数字温度计的设计.pdf
实验六 数字温度计的设计 一、设计目的 通过电子技术的综合设计，熟悉一般电子电路综合设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体的设计方法。通过设计有助于复习、巩固以往的学习内容，达到灵活应用的目的。设计完成后在实验室进行自行安装、调试，从而加强学生的动手能力。在该过程中培养从事设计工作的整体概念。二、设计要求 1、利用所学的知识，通过上网或到图书馆查阅资料，完成数字温度计的设计；要求写出实验原理，画出原理功能框图，描述其功能。2、需采用单片机 STC15W404AS、NTC 热敏电阻、共阳数码管等元器件进行设计，试确定设计方案详细工作原理，计算出参数。3、技术指标：1)温度范围:0-+100;误差 2；2)选择设计方案；3)根据设计方案分析设计原理及写出详细的硬件电路设计过程；方案概要 本设计是利用 NTC 热敏电阻 MF52E-10K（B=3950）1%精度，作为温度传感器，其输出的信号通过 STC15W404AS 内部 AD 进行模数转换，然后 STC15W404AS 对该温度数据进行处理，并由一个 4位一体共阳数码管显示显示温度值。实验报告要求 原理、计算等)1、根据设计要求确定数字温度计方案，并完成电路设计，分别说明设计方案、电路工作原理：2、完成电路连接并进行数字温度计测试：参考设计电路 图 1 参考电路图表 1 元器件清单 图 2 参考电路图 表 2 元器件清单 图 3 数码管引脚图 参考程序：*/#define MAIN_Fosc L 1.2.3.4.5.6.7.8.9.-1/*u8 code t_display=1.2.3.4.5.6.7.8.9.-1 */u8 code T_COM=0 xEF,0 xDF,0 xBF,0 x7F,0 xEF,0 xDF,0 xBF,0 x7F;(T1,R1).(T2,R2)and(T3,R3)，通过式 36 计算。首先由式样 3 根据 T0和 T1,T2,T3的电阻值求出 B1,B2,B3,然后代入以下各式样。电阻值计算例 试根据电阻温度特性表，求 25C 时的电阻值为 5(k)，B 值偏差为 50(K)的热敏电阻在 10C30C 的电阻值。步 骤(1)根据电阻温度特性表，求常数 C、D、E。To=25+T1=10+T2=20+T3=30+(2)代入 BT=CT2+DT+E+50，求 BT。(3)将数值代入 R=5exp(BTI/T-I/，求 R。*T:10+30+电阻温度特性图如图 1 所示 电阻温度系数 所谓电阻温度系数()，是指在任意温度下温度变化 1C(K)时的零负载电阻变化率。电阻温度系数()与 B 值的关系，可将式 1 微分得到。这里 前的负号()，表示当温度上升时零负载电阻降低。散热系数(JIS-C2570)散热系数()是指在热平衡状态下，热敏电阻元件通过自身发热使其温度上升 1C时所需的功率。在热平衡状态下，热敏电阻的温度 T1、环境温度 T2 及消耗功率 P 之间关系如下式所示。产品目录记载值为下列测定条件下的典型值。(1)25C 静止空气中。(2)轴向引脚、经向引脚型在出厂状态下测定。额定功率(JIS-C2570)在额定环境温度下，可连续负载运行的功率最大值。产品目录记载值是以 25C 为额定环境温度、由下式计算出的值。(式)额定功率=散热系数（最高使用温度25）最大运行功率 最大运行功率=t散热系数 这是使用热敏电阻进行温度检测或温度补偿时，自身发热产生的温度上升容许值所对应功率。(JIS 中未定义。)容许温度上升 tC 时，最大运行功率可由下式计算。应环境温度变化的热响应时间常数(JIS-C2570)指在零负载状态下，当热敏电阻的环境温度发生急剧变化时，热敏电阻元件产生最初温度与最终温度两者温度差的%的温度变化所需的时间。热敏电阻的环境温度从 T1变为 T2时，经过时间 t 与热敏电阻的温度 T 之间存在以下关系。T=(T1-T2)exp(-t/)+T2.(T2-T1)1-exp(-t/)+T1.常数 称热响应时间常数。上式中，若令 t=时，则(T-T1)/(T2-T1)=。换言之，如上面的定义所述，热敏电阻产生初始温度差%的温度变化所需的时间即为热响应时间常数。经过时间与热敏电阻温度变化率的关系如下表所示。产品目录记录值为下列测定条件下的典型值。(1)静止空气中环境温度从 50C 至 25C 变化时，热敏电阻的温度变化至C所需时间。(2)轴向引脚、径向引脚型在出厂状态下测定。另外应注意，散热系数、热响应时间常数随环境温度、组装条件而变化。NTC 负温度系数热敏电阻 R-T 特性 B 值相同，阻值不同的 R-T 特性曲线示意图 相同阻值，不同B 值的 NTC 热敏电阻 R-T 特性曲线示意图 温度测量、控制用 NTC 热敏电阻器 外形结构 环氧封装系列 NTC 热敏电阻 玻璃封装系列 NTC 热敏电阻 应用电路原理图 温度测量（惠斯登电桥电路）温度控制 应用设计 电子温度计、电子万年历、电子钟温度显示、电子礼品；冷暖设备、加热恒温电器；汽车电子温度测控电路；温度传感器、温度仪表；医疗电子设备、电子盥洗设备；手机电池及充电电器。温度补偿用 NTC 热敏电阻器 产品概述 许多半导体和 ICs 有温度系数而且要求温度补偿，以在较大的温度范围中达到稳定性能的作用，由于NTC 热敏电阻器有较高的温度系数，所以广泛应用于温度补偿。主要参数 额定零功率电阻值 R25()R25 允许偏差（%）B 值(25/50)/（K）时间常数 30S 耗散系数 6mW/测量功率 额定功率 使用温度范围-55 +125 降功耗曲线：应用原理及实例 了解热敏电阻原理，是应用好热敏电阻的前提。热敏电阻是对温度敏感的半导体元件，主要特征是随着外界环境温度的变化，其阻值会相应发生较大改变。电阻值对温度的依赖关系称为阻温特性。热敏电阻根据温度系数分为两类：正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻。由于特性上的区别，应用场合互不相同。正温度系数热敏电阻简称 PTC（是 Positive Temperature Coefficient 的缩写），超过一定的温度(居里温度-居里温度是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度。低于居里温度时该物质成为铁磁体，此时和材料有关的磁场很难改变。当温度高于居里温度时,该物质成为顺磁体，磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。这时的磁敏感度约为 10 的负 6 次方。)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。其原理是在陶瓷材料中引入微量稀土元素，如La、Nb.等，可使其电阻率下降到 10.cm 以下，成为良好的半导体陶瓷材料。这种材料具有很大的正电阻温度系数，在居里温度以上几十度的温度范围内，其电阻率可增大 410 个数量级，即产生所谓 PTC 效应。目前大量被使用的 PTC 热敏电阻种类：恒温加热用 PTC 热敏电阻；低电压加热用PTC 热敏电阻；空气加热用热敏电阻；过电流保护用 PTC 热敏电阻；过热保护用 PTC 热敏电阻；温度传感用 PTC 热敏电阻；延时启动用 PTC 热敏电阻；负温度系数热敏电阻简称 NTC（是 Negative Temperature Coefficient 的缩写），它的阻值是随着温度的升高而下降的。主要是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。NTC 热敏电阻器温度系数-2%，可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。NTC 负温度系数热敏电阻主要参数：零 功 率电阻值 RT（）额 定 零功率电阻值 R25（）材 料 常数（热敏指数）B 值（K）零 功 率电阻温度系数（T）应用设计：*电 子温度计、电子万年历、电子钟温度显示、电子礼品；*冷 暖设备、加热恒温电器；*汽 车电子温度测控电路；*温 度传感器、温度仪表；*医 疗电子设备、电子盥洗设备；*手 机电池及充电电器。
