器TL43187
2.2.4LM331精密电压/频率转换器8
2.2.5CD406014级进位二进制计数器.........................................8
2.2.6D4511BCD-7段译码驱动器.............................................8
2.2.7CD45533位BCD码计数器..............................................9
三.“数字温度计”的硬件设计10
3.1温度检测电路10
3.2信号放大电路10
3.3计数译码显示电路10
3.4V/F变换电路11
3.5门控电源11
四.“数字温度计”硬件安装及调试13
4.1装配及调试说明14
4.2外部接线14
4.3调试方法14
五.整机功能验证与误差分析15
5.1整机功能验证15
5.2误差分析15
结论...............16
参考文献............17
附件1整体电路原理图........18
附件2部分程序源代码................19
附件3元器件清单…………………………..26
引言
产品的发展趋势往往决定于以下两个因素:
一是产品的使用者(用户)的需要的不断发展;
二是产品的技术的发展。
前者是外因,后者是内因。
数字智能化产品也基本遵从这样的规律,市场需求和产品技术不断推动和促进产品的发展,也决定了数字智能化产品的发展速度和方向。
随着经济的发展,我们的日常生活用电器越来越多,日常生活生产中我们时常需要准确测量与控制环境温度与设备温度。
因此,研究温度的测量与控制就显的很重要。
我们要从外界感应温度,关键是温度检测电路,在这里用TL431完成,获取了外界的温度值之后,需要一定的显示装置加以显示。
通过V/F转换器进行精密频率电压转换,在这里用LM331完成。
LM331可用作精密频率电压转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件应用。
CD4511是常用的七段显示译码驱动器CD4553是3位十进制计数器,它采用动态扫描输出方式,通过选通脉冲信号,依次控制3位LED数码管输出。
再通过LED显示出来。
下面介绍的温度计是以双共阴数码管显示。
2方案论证
2.1方案选择与比较
根据任务要求,本方案要进行温度检测电路,信号放大电路,V/F变换电路,计数译码显示电路,门控电路进行设计制作。
反复查阅资料,经过以下两种方案的选择与比较,最终确立了总体方案。
方案一:
由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦。
方案一部分电路图:
方案二:
进而考虑到用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器,可以很容易直接读取被测温度值,进行转换,就可以满足设计要求。
方案二电路方框图:
从以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,软件设计也比较简单,可单电源使用,价格低廉,性价比高,封装简单。
2.2元器件选择
2.2.1PT100铂热电阻
PT100铂热电阻是一种以铂金(Pt)做成的电阻式温度检测器,其具有稳定性好、测量精度高、输出T-R线性度都好等优点。
2.2.2运算放大器LM358
LM358双运放集成电路,采用8脚双列直插塑料封装,其内部包含两组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,两组运算放大器相互独立,引脚及内部方框图如图7所示,LM358具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使用,价格低廉等优点,因此被广泛应用于各种电路中。
2.2.3并联稳压器TL431
TL431是TL、ST公司研制开发的并联型三端稳压基准。
由于其封装简单(型如三极管)、参数优越(高精度、低温漂)、性价比高,近年来在国外已经得到了广泛应用。
2.2.4LM331精密电压/频率转换器
LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片,可用作精密频率电压转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件应用。
LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路,在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。
LM331的动态范围宽,可达100dB;
线性度好,最大非线性失真小于0.01%,工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性;
变换精度高,数字分辨率可达12位;
外接电路简单,只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路,并且容易保证转换精度。
2.2.5CD406014级进位二进制计数器
CD4060由一振荡器和14位二进制计数器位组成,组成接通图如图11,引脚图如图12。
振荡器的结构可以是RC或晶振电路。
CR为高电平时,计数器清零且振荡器使用无效,所有的计数器位均为主从触发器。
在输入脉冲φ1和φ0的下降沿计数器以二进制进行计数,在时钟脉冲线上使用施密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。
2.2.6D4511BCD-7段译码驱动器
CD4511是常用的七段显示译码驱动器,它的内部除了七段译码电路外,还这有锁存电路和输出驱动器部分,具有输出电流大,最大可达25mA,可直接驱动LED数码管。
CD4511由4个输入端A/B/C/D和7个输出端a~g,它还具有输入BCD码锁存、灯测试和熄灭控制功能,它们分别由锁存端LE、灯测试LT、熄灭控制端BI来控制。
2.2.7CD45533位BCD码计数器
CD4553是3位十进制计数器,它只有1组BCD码输出端,要完成3位输出,所有它采用动态扫描输出方式,通过选通脉冲信号,依次控制3位LED数码管输出。
3.“数字温度计”的硬件设计
该“数字温度计”的硬件电路可分为:
(1)温度检测电路
(2)信号放大电路(3)V/F变换电路(4)计数译码显示电路(5)门控电路。
3.1温度检测电路
温度检测电路主要由并联式稳压器、电桥和差分放大器组成,由U4构成的并联式稳压电源,为电桥提供高精度4.096V的电压,电桥由R30/R31/R44和PT100组成,RP4用于电路调试,在电路调试过程中通过调节RP4来模拟PT100的温度变化,方便电路调试,电桥输出的差分电压V=4.096*(RPT100/(R30+RPT100)-R44/(R31+R44)),该信号通过R10和R11送入由U7B组成的差分放大器进行前级放大。
3.2信号放大电路
由U7A、PR6、R12、R13和R45组成的同相比例运算放大器,主要有2个作用,其一是用于将上一级的信号进行同相放大,其二是调整因元件参数偏差引起的测量误差。
调节RP6可改变其放大倍数,RP6也可称为量程电位器,数字温度计设计最大测量温度为99.9℃,根据表1可查出当温度为100℃时,PT100的内阻为138.51欧姆,根据电桥失衡后的输出电压计数公式可知,当环境温度为100℃时,差分输出电压为70mV,为了显示和控制方便这里我将信号调理为标准的10mV/℃。
调节RP6可改变放大器的放大倍数,当测量温度为100℃时,我们通过调整RP6使TP-A点的电压为1.000V,由于PT100铂热电阻是线性的,当测量温度为50℃时,TP-A点电压应该为0.500V。
3.3V/F变换电路
V/F变换电路主要由U1和其少量外围器件组成的电压频率转换电路。
这里V/F变换器的作用是把TP-A点的电压输出为对应的频率值,在显示计数这块,计数器最大计数量为999,TP-A点的温度信号为10mV/℃,满量程为99.9℃即999mV,电压每增加1mV,单位时间内计数器的值要增加1,V/F变换器的输出频率fo=((R6+RP2)/2.09*R2*R5*C13RP2)*Vin,RP2为量程调节电位器,RP3为零点迁移电位器。
3.4计数译码显示电路
V/F完成了A/D的转换,接下来就需要计数器的配合了,即在规定时间内对V/F转换器的输出脉冲进行计数,计数值表示了V/F转换器所输入的模拟电压大小。
计数器选用CD4553,它是三位十进制(BCD码输出)计数器,译码器选用CD4511,它设有锁存器、七段显示译码器和输出驱动电路,显示选用3只七段LED数码管。
3.5门控电路
采用V/F转换器进行A/D转换,就应该对V/F转换器输出的频率在固定时间内进行计数,这里我们设置的固定时间是0.25秒。
也就是说在0.25秒内CD4553计数器收到的脉冲个数,为了配合CD4553计数,固定时间计时由CD4060组成的计时电路来完成,CD4060它是一个14位的二进制计数器/分配器/振荡器,电路振荡部分采用32.768kHz的晶振作为信号发生,然后再经过14级分频后,得到一个2Hz占空比相等的脉冲信号。
频率为2Hz周期为0.5秒,即高电平0.25秒低电平0.25秒。
CD4553的DIS为计数允许控制端,高电平禁止计数,低电平允许计数;
LE为锁存控制端,高电平时寄存器内容保持不变,低电平时计数值送入寄存器;
MR为计数器复位端,高电平复位,复位仅对计数值进行复位,对寄存器值没有影响。
根据这个控制逻辑我们将门控信号直接送入LE,然后经过倒相后送入DIS端,在LE端接入RC电路对计数器定时清零。
当门控信号为高电平时,计数器允许计数,当门控电路变化为低电平时,计数器禁止计数,同时LE为低电平,计数值锁存到寄存器中;
当门控信号再次由低电平转换为高电平时,门控信号上接入的RC电路对计数器进行清零。
OVF为计数益处端,当计数器值超过最大计数值时,计数器益处进位,D1闪烁。
4“数字温度计”硬件电路调试
4.1装配及调试说明
完成设计任务要求的各电路功能的调试,使各功能电路正确、可靠、稳定地工作。
注意:
电路焊接完成,仔细检查无误后,才可通电调试。
4.2外部接线
通过COM1端子接入+12V、-12V和GND工作电源(请注意电源极性)。
4.3调试方法
电源电路:
整机电路供电采用±
5V供电,从COM1接入的DC±
9V电源,经过电路板上的78L05和79L05稳压为±
5V。
为RP2连接跳线,在电路调试过程中,根据实际要求连接或断开跳线。
温度检测电路主要由:
并联稳压电路、电桥和差分放大器组成,调节RP1使U3的3脚电压为4.069V。
断开JP2,将RP2的电阻值调节到100欧姆,模仿PT100在0℃下的电阻值,用于电路调零,断开JP2、连接JP1此时U7的7脚输出电压应该为0V。
放大电路调试:
上一项调试完毕后方可进行此项调试,断开JP2调节RP2使其两端电阻为138.56Ω(模拟温度在100℃时PT100的电阻值),断开JP2、连接JP1,通过调节RP3(又可称为满刻度调节)改变由U3B组成的同相比例放大电路的放大系数。
使用毫伏表测量U3B的1脚点、的电压,调节RP3使U3B的1脚电压等于1.000V。
当U3B的1脚的电压调整正常后,此时U3B的1脚的电压与温度关系为10mV/℃。
V/F变换及显示电路调试:
测量U5的3脚点是否有2Hz的方波脉冲,若有表示门控电路正常。
V/F变换电路由U8/R17/C15/R26/R29/R28/RP4/R24/RP5等元件组成,RP5为量程调节电位器,RP4为零点迁移电位器。
根据上一级调试方法,使U3B的1脚的电压为0.999V,此时调节RP5使,LED数码管的显示值为99.9。
PT100采集的温度信号经过前级的检测放大电路后,已被转换为标准的电压信号10mV/℃,此时给V/F送入0.999V的电压它显示的是99.9℃,说明温度已能正常显示,此时连接JP2,断开JP1,此时LED显示器的值为实际测量的温度值。
五.整机功能验证与误差分析
5.1整机功能验证
断开JP1点,接通JP2点,将PT100热电阻接入系统中,接入电路工作电源,此时LED数码管显示实时测量温度值,使用发热元件(如电烙铁或热风枪等)烘烤温度传感器,实时测量温度开始上升,显示温度也随之增加。
5.2误差分析
数字温度计在测量中除误差外,还有内部固定偏差,视觉,环境温度的变化,选用期间的温漂,器件的精度,电源电压的波动,输入端各种杂散参数以及测量信号写波分量等因素引起的系统误差。
一起精度不高,认为读书存在误差。
测量值达不到理论值,多次测量取平均值误差降到最小。
结论
一年的电子专业的学习,通过一周紧张而忙碌的电子实训设计,我们最终完成了简易数字频率计的设计制作,并且从中受益匪浅。
刚开始,我感到有一点迷茫,深感自己电子知识的不足。
于是,我开始到处去搜集有关数字频率计的资料。
图书馆,电脑上,我慢慢了解了铂热电阻,三端稳压器,并联稳压器,运算放大器,三端稳压器,二进制计数器,晶振,7段译码器,V/F转换器,3位计数器这些以往生疏的词眼。
对于温度检测电路,信号放大电路,V/F变换电路,计数译码显示电路,门控电路,我也明白了其工作原理。
由于自己缺少软件设计练习,起初画起来很吃力。
在同学的帮助之下,终于完成了电路图的绘制。
经过各方面的加工,数字频率计终于调试通过,实现了设计要求,完成了此次设计。
通过本次设计,让我明白了只有自己去查找资料,独立思考,才能更有效的增进知识,理论实践是紧密结合的。
参考文献
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附录1整个电路工作原理图:
附录2:
部分程序源代码
#include<
reg51.h>
intrins.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
uintc,d,i,ii,zhi,zhi1,aa,bb,cc,shu,zhi1h,zhi1l;
ucharo,p,q,a,b,x,x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,y1,y2,y3,y4,y5,y6,y7,y8,y,s,r,rr;
ucharflag,mm,nn,ff,jian,add2;
sfrADC_CONTR=0XBC;
sfrADC_RES=0XBD;
sfrADC_RESL=0XBE;
sfrP1ASF=0X9D;
sfrAUXR=0x8E;
sfrAUXR1=0xA2;
ucharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
uinttemp,bai,shi,ge,qian;
voiddisplay(uintz);
sbitgew=P2^0;
sbitshiw=P2^1;
sbitbaiw=P2^2;
sbitqianw=P2^3;
sbitgeew=P2^4;
sbitshiew=P2^5;
sbitbaiew=P2^6;
sbitqianew=P2^7;
ucharadd,cb;
sfrIAP_DATA=0xc2;
sfrIAP_ADDRH=0xc3;
sfrIAP_ADDRL=0xc4;
sfrIAP_CMD=0xc5;
sfrIAP_TRIN=0xc6;
sfrIAP_CONTR=0xc7;
voiddisplay2(uintz);
voiddelay(uchari)
{
ucharj,k;
for(j=i;
j>
0;
j--)
for(k=100;
k>
k--);
}
voidanquan()//安全程序,没什么用看资料
voidinit4()//初始化定时器
TMOD=0x11;
TH1=(65536-50000)/256;
TL1=(65536-50000)%256;
EA=1;
ET1=1;
TR1=1;
voidinit()//初始化定时器
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
ET0=1;
TR0=1;
voidinit3()//初始化判断各区写了几个数
{du(0x00,0x30);
ff=shu;
du(0x00,0x40);
x1=shu;
du(0x00,0x41);
x2=shu;
du(0x00,0x42);
x3=shu;
du(0x00,0x43);
x4=shu;
du(0x00,0x44);
x5=shu;
du(0x00,0x45);
x6=shu;
du(0x00,0x46);
x7=shu;
du(0x00,0x47);
x8=shu;
if(x
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- 数字 温度计