由于仿真器件庫(kù)里沒(méi)有AD590，而AD590是電流變化器件，控制輸入的恒流源的電流變化來(lái)模擬AD590在不同溫度下的電流值，通過(guò)運(yùn)放的運(yùn)算放大處理將電流值轉(zhuǎn)化成電壓值，通過(guò)TC7107采樣顯示出來(lái)，設(shè)置當(dāng)溫度大于100度時(shí)報(bào)警器亮燈報(bào)警
仿真原理圖如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下載）
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仿真模擬AD590
2023-2-28 10:48 上傳
（1） 了解常用的集成溫度傳感器AD590的基本原理，主要特性。
（2） 掌握溫度的實(shí)際監(jiān)測(cè)和控制；
（3） 通過(guò)本次設(shè)計(jì)掌握溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件實(shí)踐方法；
（4） 熟悉仿真軟件的使用方法；
（5） 鞏固所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)綜合應(yīng)用知識(shí)能力，鍛煉動(dòng)手能力和實(shí)際工作能力。
本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
本溫度控制器采用的控制方法為降壓法。具體思想為：AD590溫度傳感器通過(guò)電流的測(cè)量得到所需的溫度值。而使此電流經(jīng)過(guò)一電位器即可將此電流值轉(zhuǎn)化為一定電壓值，但此電壓值相對(duì)于0℃時(shí)具有一定的偏移量。于是，通過(guò)一差分放大電路即可將此電壓偏移量平移掉，使其電壓值即為此時(shí)的溫度值，然后將此電壓值送入顯示單元，顯示數(shù)據(jù)；同時(shí)，將此電壓值送入比較器，通過(guò)比較器輸出的高低電壓來(lái)控制三極管的飽和導(dǎo)通與截止，進(jìn)而控制發(fā)光二極管的亮與滅，以此代表電源開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
設(shè)計(jì)要求：
（1）測(cè)量和控制溫度范圍：0℃～100℃；
（2）控溫精度：≤0.5℃；
（3）加熱功率：1KW 220V 50HZ。
AD590溫度控制器設(shè)計(jì)工作原理2.1系統(tǒng)工作流程圖 如圖所示為數(shù)字溫度計(jì)的原理框圖。其工作原理是將被測(cè)的溫度信號(hào)通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成溫度變化的電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路后，通過(guò)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，最后將數(shù)字量送顯示電路，用4位LED數(shù)碼管顯示。 圖2-1 電路流程圖 2.2系統(tǒng)原理框圖及電路圖 圖2-2 總電路圖 3 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)原理3.1溫度傳感器 3.1.1 AD590主要特性 由于本電路是基于模擬AD590設(shè)計(jì)的，AD590是利用PN結(jié)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。這種器件在被測(cè)溫度一定時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)恒流源。該器件具有良好的線性和互換性，測(cè)量精度高，并具有消除電源波動(dòng)的特性。即使電源在5～15V之間變化，其電流只是在1μA以下作微小變化。 AD590集成溫度傳感器進(jìn)行溫度～電流轉(zhuǎn)換。它是一種電流型二端器件，其內(nèi)部已作修正，具有良好的互換性和線性。有消除電源波動(dòng)的特性。輸出阻抗達(dá)10MΩ，轉(zhuǎn)換當(dāng)量為 。器件采用B－1型金屬殼封裝。 主要特性參數(shù)如下： 工作電壓：4～30V 工作溫度：-55～+150℃ 保存溫度：-65～+175℃ 正向電壓：+44V 反向電壓：-20V 焊接電壓（10秒）：300℃ 靈敏度：1μA/K 3.1.2 集成溫度控制器AD590的工作原理 AD590是一個(gè)集成溫度傳感器，在制造時(shí)按K氏度標(biāo)定，即在0℃時(shí)，AD590的電流為273μA，溫度每增加1K氏度，電流隨之增減1μA，AD590的外形電路如下圖3.1.2.1所示，它采用金屬外殼三腳封裝形式，其中1腳為電源正端V+；2腳為電流輸出端1；3腳為傳感器輸入端并與管殼相連，一般被測(cè)溫度就是管殼溫度。AD590在0℃時(shí)的電流不一定正好等于273μA，偏離越多價(jià)格越低，但每度電流能夠保證1μA，將一電阻與AD590串聯(lián)即可將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，為了明確起見(jiàn)還應(yīng)有一電位器串入，如果串入10KΩ電阻，溫度每變化1K，電壓變化10mV，且于溫度的變化成正比，即轉(zhuǎn)換當(dāng)量10mV/K。當(dāng)電源電壓在V=4μV～30V之間時(shí)，其電流將隨溫度的大小而線性地變化。由于電源電壓的變動(dòng)亦會(huì)影響AD590的電流輸出，但隨電源電壓的變大，其電壓變動(dòng)所造成的影響將變小，因此一般建議采用較高電源電壓，AD590對(duì)溫度T的端電流關(guān)系式為：  I（T）=I（0）=1μ/℃*T（℃）=273.2μA+TμAV（T）=I（T）*R=273.2*R+T*R 電壓輸出V（T）與溫度T呈線性關(guān)系 3.2轉(zhuǎn)換與放大電路 3.2.1 差分偏移電路 K～℃變化環(huán)節(jié)即放大偏移電路，如圖3.2.1 AD590的電流值對(duì)應(yīng)絕對(duì)溫度，而在溫控應(yīng)用中需要采用攝氏溫度，因此要把℃時(shí)的273μA在10KΩ電阻的電壓降2.73平移掉，即℃=K-273，K～℃的變換通過(guò)差分運(yùn)算電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。 電路中所有的集成運(yùn)放均采用UA741。 將從溫度傳感器傳出來(lái)的電壓Va（T）（利用RW0調(diào)整使RW0+R1=10KΩ，即Va（T）=273.2μA*10KΩ+T*10KΩ=2.732V+10TmV經(jīng)過(guò)一電壓跟隨器來(lái)降低壓降電路所造成的負(fù)載效應(yīng)，由電壓跟隨器出來(lái)的電壓為Vb（T），則Vb（T）=Va（T）； 再其次為差分放大器，可知： Vc（T）=（Vb（T）-Vref）*R5/R3=Vb（T）-Vref=2.73V+10TmV-Vref 若設(shè)計(jì)Vref=2.732V且R3=R5=10KΩ 則Vc（T）=10TmV 圖3-2差分偏移電路 3.2.2 比較器 這個(gè)環(huán)節(jié)有運(yùn)算放大器按照比較器方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，比較器的一個(gè)輸入端接溫度信號(hào)，另外一個(gè)輸入端接溫度給定電壓信號(hào),本實(shí)驗(yàn)研究溫度范圍不超過(guò)100℃，要保證溫度給定電壓信號(hào)為1v。當(dāng)溫度電壓小于給定電壓時(shí)，比較器輸出正飽和電壓值，使開(kāi)關(guān)不接通，加熱器不斷加熱：當(dāng)溫度電壓等于給定電壓時(shí)，比較器輸出在正負(fù)飽和電壓之間來(lái)回跳動(dòng)，使開(kāi)關(guān)不斷接通和斷開(kāi)；對(duì)于有接點(diǎn)的開(kāi)關(guān)，往往會(huì)產(chǎn)生火花，此時(shí)采用滯回比較器。 3.2.3 開(kāi)關(guān)模擬電路 可采用有接點(diǎn)的繼電器開(kāi)關(guān)，也可以采用固態(tài)繼電器，單項(xiàng)可控硅或雙向可控硅，為了免除加熱回路的強(qiáng)電對(duì)測(cè)溫電路的危害，也可采用光電隔離器件。本圖采用發(fā)光二極管LED和三極管構(gòu)成的電路來(lái)模擬顯示電路的工作過(guò)程。當(dāng)比較器輸出反相對(duì)電壓時(shí)，三極管截止，二極管截止，不發(fā)光，相當(dāng)于加熱器正在加熱。我們?cè)O(shè)定當(dāng)溫度為100℃時(shí)，當(dāng)比較器輸出正向電壓時(shí)，二極管發(fā)光，提示溫度過(guò)高。 3.2.4 電路原理圖 AD590溫度傳感器與放大偏移電路部分如圖所示： 圖3-4部分電路原理圖 3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路 TC7107是一種高性能、低功耗的三位半A\D轉(zhuǎn)換器，同時(shí)包含有七段譯碼器、顯示驅(qū)動(dòng)器、參考源和時(shí)鐘系統(tǒng)。TC7107可直接驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極LED數(shù)碼管。TC7107將高精度、通用性和真正的低成本很好的結(jié)合在一起，它有低于10uV的自動(dòng)校零功能，零漂小于1uV/℃，低于10pA的輸入電流，極性轉(zhuǎn)換誤差小于一個(gè)字。真正的差動(dòng)輸入和差動(dòng)參考源在各種系統(tǒng)中都很有用。在用于測(cè)量負(fù)載單元、壓力規(guī)管和其它橋式傳感器時(shí)會(huì)有更突出的特點(diǎn)。 TC7107的特點(diǎn)： 1. 保持零電平輸入時(shí)，各量程的讀值均為零； 2. 1pA典型輸入電流； 3. 很低的噪聲（小于15 Vp-p）； 4. 片上自帶時(shí)鐘； 5. 低功耗； 6. 不需外接有源電路。 7. 真正的差動(dòng)輸入和差動(dòng)參考電源，直接LCD顯示驅(qū)動(dòng)。 TC7107AD轉(zhuǎn)換器的管腳排列及其各管腳功能如下： V＋和V-分別為電源的正極和負(fù)極（或地） A1-g1,a2-g2,a3-g3：分別為個(gè)位、十位、百位筆畫(huà)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，依次接個(gè)位、十位、百位LED顯示器的相應(yīng)筆畫(huà)電極。 Bck：千位筆畫(huà)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。接千位LEO顯示器的相應(yīng)的筆畫(huà)電極。 PM：液晶顯示器背面公共電極的驅(qū)動(dòng)端，簡(jiǎn)稱(chēng)背電極。
Oscl-OSc3 ：時(shí)鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器。第38腳至第40腳電容量的選擇是根據(jù)下列公式來(lái)決定：Fosl = 0.45/RC COM ：模擬信號(hào)公共端，簡(jiǎn)稱(chēng)“模擬地”，使 用時(shí)一般與輸入信號(hào)的負(fù)端以及基準(zhǔn)電壓的負(fù)極相連。
TEST ：測(cè)試端，該端經(jīng)過(guò)500歐姆電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱(chēng)“邏輯地”或“數(shù)字地”。
VREF＋ VREF- ：基準(zhǔn)電壓正負(fù)端。
CREF：外接基準(zhǔn)電容端。
INT：27是一個(gè)積分電容器，必須選擇溫度系數(shù)小不致使積分器的輸入電壓產(chǎn)生漂移現(xiàn)象的元件
IN＋和IN- ：模擬量輸入端，分別接輸入信號(hào)的正端和負(fù)端。
AZ：積分器和比較器的反向輸入端，接自動(dòng)調(diào)零電容CAz 。如果應(yīng)用在200mV滿刻度的場(chǎng)合是使用0.47μF，而2V滿刻度是0.047μF。
BUF：緩沖放大器輸出端，接積分電阻Rint。其輸出級(jí)的無(wú)功電流( idling current )是100μA，而緩沖器與積分器能夠供給20μA的驅(qū)動(dòng)電流，從此腳接一個(gè)Rint至積分電容器，其值在滿刻度200mV時(shí)選用47K，而2V滿刻度則使用470K。 3.4 數(shù)碼管顯示 在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，由于TC7107的特點(diǎn)，它只能驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極數(shù)碼管，故我們要選用共陽(yáng)極七段數(shù)碼管。引腳從左到右依次對(duì)應(yīng)TC7107的A1—A7、第八個(gè)引腳表示小數(shù)點(diǎn)、最右邊表示共陽(yáng)極端。 4 電路安裝及測(cè)量4.1電路安裝實(shí)物圖 圖4-1電路安裝實(shí)物圖 4.2調(diào)試及故障分析 在室溫測(cè)試中，接通電源后，芯片發(fā)燙，但是數(shù)碼管不亮，分析原因，不得而知。只有發(fā)光二極管時(shí)亮?xí)r滅，分析原因，是因?yàn)榻佑|不良。最終，實(shí)物并未成功完成。 5 仿真與調(diào)試5.1 proteus仿真電路 仿真電路如圖5.1,5.2和5.3所示 其中，圖5.1是溫度未達(dá)警戒線80℃的仿真電路；圖5.2是溫度剛好為100℃的仿真電路；圖5.3是溫度超過(guò)警戒線100℃的仿真電路。 圖5-1 溫度為80℃的仿真電路 圖5-2是溫度剛好為100℃的仿真電路 圖5-3是溫度為120℃的仿真電路 5.2仿真結(jié)論 即仿真所得的實(shí)際結(jié)果與理論基本形同，但有一定誤差。誤差原因在與Vref不能保證完全等于2.73v，而是約等于2.725v。 6 總結(jié)采用AD590、A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)碼管。通過(guò)溫度傳感器AD590采集到溫度信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大電路送A/D轉(zhuǎn)換器，然后直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示溫度。在這次設(shè)計(jì)當(dāng)中，初步了解了A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理以及數(shù)碼管的連接方法。 在這個(gè)設(shè)計(jì)中，信號(hào)采集電路和A/D轉(zhuǎn)換電路比較重要，要對(duì)電路中各個(gè)元件數(shù)值進(jìn)行精確的計(jì)算，防止電路輸出變化太大，對(duì)測(cè)量不利。
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Proteus8里面是沒(méi)有AD590芯片的,所以采用此電路模擬其功能
用其他芯片來(lái)模擬AD590的仿真.7z
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