數顯溫度計設計電路圖（五）

在測量過程中，熱電偶產生的一般是相對于冷端的溫差電動勢。工業標準一般規定冷端的溫度為0℃。而在實際使用中，將冷端放入冰水混合物中并不方便。如果本地溫度不為0℃，則溫差電動勢就可能偏大或偏小。因此，實際電路通常需要對溫差電動勢進行溫度補償。該便攜式低功耗、高精度數字溫度計的整個系統由四部分組成：第一是熱電偶；第二是AD7705（＄5.1240）、AD589（＄2.0760）組成的數據采集電路，其中A／D轉換電路的作用是將熱電偶產生的熱電動勢轉換為數字信號；第三部分是AD7416（＄1.2000），由它可測量冷端溫度，并由此計算出補償電壓；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。為了達到低功耗高精度之目的，本設計方案中所選的芯片都具有低功耗模式，可以在測量間隙工作于省電模式。下面對各部分電路加以具體說明。

圖1 便攜式低功耗高精度數字溫度計原理圖

熱電偶

本設計中選用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境中的測溫系統，其測溫范圍為－200℃～1000℃，熱電動勢范圍為－9.835mV～76.358mV，由于這些熱電偶具有穩定性好，靈敏度高，價格低廉等優點，因而非常適合于便攜式測溫儀表的使用。圖2為鎳鉻－銅鎳（康銅）熱電偶的熱電動勢－溫度曲線，經過分析，其準確度可達±0.1℃，在－150℃時，其靈敏度可達38μV／℃。

圖2 鎳鉻－銅鎳（康銅）熱電偶熱電動勢－溫度曲線

數據采集電路

在這一部分電路中，AD7705是用于低頻測量系統的前端器件，它分辨率高，且有節電模式，能夠滿足高精度和低功耗的要求。此外，AD7705片內還有數字濾波電路、校準電路和補償電路，因而能更好地保證高精度的實現溫度測量。AD7705使用2.7V～3.3V單電源，它有兩個模擬差分輸入通道，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生的小信號以進行A／D轉換并輸出串行數字信號。它采用Σ－Δ技術來實現16位A／D轉換。采樣速率由MCLKIN端的主時鐘和放大器的可變增益來決定。實際上，AD7705同時可以對輸入信號進行片內放大、調制轉換和數字濾波處理。其數字濾波器的阻帶可編程控制，以便調節濾波器的截止頻率和輸出數據更新速率。

此濾波器的響應類似于中值濾波器的響應，但下降沿更為陡峭。由于數字濾波器的輸出速率和濾波器幅頻響應的第一個凹點頻率一致。因此，當輸出速率為25Hz 時，濾波器第一個凹點也為25Hz。另外，（sinx／x）3濾波器也能抑制第一個凹點頻率的諧波成分，抑制量大于40dB。當FS0和FS1分別為 0，1時，其輸出速率和第一凹點頻率為25Hz，－3dB點時為6.55Hz。如果被測環境溫度變化緩慢，那么在模數轉換過程中，該電路便能有效抑制大于 6.55Hz的干擾信號，其中包括50Hz的干擾信號。

當AD7705工作電壓為3V，片內可編程放大器增益設置為1時，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℃）的輸出熱電動勢變化為38μV～81μV／℃，大于 AD7705的最小分辨電壓。所以，系統的分辨率可達到1℃，能夠滿足絕大多數工業測量要求。由于AD7705可直接對－0.6175V～0.6175V 電壓進行模數轉換，因此，當熱電偶測量小于0℃的溫度且熱電動勢小于0V時，它不需額外的電路也能正常工作。

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

本系統以MSP430F413、AD7705為核心實現了低功耗高精度便攜式溫度計的設計。對于便攜式儀器，本設計實現了低成本寬測溫范圍條件下的低功耗高精度要求，具有一定的實用價值。目前此電路已投入應用，實踐表明，整個便攜式低功耗高精度數字溫度計使用方便，工作穩定，待機時間長，具有廣闊的應用前景。

數顯溫度計設計電路圖（六）

89S51單片機制作四位數數字溫度計電路圖

系統板上硬件連線

（1）、把“單片機系統”區域中的P1.0－P1.7與“動態數碼顯示”區域中的ABCDEFGH端口用8芯排線連接。

（2）、把“單片機系統”區域中的P2.0－P2.7與“動態數碼顯示”區域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端口用8芯排線連接。

（3）、把“單片機系統”區域中的P3.0與“模數轉換模塊”區域中的ST端子用導線相連接。

（4）、把“單片機系統”區域中的P3.1與“模數轉換模塊”區域中的OE端子用導線相連接。

（5）、把“單片機系統”區域中的P3.2與“模數轉換模塊”區域中的EOC端子用導線相連接。

（6）、把“單片機系統”區域中的P3.3與“模數轉換模塊”區域中的CLK端子用導線相連接。

（7）、把“模數轉換模塊”區域中的A2A1A0端子用導線連接到“電源模塊”區域中的GND端子上。

（8）、把“模數轉換模塊”區域中的IN0端子用導線連接到自制的AD590電路上。

（9）、把“單片機系統”區域中的P0.0－P0.7用8芯排線連接到“模數轉換模塊”區域中的D0D1D2D3D4D5D6D7端子上。