电子综合设计报告

一、 设计要求

设计并制作一个数字式温度计。要求：温度范围：0～70°C；准确度：±2°C；分辨率：0.1°C；显示方式：四位LED数码显示。（发挥部分：提高测量精度:<±1°C；四位LCD（液晶）显示）

二、 电路设计使用器件

使用变压器、整流桥等将220V交流电转化为正负5V直流电；AD590作为温度传感器；使用OP07作为运放；使用稳压管LM385产生-0.273V的电压进行K~℃转换；使用ICL7107作为A/D转换主体；以四位LED数码管分别显示温度正负、十位、个位，小数点后一位。整体电路构图如图1所示：

图1 数字温度计电路构图

1． AD590介绍

AD590是美国ANALOG DEVICES公司的单片集成两端感温电流源，其输出电流与绝

对温度成比例。在4 V至30 V电源电压范围内，该器件可充当一个高阻抗、恒流调节器，调节系数为1 µA/K。片内薄膜电阻经过激光调整，可用于校准器件，使该器件在298.2K (25°C)时输出298.2 µA电流。

AD590适用于150°C以下、目前采用传统电气温度传感器的任何温度检测应用。低成本的单芯片集成电路及无需支持电路的特点，使它成为许多温度测量应用的一种很有吸引力的备选方案。应用AD590时，无需线性化电路、精密电压放大器、电阻测量电路和冷结补偿。

除温度测量外，还可用于分立器件的温度补偿或校正、与绝对温度成比例的偏置、流速测量、液位检测以及风速测定等。AD590可以裸片形式提供，适合受保护环境下的混合电路和快速温度测量。AD590管脚排列和连接事例如图2所示：

AD590性能参数

图 2 AD590管脚排列和I-V电路

2． 集成运放OP07

OP07 具有很低的失调电压10～25μV，低的温漂0.625μV/℃和高的稳定性0.2μV/Month。OP07的电源电压范围是±3V～±18V

图3 OP07 管脚排列和调零电路

3． ICL7107

ICL7107是一高性能，低功耗带7段译码和驱动的3位半A/D转换器。它由±5V供

电，量程为2V（-1V~+1V）或200 mV（-100mV~+100mV）。ICL7107是双积分型A/D，其转换过程可分为：自动回零（A-Z），积分（INT）和反向积分（DE）三部分。显示输出为DISPLAY COUNT = 1000 （VIN/VREF）。ICL7107管脚排布如图4所示，ICL7107典型应用示例如图5所示。

管脚说明： “V+（1）”电源+输入端，使用时应加+5V；

“A1，B1„F3，G3”分别对应1‘S（最低位）„ 100‘S位的7段译码输出； “AB4（19）”为最高位b和c段的译码输出； “POL（20）”为符号位的译码输出； “V-（26）”电源－输入端，使用时应加－5V “INT（27）”接积分电容C3，0.22μF； “BUFF（28）”接积分电阻R2，对于2V量程为470kΩ；对于200mV量程为47kΩ； “A-Z（29）”接回零电容C2，对于2V量程为0.047μF；对于200mV量程为0.47μF；

“IN HI（31）”和“IN LO（30）”分别接输入信号的高端和低端；

“COM（32）”为公共端；一般COM端可接GND端，但对于对地浮动的输入信号，COM与IN LO相接；

“CREF+（34）”和“CREF-（33）”接电容C1，0.1μF； “REF HI（36）”和“REF LO（35）”分别接参考电压的高端和低端；对于2V量程为1V，对于200mV量程为100mV；

“TEST（37）”为试灯端，当TEST接到5V时，所有的段驱动接通，输出将显示1888； “OSC1（40）”，“OSC2（39）”和“OSC3（38）”这三个端用来接内部振荡器的定时元件，其中OSC2接电阻R3，OCS3接电容C4，OSC1接R3，C4的另一端，振荡器频率fOSC=48KHz，R3C4=0.45/fOCS，R3=100 kΩ，C4=100Pf；

图4 ICL7107管脚排布

图5 ICL7107典型应用示例

三、 电路设计部分（以温度为25℃为例）

1. 温度传感器部分

温度传感器与电压跟随器电路图

由于AD590低成本的单芯片集成电路及无需支持电路的特点，所以选用其为温度传感器，在其正极介入+5V电压，负极串联一个1K的电阻接地，负极就会输出电压为（273+25）*1（T为开尔文温度），电压变化为1mV/K。为了避免负载电阻对输出的电压分压，所以在输出电压那里串联了一个电压跟随器，使用的是运放OP07。

2.

K/℃转化电路

-273mV电压产生电路图

K/℃转换电路

本电路的K/℃转换电路用OP07制作了一个减法器，其中输入电压来自温度传感器的输出电压和LM385分压出的-273mV。其中-273mV电路是LM385负极通入-5V电压，正极接地，在正负极间并联一个电位器，通过调节电位器电阻分压产生-273mV电压通入运放负极。与温度传感器输出电压组成K/℃转换电路输入电压，运放的正极连接一个电阻保护电路接地。由于电阻阻值存在一定的误差，所以在运放负极和输出端连接了一个电位器，以便调节精确度。此时输出的是负值。如此时温度是25℃，输出的电压是-25mV。

3. 反向放大电路

由于K/℃转换电路输出的电压为负值，且ICL7107选取的量程是2V，所以需要在K/℃转换电路之后接入一个反向放大电路。

反向放大电路图

反向放大电路使用的运放还是OP07，在运放正极接入保护电阻接地，负极与K/℃转换电路输出电压串联一个1K电阻后连接，输入电压为K/℃转换电路输出电压。此电路同时是为了讲输入电压放大十倍，由于阻值误差，所以选用了50K的电位器连接在运放负极和输出端，调节电位器电阻实现反向放大十倍的目的。此时输出的电压为0.25V

4. A/D转换和LED显示部分

由于ICL7107是一高性能，低功耗带的三位半A/D转换器，所以本电路中使用了其作为A/D转换电路的主要组成部分。由于其有2V和200mV两个量程，本电路中使用的是其2V的量程，所以所使用的部分电容电阻有所不同，具体的数值在电路图中有所显示。LED显示部分我们使用的是四位共阳极数码管，分别显示正负，十位，个位和小数位。具体电路如图所示：

A/D转换器和数码管显示部分电路图

5. 电源电路

本电路中的温度传感器AD590，稳压管LM385，运放OP07，ICL7107都需要+-5V的工作电压，所以本电路还设计了一个220V交流电转+-5V直流电的直流稳压电源。电源电路中使用的变压器是220~9V，使用的三端稳压器是LM7805CT和LM7905CT具体电路如图所示：

电源电路

6. 总体电路图（另附件）

四、 PCB设计

五、