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1、课 程 设 计 报 告论文题目： 温度测量电路设计 学院（系）： 班 级： 学生姓名： 学 号 指导教师： 时间： 基于AD590的温度测量电路设计 摘要：给出了一种数字式温度测量电路的设计方案，该设计是基于温度传感器AD590、集成放大芯片LM324、12位4路A/D转换芯片ADS7841、以及单片机STC89C51来实现的。文章详细介绍了该系统的总体设计方案以及模拟电路部分的硬件设计及调试方法。关键词：温度测量系统；传感器；放大电路正文： 1.原理与总体方案 电路中，用AD590获取温度信号。根据AD590的数据手册可以知道，在正常工作的情况下，AD590的电流变化1A，相当于环境温度变化
2、1摄氏度，当环境温度为0摄氏度的时候，AD590产生273A的电流。AD590经过10K的电阻串联后，在电阻的两端产生（2.73+T）V的电压，该电压经过由LM324构成的差分放大电路后，调整为05V的电压，然后由ADS7841转换成数字信号，送给单片机STC89C51，进行数码显示。设计的具体方案流程图如图1.1.0所示： AD590基于1N4728产生的2.73V调零电压LM324构成的三运放高共模抑制比放大电路2.733.73V2.73V05V送ADS7841图1.1.0 2.硬件设计：具体的电路图如图1.1.1所示，AD590工作在5V的电源下，产生273373A（0100摄氏度）的电
3、流，经过R1的分压过后，转换为2.733.73V的电压，经过一个由LM324构成的跟随器后，送至三运放放大电路的一端（设这个电压为U0）。稳压管1N4728可以将5V的电源稳压成为3.3V，再经1K的滑动变阻器R7分压后，产生2.73V的电压（U1），送至三运放放大电路的另一输入端。由三运放的放大关系可知：Uout=U0-U1=，其差模增益Kd为：，因此，可以通过调节5K的滑动变阻器R8的阻值，来调节放大倍数。经过该三运放，实现了电压的相减和调节，从而将电压调整为A/D芯片的标准工作电压。Ui1Ui0图1.1.1 3.调试本电路的调试主要是针对调零电压的调整和放大倍数的调整。具体的调整步骤和方
4、法如下:3.1电路板的检查检查电路板的焊接是否正确，有无虚焊、错焊以及漏焊，各电阻的阻值是否正确，集成运放LM324的管教是否连接正确，以及AD590和1N4728的连接是否有误。在该次调试中，发现有一电阻接错，后仔细对照图纸检查，重新焊接正确。3.2各关键点电压的测量分别测量各关键点的电压值，检查电路工作是否基本正确。实际测得，U0=2.81V，U1=2.63V,Uout=3.8V，温度改变，U0变化，但是输出不变。分析后发现，原来最后一个放大器U2D的反馈电阻接到了+端，所以导致输出电压值恒定不变，于是将电阻重新焊接。3.3调节调零电压调零电压的调节是通过改变1K的滑动变阻器R7的阻值来实
5、现的，因为0摄氏度的时候，AD590产生237A的电流，所以，应调节R7使U1为2.73V。但是调节后发现，当AD590置于冰水混合物中的时候，输出Uout的电压不为0。分析得知，由于AD590本身的误差和实际电路存在的误差，导致AD590在0摄氏度的时候输出电流不为237A，再次调节R7至2.54V的时候，发现输出为0V。调好后，用石蜡将R7封号。3.4调节放大倍数调节放大倍数是通过改变5K的滑动变阻器R8的阻值来实现的，分析得知，放大5倍较为合适，调节好后，亦用石蜡封住R8。4.测试与分析4.1测试环节将温度传感器AD590置于26摄氏度的常温下，测量输出电压为1.31V，经计算，发现放大
6、关系正确，改变温度至50摄氏度，测出输出电压为2.49V，放大正常。再改变温度至80摄氏度的时候，发现输出电压为3.8V，与放大关系不符，分析发现，原因是LM324工作在5V的电压下，由于本身的放大局限，放大器的输出一般要小于电源电压，所以，基本上3.8V已经达到了LM324的最高输出值。若要使输出电压增大，则需要为LM324提供更高的电压。分析发现，温度变化1摄氏度，输出电压对应变化0.05V。4.2方案比较在确定本方案之前，还设计了两个方案，现比较各自的优缺点如下：4.2.1方案一电路图如图1.1.2所示：图1.1.2该方案使用了正负双电源，能够提供较大的放大倍数，且能够测量0摄氏度一下的
7、温度，但是，它包含了微分和积分环节，而积分环节虽然能够消除纯比例调节器固有的净差问题，但是积分器的积分作用动作缓慢，在偏差刚出现时，积分器输出很若，不能及时克服扰动影响，被调参数的动态偏差增大，调节过长拖长。而纯微分环节无法克服净差，当偏差信号变换缓慢时，经长时间的积累到达相当大时，微分作用也无能为力。另外，该电路将放大部分单独做了，其实可以在差分部分就可以实现放大功能。因为电源已经设计为5V，再加之其积分和微分环节的不足，所以，放弃此方案。4.2.2方案二该方案采用了差分放大电路，亦用稳压管1N4728和一个滑动变阻器产生2.73V的调整电压，通过调节滑动变阻器R8和R9的阻值，调节放大比例
8、，其余几个放大器均为跟随器作用。图1.1.4 该方案能够实现发大和调零作用，也工作在5V的电压下，但是在调节方面不好操作，因为反馈端和接地端的电阻要求相等，所以，需同时调节R8和R9，在调节上面不好操作，且三运放具有更好的共模抑制比能力。所以放弃了此方案。 4.3分析 本设计采用了目前广泛应用的高共模抑制比放大电路。它由三个集成运算放大器组成，其中U2B、U2C为两个性能一直（主要指输入阻抗、共模抑制比和增益）的同相输入通用集成运算放大器，构成平衡对称差动放大输入级，U2D构成双端输入单端输出的输出级，用来进一步一直U2B、U2C的共模信号，并适应接地负载的需要。 当U2B、U2C性能一致时，
9、输入级的差动输出及其差模增益只与差模输入电压有关，而其共模输出、失调及漂移均在R8两端相互抵消，因此电路具有良好的共模抑制能力，同时不要求外部电阻匹配。但为了消除U2B、U2C偏置电流等的影响，通常取R2=R3。另外，这种电路还具有增益调节能力，调节R8可以改变增益而不影响电路的对称性。 5.结束语 本方案能够实对温度传感器的电压转换、调零、以及放大功能，具有工作电容易获得、放大比例调节方便、共模抑制比高、同时不要求外部电阻匹配的优点，能够将温度传感器的得到的电流信号，转换成为AD芯片的标准输入电压，具有较高的实用性。 通过本次课程设计，我更深入地了解了一个放大电路的设计过程，学习了AD590的工作方式和用LM324设计放大电路的方法，加深了对三运放高共模抑制比放大电路的理解，深刻体会了电路板焊接中的各种技巧。参考文献：1张国雄主编. 测控电路M.天津大学：机械工业出版社，2008。2何希才主编.常用传感器应用电路的设计与实践M.北京：科学出版社，2007。3高吉祥主编.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程模拟电子线路设计M.北京：电子工业2007出版社，2007。4 孙传友主编. 测控电路及装置M.北京：北京航空航天大学出版社，2002。5赵广林主编.Protel 99SE电路设计与制版M.北京：电子工业出版社，2005。- 5 -
基于AD590的温度测量电路设计
