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 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，一般與輸入信號負的一極和基準電壓的負極相連 ;e.TEST: 測試端 ;f.VREF+、VREF- ：分別是基準電壓的正極和負極 ;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 腳標定的基準電壓（2V）進行比較后完成數(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，為提高準確性，電路板上電前先用萬用表進行測量；將 ICL7107 的基準電壓調(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，該溫度計能準確地顯示熱電阻的溫度。