數(shù)顯溫度計(jì)設(shè)計(jì)電路圖（一）：液晶顯示的數(shù)字式電腦溫度計(jì)電路

如圖為液晶顯示的數(shù)字式電腦溫度計(jì)電路。該八段式四位LCD顯示器，內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器，串行數(shù)據(jù)傳送，使用方便。

液晶顯示的數(shù)字式電腦溫度計(jì)電路

數(shù)顯溫度計(jì)設(shè)計(jì)電路圖（二）

介紹一種具有簡(jiǎn)單人工智能的溫度控制電路，使用該電路進(jìn)行溫度控制時(shí)，只需將開(kāi)關(guān)打在2的位置，通過(guò)設(shè)定控制溫度，并通過(guò)3位半數(shù)顯表頭所顯示的溫度值，即可精確地控制溫度，使得溫控操作變得十分方便。LM35是一種內(nèi)部電路已校準(zhǔn)的集成溫度傳感器，其輸出電壓與攝氏溫度成正比，線(xiàn)性度好，靈敏度高，精度適中．其輸出靈敏度為10.0MV／℃，精度達(dá) 0.5℃．其測(cè)量范圍為-55—150℃。在靜止溫度中自熱效應(yīng)低．工作電壓較寬，可在4——20V的供電電壓范圍內(nèi)正常工作，且耗電極省，工作電流一般小于60uA．輸出阻抗低，在1MA負(fù)載時(shí)為0.1Ω。根據(jù)LM35的輸出特性可知，當(dāng)溫度在0—150℃之間變換時(shí)，其輸出端對(duì)應(yīng)的電壓為0—150V，此電壓經(jīng)電位器W3分壓后送到3位半數(shù)字顯示表頭的檢測(cè)信號(hào)輸入端．在輸入端輸入的電壓為150V時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器使顯示的數(shù)值為150.0，經(jīng)調(diào)整后數(shù)顯表頭顯示的數(shù)值就是實(shí)測(cè)的溫度值。

溫度控制選擇可通過(guò)電位器W2來(lái)實(shí)現(xiàn)．通過(guò)調(diào)節(jié)W2可使其中間頭的電壓在0—1.65V之間的范圍內(nèi)變換，對(duì)應(yīng)的控制溫度范圍為0—165℃，完全可以滿(mǎn)足一般的加熱需要。將開(kāi)關(guān)K打在2的位置，電位器W2中間頭的電壓經(jīng)過(guò)電壓跟隨器A后送到數(shù)顯表頭輸入端來(lái)顯示控制溫度數(shù)值．調(diào)節(jié)電位器W2，數(shù)顯表頭所顯示的數(shù)值隨之變化，所顯示的溫度數(shù)值即為控制溫度值．電位器W1為預(yù)控溫度調(diào)節(jié)，其電壓調(diào)節(jié)范圍為0—0.27V，對(duì)應(yīng)可調(diào)節(jié)溫度范圍為0—27℃．此電位器調(diào)整后，其中間頭的電壓與電位器W2中間頭的電壓分別送入比較放大器B的反相及同相輸入端，B輸出端的電壓為二輸入電壓之差．此電壓對(duì)應(yīng)兩個(gè)設(shè)定的溫度值之差．例如將W1調(diào)至0.10V，對(duì)應(yīng)溫度10℃；將W調(diào)至O.80V，對(duì)應(yīng)溫度80℃．B的輸出電壓為0.70V，表示溫度70℃。此電壓與集成溫度傳感器輸出的電壓送到電壓比較器C中進(jìn)行電壓比較。

當(dāng)LM35輸出的電壓小于B的輸出電壓時(shí)，C輸出高電乎，可控硅T1因獲得偏流一直導(dǎo)通，交流220V直接加在電熱元件兩端，進(jìn)行大功率快速加熱．當(dāng)LM35輸出的電壓大于B的輸出電壓而小于A的輸出電壓時(shí)，表明實(shí)際溫度已接近控制溫度，C輸出低電乎，可控硅T1因無(wú)偏流處于截止?fàn)顟B(tài)，電壓比較器D 輸出高電平，可控硅T2仍處于導(dǎo)通狀態(tài)，交流220V需要通過(guò)二極管D2加在電熱元件兩端，進(jìn)行小功率慢速加熱（此時(shí)的加熱功率僅為原來(lái)的25%）。當(dāng)實(shí)際溫度上升到80℃以上時(shí)，LM35的輸出電壓大于0.80V，電壓比較器D輸出低電平，可控硅T2也截止，電熱元件斷電。

數(shù)顯溫度計(jì)設(shè)計(jì)電路圖（三）：液晶顯示溫度計(jì)電路圖

如圖為液晶顯示溫度計(jì)電路圖。該電路的工作原理為：由DS18B20溫度傳感器芯片測(cè)量當(dāng)前的溫度，并將結(jié)果送入單片機(jī)。然后，通過(guò)89C205I單片機(jī)芯片對(duì)送來(lái)的測(cè)量溫度讀數(shù)進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換，將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。最后，SMC1602A芯片將送來(lái)的值顯示于顯示屏上。本電路主要由DSl8820溫度傳感器芯片、SMCl602A液晶顯示模塊芯片和89C2051單片機(jī)芯片組成。其中，DSI8B20溫度傳感器芯片采用“一線(xiàn)制”與單片機(jī)相連，它獨(dú)立地完成溫度測(cè)量以及將溫度測(cè)量結(jié)果送到單片機(jī)的工作。

數(shù)顯溫度計(jì)設(shè)計(jì)電路圖（四）：用7136制作LCD數(shù)顯溫度計(jì)電路圖

用7136制作LCD數(shù)顯溫度計(jì)電路圖如下所示：

數(shù)顯溫度計(jì)設(shè)計(jì)電路圖（五）

在測(cè)量過(guò)程中，熱電偶產(chǎn)生的一般是相對(duì)于冷端的溫差電動(dòng)勢(shì)。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一般規(guī)定冷端的溫度為0℃。而在實(shí)際使用中，將冷端放入冰水混合物中并不方便。如果本地溫度不為0℃，則溫差電動(dòng)勢(shì)就可能偏大或偏小。因此，實(shí)際電路通常需要對(duì)溫差電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。該便攜式低功耗、高精度數(shù)字溫度計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)由四部分組成：第一是熱電偶；第二是AD7705（＄5.1240）、AD589（＄2.0760）組成的數(shù)據(jù)采集電路，其中A／D轉(zhuǎn)換電路的作用是將熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；第三部分是AD7416（＄1.2000），由它可測(cè)量冷端溫度，并由此計(jì)算出補(bǔ)償電壓；第四部分是MSP430F413（＄1.5188）和六位筆段式液晶顯示器組成的控制和顯示電路。具體的電路原理圖如圖1所示。為了達(dá)到低功耗高精度之目的，本設(shè)計(jì)方案中所選的芯片都具有低功耗模式，可以在測(cè)量間隙工作于省電模式。下面對(duì)各部分電路加以具體說(shuō)明。

圖1 便攜式低功耗高精度數(shù)字溫度計(jì)原理圖

熱電偶

本設(shè)計(jì)中選用K型或J型鎳鉻－銅鎳（康銅）熱電偶。它們比較適用于氧化及弱還原性環(huán)境中的測(cè)溫系統(tǒng)，其測(cè)溫范圍為－200℃～1000℃，熱電動(dòng)勢(shì)范圍為－9.835mV～76.358mV，由于這些熱電偶具有穩(wěn)定性好，靈敏度高，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而非常適合于便攜式測(cè)溫儀表的使用。圖2為鎳鉻－銅鎳（康銅）熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)－溫度曲線(xiàn)，經(jīng)過(guò)分析，其準(zhǔn)確度可達(dá)±0.1℃，在－150℃時(shí)，其靈敏度可達(dá)38μV／℃。

圖2 鎳鉻－銅鎳（康銅）熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)－溫度曲線(xiàn)

數(shù)據(jù)采集電路

在這一部分電路中，AD7705是用于低頻測(cè)量系統(tǒng)的前端器件，它分辨率高，且有節(jié)電模式，能夠滿(mǎn)足高精度和低功耗的要求。此外，AD7705片內(nèi)還有數(shù)字濾波電路、校準(zhǔn)電路和補(bǔ)償電路，因而能更好地保證高精度的實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。AD7705使用2.7V～3.3V單電源，它有兩個(gè)模擬差分輸入通道，在電源為3V、參考電壓為1.235V的情況下，雙極性輸入信號(hào)的最大幅度范圍為 0～±10mV（Gain＝128）到0～±1.235V（Gain＝1）。另外，AD7705還可直接接收傳感器產(chǎn)生的小信號(hào)以進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換并輸出串行數(shù)字信號(hào)。它采用Σ－Δ技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)16位A／D轉(zhuǎn)換。采樣速率由MCLKIN端的主時(shí)鐘和放大器的可變?cè)鲆鎭?lái)決定。實(shí)際上，AD7705同時(shí)可以對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行片內(nèi)放大、調(diào)制轉(zhuǎn)換和數(shù)字濾波處理。其數(shù)字濾波器的阻帶可編程控制，以便調(diào)節(jié)濾波器的截止頻率和輸出數(shù)據(jù)更新速率。

此濾波器的響應(yīng)類(lèi)似于中值濾波器的響應(yīng)，但下降沿更為陡峭。由于數(shù)字濾波器的輸出速率和濾波器幅頻響應(yīng)的第一個(gè)凹點(diǎn)頻率一致。因此，當(dāng)輸出速率為25Hz 時(shí)，濾波器第一個(gè)凹點(diǎn)也為25Hz。另外，（sinx／x）3濾波器也能抑制第一個(gè)凹點(diǎn)頻率的諧波成分，抑制量大于40dB。當(dāng)FS0和FS1分別為 0，1時(shí)，其輸出速率和第一凹點(diǎn)頻率為25Hz，－3dB點(diǎn)時(shí)為6.55Hz。如果被測(cè)環(huán)境溫度變化緩慢，那么在模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，該電路便能有效抑制大于 6.55Hz的干擾信號(hào)，其中包括50Hz的干擾信號(hào)。

當(dāng)AD7705工作電壓為3V，片內(nèi)可編程放大器增益設(shè)置為1時(shí)，A／D的精度為16位，最小分辨電壓為 37.69μV（1.235V×2／65536）。而熱電偶每變化1℃（－150℃～1000℃）的輸出熱電動(dòng)勢(shì)變化為38μV～81μV／℃，大于 AD7705的最小分辨電壓。所以，系統(tǒng)的分辨率可達(dá)到1℃，能夠滿(mǎn)足絕大多數(shù)工業(yè)測(cè)量要求。由于AD7705可直接對(duì)－0.6175V～0.6175V 電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，因此，當(dāng)熱電偶測(cè)量小于0℃的溫度且熱電動(dòng)勢(shì)小于0V時(shí)，它不需額外的電路也能正常工作。

AD589是AD7705的電壓參考源。AD589是價(jià)格低廉的雙端器件，它能提供帶有溫度補(bǔ)償特性的1.235V帶隙參考電壓輸出。其片內(nèi)元件匹配和熱跟蹤特性使AD589具有很高的穩(wěn)定性。此外，AD589的輸出阻抗比普通的低溫度系數(shù)齊納二極管低10倍，因此，即使負(fù)載發(fā)生變化，該電路也可以在無(wú)需外部器件的情況下維持很高的精度。

本系統(tǒng)以MSP430F413、AD7705為核心實(shí)現(xiàn)了低功耗高精度便攜式溫度計(jì)的設(shè)計(jì)。對(duì)于便攜式儀器，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了低成本寬測(cè)溫范圍條件下的低功耗高精度要求，具有一定的實(shí)用價(jià)值。目前此電路已投入應(yīng)用，實(shí)踐表明，整個(gè)便攜式低功耗高精度數(shù)字溫度計(jì)使用方便，工作穩(wěn)定，待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

數(shù)顯溫度計(jì)設(shè)計(jì)電路圖（六）

89S51單片機(jī)制作四位數(shù)數(shù)字溫度計(jì)電路圖

系統(tǒng)板上硬件連線(xiàn)

（1）、把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.0－P1.7與“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的ABCDEFGH端口用8芯排線(xiàn)連接。

（2）、把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P2.0－P2.7與“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端口用8芯排線(xiàn)連接。

（3）、把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.0與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的ST端子用導(dǎo)線(xiàn)相連接。

（4）、把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.1與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的OE端子用導(dǎo)線(xiàn)相連接。

（5）、把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.2與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的EOC端子用導(dǎo)線(xiàn)相連接。

（6）、把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.3與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的CLK端子用導(dǎo)線(xiàn)相連接。

（7）、把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的A2A1A0端子用導(dǎo)線(xiàn)連接到“電源模塊”區(qū)域中的GND端子上。

（8）、把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的IN0端子用導(dǎo)線(xiàn)連接到自制的AD590電路上。

（9）、把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0－P0.7用8芯排線(xiàn)連接到“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的D0D1D2D3D4D5D6D7端子上。