《电子技术课程设计》 长安大学电控学院电子科学与技术系一班 李哲雄
图2-1-3 电流温度特性曲线
考虑到本课题的要求，我们选用单电源模式，其电路图如下2-1-4所示。
图2-1-4 温度传感模块电路图
温度传感器LM35单端接电源，经过同相比例器放大输出。根据所选AD转换器的芯
片参数，放大倍数选择为3。其具体参数计算如下：
Auf?1?R320K?1??3 R210K选择适当的电阻值可以有不同的放大倍数，着有效的增加了此模块移植性。
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为了保证温度传感器热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： ① 组成温度传感器热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； ② 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；
③ 补偿导线与温度传感器热电偶自由端的连接要方便可靠； ④ 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
(二) 数字显示与温度范围控制模块
1、方案的论证与选择
经分析，数字显示与温度范围控制模块的核心主要有两部分： （1） A/D转换部分
采用集成芯片AD574A 作为模数转换芯片，AD574A 是美国模拟数字公司（Analog ）推出的单片高速12位逐次比较型A/D转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D 转换器。AD574A可以把电压信号转换成二进制数，但是二进制数并不能直接在数码管上显示，所以AD574A输出的二进制数到8421BCD码的转换成为该方案的核心问题，经过查阅大量资料，最终决定采用281024 CMOS EEPROM实现二进制到8421BCD码的，其电路连接简单，转换效率高，功耗低，出错率低。 综上所述，该方案工作稳定性强，不易出错，所以采用该方案。具体电路和实施方案以及AD574A的详细资料见后文“2.AD转换与解码”。 （2）控制温度设定与温度超限判断部分有两种方案： 方案一：
如图2-2-1所示，通过旋动滑动变阻器获得不同的分压代表相应的的温度值，分压一路通过AD转换显示设定温度，一路经过电压比较器和温度传感模块输出的进行比较，输出高低电平指示信号控制报警和温控执行模块。该方式虽然简便可行，但其受外界环境干扰较大，特别是当实际温度在控制温度附近时，有可能由于其它干扰达不到理想的温控效果，温度控温精度并不高。
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设定温度显示A/D转换声光报警及温控执行单元滑动变阻器分压装置电压比较器传感器输出电压 图2-2-1 控制温度设定与温度超限判断方案一框图
方案二：
利用计数器和锁存器精确设定温控范围。如图2-2-2所示：通过计数器，把设定温度以8421BCD码的形式保存到锁存器中，经过级联的数值比较器与EEPROM输出的代表温度的8421BCD码进行比较。来判定温度是否超限，由数值比较器输出高低电平作为指示信号控制报警和温控执行电路。
设定温度显示声光报警及温控执行单元计数器（温度设定装置）锁存器数值比较器EEPROM输出 图2-2-2 控制温度设定与温度超限判断方案二框图
综上所述，方案二温度设定简单方便，控制更加精确，工作稳定性更好。所以采用此方案。由此可以画出此系统的具体框图如下图2-2-3所示。
数值比较器温度上限值锁存器传感器输出A/D转换二进制转8421BCD码温度设定计数器译码显示译码显示数值比较器温度下限值锁存器 图2-2-3 系统完整框图
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2、AD转换与解码 1)、AD转换：
A/D转换器的功能是在规定时间内把模拟信号在时刻t的幅度值（电压值）转换为一个相应的数字量。由于A/D转换器输入的模拟信号在时间上是连续的，输出的数字信号是离散的。所以只能在一系列选定的瞬间进行A/D转换，这样既要求对输入的模拟信号先进行采样，然后再把这些采样值转换为二进制数字进行输出。因此，一般的A/D转换过程需要经过采样、保持、量化和编码这四个步骤来完成。
采样就是把一个在时间上连续的信号变换为在时间上的离散的信号。因为每次把采样得到的电压值转换为二进制数字都需要经过一段的时间T，所以在时间T中要保持采样值的不变，及要求利用保持电路对采样值经行储存。数字信号不仅在时间上是离散的，而且在幅度上也是离散的。为了将电压信号转换为数字信号，在A/D转换过程中，还必须将采样后获得的输出电压按照某种近似方式规划到与之相应的离散电平上。这一过程成为数值量化。量化后的数值经过编码后就可得到相应的数字信号。
如图2-2-4所示电路，为了保证温度的精度（0.5度），本设计采用AD574的12位转换模式。
VCCVDD1R1140kΩ4R23kΩ3C110uF047RSTDISTHRTRICONGND15VVCC02738VSS3950%VEE0U2V_Logic12/8CSA0CLKCEV+REF_OUTAGNDREF_INV-BIP_OFFINSTSDB11DB10DB9DB8DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0DGND12VVDD8U3VCCOUT3241625R61kΩKey=ALM555CMC210nFVSS15V-15VVEEAD57400 图2-2-4 系统完整框图
AD574 是美国模拟数字公司（Analog ）推出的单片高速12 位逐次比较型A/D 转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D 转换器，其主要功能特性如下：
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分辨率为12 位。非线性误差为小于±1/2LBS 或±1LBS。转换速率为25us 。模拟电压输入范围为0~10V 和0~20V，0~±5V 和0~±10V四种输入。电源电压为±15V 和 5V。 数据输出格式为12 位二进制代码。芯片工作模式为全速工作模式和单一工作模式。
图2-2-5 AD574A引脚图
AD574A 的引脚说明：
[1]. Pin1(V Logic)——逻辑电源+5V电源输入端。
[2]. Pin2(12／8 )——数据模式选择端，通过此引脚可选择数据纵线是12位或8位输出。 [3]. Pin3(CS )——片选端，低有效。
[4]. Pin4(A0)——字节地址短周期控制端。与12/8端用来控制启动转换的方式和数据输出格式。
[5]. Pin5( R/C)——读转换数据控制端。 [6]. Pin6(CE)——使能端，高有效。
[7]. Pin7(V+)——正电源输入端，输入+15V电源。 [8]. Pin8(REF OUT)——10V 基准电源电压输出端。 [9]. Pin9(AGND)——模拟地端。
[10]. Pin10(REF IN)——基准电源电压输入端。 [11]. Pin11(V-)——负电源输入端，输入-15V 电源。
[12]. Pin12(BIP OFF)——单极性输入时BIP OFF接模拟公共地，双极性时BIP OFF接对应 的-5V、-10V
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