電子溫度計的設(shè)計是電子專業(yè)課程實踐和畢業(yè)設(shè)計的熱門課題。以《傳感器與檢測技術(shù)》課程為例，溫度傳感器是該課程的重要章節(jié)，基于不同溫度傳感器的溫度計的制作是課程實踐的重點。市面上大部分溫度計是以單片機為核心的，但考慮到有的學(xué)生沒有單片機基礎(chǔ)，因此設(shè)計出一個以模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)為核心的溫度計是非常有必要的。

 

一、總體功能設(shè)計

       系統(tǒng)總體功能框圖如圖 1 所示，信號采集模塊完成對溫度的采集，信號處理模塊完成對溫度信號的數(shù)字化處理，顯示模塊完成對非常后的數(shù)字信號進(jìn)行顯示。

二、硬件設(shè)計

（一）信號采集模塊

       常見的溫度傳感器有熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、集成溫度傳感器等，其中熱電偶通常用于測量 1000℃以上的高溫，且使用時需要冷端補償；熱敏電阻使用簡單，但是由于其溫度特性的非線性，通常不用于測量場合；集成溫度傳感器通常需要與控制器（如單片機）相連才能使用。因為熱電阻的溫度特性是非常線性的，本文決定采用PT100 熱電阻完成溫度信號的采集。如圖 2 所示。將 PT100 與 R1 電阻串聯(lián)分壓，即可將溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。當(dāng) t=0℃時，PT100 的阻值等于 R1，此時分壓電壓為 2.5V。

（二）信號處理模塊

       信號處理模塊以模數(shù)轉(zhuǎn)換器 TC7107 為核心，它是由美國Intersil 公司專門根據(jù)數(shù)字儀表生產(chǎn)的數(shù)字儀（滿幅輸入電壓取 200mV 或者 2VINFS 表）所設(shè)計出的一種專用芯片。ICL7107芯片具有高集成度、高轉(zhuǎn)換進(jìn)度以及抗干擾能力強的優(yōu)點。它里面包含 31/2 位的數(shù)字 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號，并且可以將 LED 數(shù)碼管直接驅(qū)動，199.9 為非常大顯示數(shù)值，非常小的分辨率可以達(dá)到 100uV，轉(zhuǎn)換精度則是 0.05。部分引腳功能為：a.V+ 和 V-：分別表示電源的正極、負(fù)極 ;b.GND: 接地 ;c.OSC1 ～ OSC3: 表示的是時鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體所組成的一個振蕩器。其中第 38 腳至第40 腳的電容選擇是根據(jù)式 FOSL=0.45/RC 來決定的 ;d. COM: 表示模擬信號公共端，一般與輸入信號負(fù)的一極和基準(zhǔn)電壓的負(fù)極相連 ;e.TEST: 測試端 ;f.VREF+、VREF- ：分別是基準(zhǔn)電壓的正極和負(fù)極 ;g.INT：積分電容器 ;h.IN+、IN-：表示的是模擬量的輸入端，分別與輸入信號的正極和負(fù)極相連 ;i. AZ：表示的是該積分器和比較器的反向輸入端，與自動調(diào)零電容相連 ;j. BUF：表示的是緩沖放大器的輸出端，接積分電阻）;k.第 2 腳至第 20 腳為顯示部分。

 

       熱電阻 PT100 的輸出信號轉(zhuǎn)換為電壓后，連接至 TC7107的 31 腳 VIN+ 端。 通 過 調(diào) 節(jié) RV1 使 得 ICL7107 的 第 36 腳 為2V，將第 31 腳與第 36 腳標(biāo)定的基準(zhǔn)電壓（2V）進(jìn)行比較后完成數(shù)字信號轉(zhuǎn)換工作，即 AD 轉(zhuǎn)換。

（三）顯示模塊

       TC7107 完成模數(shù)轉(zhuǎn)換后，可直接連接 LED 數(shù)碼管，如圖 2所示。其中 A1-G1、A2-G2、A3-G3 分別為輸出信號的 0-2 位，AB4 輸出第 3 位，僅能表示 0 或 1。從下至上四個數(shù)碼管，非常好個數(shù)碼管使用 b、c 兩段只顯示“1”，且只有第三個數(shù)碼管的 DP 引腳被應(yīng)用，顯示小數(shù)點并點亮。因此，四個數(shù)碼管能顯示的非常大溫度值是“199.9”。通過數(shù)據(jù)處理電路，四個LED 數(shù)碼管接在 ICL7107 芯片的第 2 腳至第 20 腳，通過芯片的 AD 轉(zhuǎn)換工作，使得四個數(shù)碼管顯示數(shù)值。本文中數(shù)碼管為共陽管。

三、結(jié)束語

       在焊好電路板后需要仔細(xì)檢查電路板上的元器件是否安插正確以及是否有虛焊現(xiàn)象；調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電壓源，使得輸出的電壓是 +5V，為提高準(zhǔn)確性，電路板上電前先用萬用表進(jìn)行測量；將 ICL7107 的基準(zhǔn)電壓調(diào)試到 2V。將所制作的溫度計放置于室溫中，調(diào)節(jié) RV1，使數(shù)碼管顯示室溫；加熱熱電阻，記錄不同溫度時數(shù)碼管的顯示值。實驗表明，該溫度計能準(zhǔn)確地顯示熱電阻的溫度。