新型數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)

鄧敏

摘 要：本設(shè)計(jì)通過溫度傳感器和AD轉(zhuǎn)換器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并通過驅(qū)動(dòng)與反向驅(qū)動(dòng)再用四位LED數(shù)碼管顯示。它是一種基于數(shù)字電子的溫度計(jì)，功能好，整體功能價(jià)格比高，配以LED顯示器，可適應(yīng)各種場(chǎng)合的測(cè)溫之用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字溫度計(jì)；傳感器

引言

目前溫度計(jì)的發(fā)展很快，從原始的玻璃管溫度計(jì)發(fā)展到了現(xiàn)在的熱電阻溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、數(shù)字溫度計(jì)、電子溫度計(jì)等等。數(shù)字式溫度計(jì)較一般溫度計(jì)有很多優(yōu)點(diǎn)，一方面它讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯；另一方面，數(shù)字式溫度計(jì)使用安全、可靠，這也是新世紀(jì)電子產(chǎn)品的發(fā)展趨向。本設(shè)計(jì)開發(fā)了一種基于數(shù)字電子的溫度計(jì)。它造價(jià)低，功能好，整體功能價(jià)格比高，配以LED顯示器，可適應(yīng)各種場(chǎng)合的測(cè)溫之用。整個(gè)電路的設(shè)計(jì)借助于Multisim10.0仿真軟件和數(shù)字邏輯電路相關(guān)理論知識(shí)，并在Multisim10.0下設(shè)計(jì)和進(jìn)行仿真，得到了預(yù)期的結(jié)果。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該新型數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)理念是溫度信號(hào)通過溫度傳感器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再通過A/D轉(zhuǎn)換器輸出BCD碼，輸出的BCD碼經(jīng)驅(qū)動(dòng)與反向驅(qū)動(dòng)通過數(shù)碼管顯示出來，其組成框圖如下：

數(shù)字溫度計(jì)的系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。其中A/D轉(zhuǎn)換器和譯碼驅(qū)動(dòng)電路是系統(tǒng)的主要模塊。A/D轉(zhuǎn)換器完成由電壓到BCD碼的轉(zhuǎn)變過程，而譯碼驅(qū)動(dòng)電路完成計(jì)數(shù)器的譯碼并驅(qū)動(dòng)顯示電路的顯示等功能。

當(dāng)接通電源后，溫度信號(hào)就被溫度傳感器轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)被A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成四位BCD碼輸出，BCD碼經(jīng)譯碼器譯碼并驅(qū)動(dòng)，同時(shí)經(jīng)反向驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，在LED共陰數(shù)碼管處顯示十進(jìn)制數(shù)，當(dāng)溫度改變時(shí)，顯示器顯示數(shù)字也將改變，直到斷開電源。

2 系統(tǒng)硬件

2.1 溫度傳感器

選用AD590作為本次設(shè)計(jì)的溫度傳感器。AD590的測(cè)溫范圍為-55℃～+150℃，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。

圖2是AD590用于測(cè)量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因?yàn)榱鬟^AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻R1和電位器R2的電阻之和為1kW時(shí)，輸出電壓VO隨溫度的變化為1mV/K。

2.2 A/D轉(zhuǎn)換器

采用MC14433作為本次數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換器，采用字們動(dòng)態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千、百、十、全位BCD碼分時(shí)在Q0-Q3輪流輸出，同時(shí)在DS1-DS4端輸出同步字位選通脈沖，很方便實(shí)現(xiàn)LED的動(dòng)態(tài)顯示器。

2.3 譯碼驅(qū)動(dòng)部分

采用CD4511作為譯碼驅(qū)動(dòng)部分，該芯片采用16腳封裝，4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。3腳是測(cè)試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入DCBA狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。5腳是鎖定控制端，當(dāng)為低電平是時(shí)，允許譯碼輸出，為高電平時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。

2.4 反向驅(qū)動(dòng)部分

mc1413是反相驅(qū)動(dòng)器，他的功能是用各種電路的后級(jí)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，對(duì)前級(jí)電路的影響很小。MC1413工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。

2.5 顯示部分

選用共陰極數(shù)碼管顯示器，共陰極七段LED顯示器是較常用的顯示數(shù)碼管，但在使用時(shí)要注意的是：

（1）看清楚自己用的數(shù)碼管是共陰極還是共陽極的，最好在焊之前用萬電用表測(cè)一下它的極性，如果為共陽極的，其管腳COM段要接高電平；如果為共陰極的，其管腳COM端接地。

（2）還要注意在數(shù)碼管電路上加上一保護(hù)電阻，起限電流的作用。

3 電路仿真

對(duì)于本次新型數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)而言，在設(shè)計(jì)過程中硬件系統(tǒng)是其中一部分，軟件的仿真也是另外舉足輕重的一部分，整個(gè)電路的設(shè)計(jì)借助于Multisim仿真軟件進(jìn)行仿真。Multisim是Interctive Image Technologies公司推出的一個(gè)專門用于電子電路仿真和設(shè)計(jì)的軟件，目前在電路分析、仿真與設(shè)計(jì)等應(yīng)用中較為廣泛。其中，NIMultisim10用軟件的方法虛擬電子與電工元器件，虛擬電子與電工儀器和儀表，實(shí)現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。

結(jié)束語

該項(xiàng)數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，采用以上多種模塊實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量，將溫度這一非電物理量通過傳感器轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，再通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過驅(qū)動(dòng)顯示最后得到表示溫度的十進(jìn)制數(shù)值，是一種使用方便，性價(jià)比高，適合各種場(chǎng)合的溫度測(cè)量器件。

參考文獻(xiàn)

[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.

[3]謝自美.電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測(cè)試（第二版）[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，2000.