本文分析了测温系统中恒流源、信号调理、模数转换等功能电路的工作原理和设计依据，并给出电路参数。温度是化工生产过程的四大参数之一，温度传感器 Pt100 具有体积小、准确度高、稳定性好等特点，而被广泛应用于 650 ℃ 以下的温度测量。

Pt100 测温系统以 C8051F410 片上系统为控制核心，系统的原理框图如图 1 所示，包括 C8051F410 片上系统、恒流源驱动电路、信号采集电路、信号调理电路、显示电路、按键电路以及电源电路 7 个组成部分。

图 1　系统原理框图

恒流源驱动温度传感器 Pt100，将电阻信号（80.31～280.98 Ω）转换成微弱的电压信号（0.08～0.28 V），再经信号调理电路转换成 0～2.2 V 之间的电压信号；C8051F410 片上系统内部 A/D 对该电压信号进行采样，根据 Pt100 分度表及采样电压与电阻的关系，通过软件处理最终获得精确的被测温度值，再将其对应的数字量送入显示电路进行显示。

一、硬件电路设计

1. C8051F410 片上系统基本外围接口

C8051F410 片上系统是本测温系统的控制核心，其基本外围接口电路是保证系统正常工作的辅助电路，包括 C8051F410 片上系统工作所需要的 JTAG 接口、电源去耦、基准滤波、上电复位等基本外围电路，如图 2 所示。

图 2　C8051F410 基本外围电路

2. 恒流源电路

恒流源驱动电路负责驱动温度传感器 Pt100，将其感知的随温度变化的电阻信号转换成可测量的电压信号，实现 R-V 转换。恒流源电路由运算放大器 OP07、基准电压源、电阻和三极管组成；为避免激励电流产生的热量影响测量精度，设计恒流源的大小为 1 mA，具体实现如图 3 所示。VZ1 是一个 2.5 V 的稳压管，即 U1 − U3 = 2.5 V；根据运放的虚短原则，运算放大器 OP07 的同相端电压和反相端电压值相等，即 U2 = U3，因此电阻 R31 两端的电压 U1 − U2 = 2.5 V，可以计算出流经 R31 的电流为 2.5 V/2.5 kΩ = 1 mA。根据运放虚断原理可知，流过 R31 的电流将几乎全部流入复合管而不流入运放的反相端，则由复合管集电极输出电流为 1 mA，实现了高精度恒流源的设计。

图 3　恒流源电路

设计中的关键点：由 LM336 提供一个精密 2.5 V 电压基准；R31 是稳定性好的精密线绕电阻；由两片 9012 组成复合管，使电流放大系数值增大、温漂系数减小，恒流值稳定。

图 4　测温系统电路

本测温系统硬件采用三线制连接方式消除导线电阻对测量结果的影响，通过硬件滤波电路及软件数字滤波处理方法对系统干扰信号加以抑制，大大提高了测量系统的精度和稳定性。