新型数字温度计设计

摘 要：本设计通过温度传感器和AD转换器将温度信号转换成数字信号并通过驱动与反向驱动再用四位LED数码管显示。它是一种基于数字电子的温度计，功能好，整体功能价格比高，配以LED显示器，可适应各种场合的测温之用。

关键词：数字温度计；传感器

引言

目前温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等。数字式温度计较一般温度计有很多优点，一方面它读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显；另一方面，数字式温度计使用安全、可靠，这也是新世纪电子产品的发展趋向。本设计开发了一种基于数字电子的温度计。它造价低，功能好，整体功能价格比高，配以LED显示器，可适应各种场合的测温之用。整个电路的设计借助于Multisim10.0仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在Multisim10.0下设计和进行仿真，得到了预期的结果。

1 系统总体设计

该新型数字温度计的设计理念是温度信号通过温度传感器转换成电压信号，再通过A/D转换器输出BCD码，输出的BCD码经驱动与反向驱动通过数码管显示出来，其组成框图如下：

数字温度计的系统组成框图如图1所示。其中A/D转换器和译码驱动电路是系统的主要模块。A/D转换器完成由电压到BCD码的转变过程，而译码驱动电路完成计数器的译码并驱动显示电路的显示等功能。

当接通电源后，温度信号就被温度传感器转化成电压信号，电压信号被A/D转换器转换成四位BCD码输出，BCD码经译码器译码并驱动，同时经反向驱动器驱动，在LED共阴数码管处显示十进制数，当温度改变时，显示器显示数字也将改变，直到断开电源。

2 系统硬件

2.1 温度传感器

选用AD590作为本次设计的温度传感器。AD590的测温范围为-55℃～+150℃，可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。

图2是AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1kW时，输出电压VO随温度的变化为1mV/K。

2.2 A/D转换器

采用MC14433作为本次数字温度计设计的A/D转换器，采用字们动态扫描BCD码输出方式，即千、百、十、全位BCD码分时在Q0-Q3轮流输出，同时在DS1-DS4端输出同步字位选通脉冲，很方便实现LED的动态显示器。

2.3 译码驱动部分

采用CD4511作为译码驱动部分，该芯片采用16脚封装，4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。5脚是锁定控制端，当为低电平是时，允许译码输出，为高电平时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。

2.4 反向驱动部分

mc1413是反相驱动器，他的功能是用各种电路的后级驱动设备，对前级电路的影响很小。MC1413工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。

2.5 显示部分

选用共阴极数码管显示器，共阴极七段LED显示器是较常用的显示数码管，但在使用时要注意的是：

（1）看清楚自己用的数码管是共阴极还是共阳极的，最好在焊之前用万电用表测一下它的极性，如果为共阳极的，其管脚COM段要接高电平；如果为共阴极的，其管脚COM端接地。

（2）还要注意在数码管电路上加上一保护电阻，起限电流的作用。

3 电路仿真

对于本次新型数字温度计的设计而言，在设计过程中硬件系统是其中一部分，软件的仿真也是另外举足轻重的一部分，整个电路的设计借助于Multisim仿真软件进行仿真。Multisim是Interctive Image Technologies公司推出的一个专门用于电子电路仿真和设计的软件，目前在电路分析、仿真与设计等应用中较为广泛。其中，NIMultisim10用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了“软件即元器件”、“软件即仪器”。

结束语

该项数字温度计的设计，采用以上多种模块实现温度的测量，将温度这一非电物理量通过传感器转换成模拟电信号，再通过A/D转换器转换成数字信号，并通过驱动显示最后得到表示温度的十进制数值，是一种使用方便，性价比高，适合各种场合的温度测量器件。

参考文献

[1]阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计[M].北京：电子工业出版社，2002.

[3]谢自美.电子线路设计.实验.测试（第二版）[M].武汉：华中理工大学出版社，2000.