东北石油大学课程设计2012年6 月25任务书课程传感器课程设计题目半导体传感器应用电路设计专业测控技术与仪器姓名学号主要内容：利用温度传感器和热电偶设计制作一个温度测量系统。
参考利用半导体温度传感器AD590和单片机技术设计制作一个显示室温的数字温度计的设计提示与分析。
进一步了解有关温度传感器的工作原理，制定设计方案，确定温度传感器的型号等参数，掌握温度的检测方法。
基本要求：1、详细了解所选用的温度传感器的工作原理，工作特性等2、设计合理的信号调理电路，并列出制作该装置的元器件。
主要参考资料：[1]刘爱华，满宝元.传感器原理与应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2006.45-48.[2]王雪文，张志勇.传感器原理及应用[M].北京：航空大学出版社，2004.27-34.[3]张福学.现代实用传感器电路[M].北京：中国计量出版社，1997.16-24.[4]缪家鼎，徐文娟，牟同升.光电技术[M].杭州：浙江大学出版社，1987.22-27.完成期限2012.6.25—2012.6.29指导教师专业负责人2012年6 月25 日摘要传感器属于信息技术的前沿尖端产品,尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域,数量高居各种传感器之首。
半导体传感器是利用某些半导体的电阻随温度变化而变化的特性制成的。
半导体具有很宽的温度反应特性,各种半导体的温度反应区段不同。
利用半导体温度传感器AD590 设计制作一个温度测量系统,AD590是一种集成温度传感器，其实质是一种半导体集成电路。
集成温度传感器的线性度好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便，得到广泛应用。
集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。
关键词：关键词传感器；半导体；温度传感器；AD590目录一、设计要求 (1)二、方案设计 (1)1、方案说明 (1)2、方案论证 (2)三、传感器工作原理 (2)四、电路的工作原理 (2)五、单元电路设计、参数计算和器件选择 (3)1、单元电路设计 (4)2、参数计算 (6)3、器件选择 (6)六、总结 (7)半导体传感器应用电路设计一 、设计要求参考下面的利用半导体温度传感器AD590和单片机技术设计制作一个显示室温的数字温度计的设计提示与分析。
用单片机和AD 芯片进行信号的采集等相关处理，要有Protel 画的硬件接线原理图﹑利用c 语言在单片机开发软件中编写相关程序，并对单片机的程序制作详细解释。
二、方案设计 1、方案说明1、方案一利用热敏电阻测量温度，热敏电阻的电阻值随温度变化而改变，通过测量其阻值推算出被测物体的温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器，这种传感器主要用于-200—500℃温度范围内的温度测量。
纯金属是热电阻的主要制造材料，热电阻的材料应具有以下特性：电阻温度系数要大而且稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系；电阻率高，热容量小，反应速度快；材料的复现性和工艺性好，价格低；在测温范围内化学物理特性稳定。
2、方案二AD590是一种集成温度传感器，其实质是一种半导体集成电路。
它利用晶体管的b-e 结压降的不饱和值V RE 与热力学温度T 和通过发射极电流I 的下述关系实现对温度的检测。
（1） 式中：k--是波耳兹曼常数；q--是电子电荷绝对值。
集成温度传感器的线性度好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便，得到广泛应用。
集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。
电压输出型的灵敏度一般为10mV/K ，温度0K 时输出0，温度25℃时输出2.9815V 。
电流I q kT V RE ln输出型的灵敏度一般为1µA/K，25℃时输出298.15µA。
选择方案二。
2、方案论证AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端温度传感器。
流过器件电流的微安数等于器件所处环境温度的热力学温度度数。
它主要特性如下：(1)AD590的测量范围为-55~+150℃。
变化1µA，相(2)AD590的电源电压范围为4~30V。
电源电压从4~6V变化，电流IT当温度变化1K。
AD590可以承受44V正向电压和20V的反向电压。
因而器件反接也不会损坏。
(3)输出电阻为710MΩ。
(4)AD590在出厂前已经校准，精度高。
AD590共有I、J、K、L、M五挡。
其中M 档精度最高，在-55~+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。
I档误差较大，误差为±10℃，应用时应校正。
由于AD590的精度高、价格低、不需辅助电源、线性度好，因此常用于测量和热电偶的冷端补偿。
三、传感器工作原理工业生产中最常见的一种传感器就是温度传感器了。
温度传感器将物体的温度转化为电信号输出。
不同的温度传感器制作方法不同，常见的有热敏电阻、热电偶和集成型产品。
温度传感器的特点为，结构简单，测量范围宽，稳定性好、精度高等优点。
其发展大体经历了从分体式、模拟集成到智能型阶段。
现在的温度传感器不仅温度信号输出，还可以集成湿度测量，信号输出也由原来的单一信号变成多样化的输出形式，可以进行远距离通信，数据可以根据需要进行记录、上限报警和自控控制等多种功能。
温度传感器是通过测量物体的某些参数随着温度的变化而间接测量温度的。
一个好的温度传感器要有应具备很多条件，比如温度范围宽、精度高、响应快、可靠性好、价格低等。
温度传感器有接触型和非接触型两类，接触型温度传感器价格低、响应速度慢、结构简单等特点，非接触型温度传感器响应速度快，还可以应该用测量高温、有腐蚀性的场合。
四、电路的工作原理传感器前端信号调理如图1所示。
要求的测量范围为室温，这里定位0～80C0。
0C0时，A点输出电压为273.2mv；80C0时，A点输出电压为（273.2+80）与温度mv。
调整B点的电压使之为273.2mv，这样就可以得到差分电压信号VAB的关系为1mv/C0。
经过传感器前端调整后的信号V AB要经过放大才能够被单片机采样。
图中LM336提供2.5伏参考电压源。
图1 AD950信号调理电路这里预定采用通用MCS-51单片机和AD590芯片进行数据采样、处理。
AD590是一个8通道8位ADC芯片，预计采样为0～5v的标准信号，对应采样结果位0～255。
基本能满足设计要求（范围0～80度，误差为 1C0）。
信号数据在测量系统中流程变化如表1所示。
表1中，假如放大后温度信号数据取值范围为0～2v；单片机接入通道参考电压为2.5v，故0～2.5v的信号相应地被转换为0～255这数据；单片机显示温度数据等于单片机采样结果乘上80后在除去204。
这里要求出差分电压V AB放大成为预采样为0～2v的标准信号的增益。
表1 测量数据在系统中流程变化五、单元电路设计、参数计算和器件选择1、单元电路设计放大器可选用LM318、LM741、121等Op Amp。
我们实验室有一种更好使用的放大器AD620(在一般信号放大的应用中通常只要透过差动放大电路即可满足要求。
然而基本的差动放大电路精密度较差，且差动放大电路上改变放大增益时，必须调整两个电阻，影响整个信号放大精确度就更加复杂。
仪表放大器则无上述的缺点。
简单地说就是使用方便简单，缺点是价格高)，这里就采用该芯片作为我们的放大器。
该芯片引脚如图2所示。
RcRc-IN+Vs+IN OUTPUT-Vs REF图2 芯片引脚TOPVIEW因为AD620工作需要V12的电压接在+VS和-VS上，这里采用一个直流电压模块SAPS的SR5D12/100，需要5伏电压供电，输出为+12V和-12V的电压，如图3所示。
图3 SR5D12/100芯片引脚图 这样传感器信号调理电路就基本完成了，如图4。
档T=0C 0时，V 0=0V ；档T=80C0时，V 0=2V ；及灵敏度为25mv/C 0。
图4 AD590信号调理电路2、参数计算V REF5.2 ,单片机从ADC0809上采样的接口数据N 因ADC0809的参数电压为V还原为要显示的温度数据T的计算式子。
从上面的接口电路可知：p0口直接与ADC0809的数据线相连接，p0口的低三位通过锁存器74LS373连接到ADDA、ADDC,锁存器的锁存信号是89C52的CLK管脚，给ADC0809提供666KHz的时钟信号。
P2.7口作为读写口的选通地址。
片外A/D转换通道的地址为7FF8H～7FFFH。
在软件编制时，令p2.7（A15）=0，A0、A1、A2给出被选择的模拟通道地址，执行一条输出指令，就产生一个正脉冲，锁存通道地址和启动A/D转换；执行一条输出指令，读取A/D转换结果。
可采用延时等待AD转换结束方式，分别对8个通道模拟信号轮流采样一次，并依次大结果存放在数据存储器。
也可以采用8051的中断方式的接口来编写程序（ADC0809的E0C接8051的INT0），此时可以将0809作为外扩的并行I/0口，由p2.7口和WP口脉冲同时有效来启动A/D转换，通道选择端A、B、C分别与地址线A0、A1、A2相连。
其端口地址分别为7FF8H～7FFFH/。
A/D转换结束信号E0C经反相后，接80C51的外部中断管脚。
3、器件选择晶振瓷片电容C1，C2 RAD-0.3,30PF、复位电容C3 RAD-0.3,10UF、铝电解电容C4，50V1000UF、铝电解电容C8，C9，C13，35V1000UF、聚脂电容C5，C7，C10，C11，C12，C14，ct104,104、铝电解电容C6、铝电解电容C16，C18，2.2UF、铝电解电容C13，C15，35V100UF、铝电解电容C17，1UF、220V插座带1m接受线，LN（PE）POWER-CZ、整流桥D1，D2，2W10、稳压管D3，LM336-2.5V、共阳LED 数码管DS1-DS4，DIP10、4芯片5.08接插件JP1，JP4，JP5，4-5.08ZUO、复位电阴，10%，R1，AXIAL-0.4,10K、限流电阴，10%，R2-R14 ，510，复位开关S1，SPST-2，SW-PB、变压器，AC8V-GND;AC15GND-AC15T1、DIP40，单片机座、单片机U1，AT89S52、DIP20，741S373座，DIP28，ADC0809座、ADC0809U3、DIP14，74LS02座、74LS02U4，DIP-14/D19.7 74AC02PC、铁壳的，买散热片，以膈供DC5V电机用U5、7815U6、7815U7、AD590，温度传感器U8、DIP8，放大器座、DIP8，MAX6225座、MAX6225U10、调整信号可变电阻VR2 102、调整信号可变电阻VR2 202、调整信号可变电阻VR2 103、晶振，ale六份频为666KHZ Y1、实验板Z1，Z2、铜螺柱四个、导线若干。