数显温度计的设计

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一、测温探头的工作原理
　　如图所示的电路中，电阻R1-R3二极管V1-V3,三极管V1构成温度传感器电路。其中，VD1,VD2串接作为测温探头，R1-R3、VD3、V1构成恒流源电路，给测温探头提供恒定的正向电流。
　　大家知道，半导体二极管的正向电压降取决于正向电流的大小和温度，当正向电流一定时，正向压降随温度的升高而下降。对于普通的硅二极管1N4148而言，具有约-2.1mV/℃的温度系数，当两个1N4148串接时，总的正向压降与温度的关系约为-4.2mV/℃。理论和实降都已证明，在-50℃～+150℃的范围内，二极管的测温精度可达±0.1℃。与其它温度传感器相比，二极管的温度传感器具有灵敏度高、线性好、简便的特点。而且当二极管的正向电流和温度一定的情况下，其正向压降是非常稳定的。
　　二、测温显示原理
　　测量探头把待测温度转换为相应的电压后，因为要实现温度的数字显示，就必须有模拟/数字转换装置。在本电路中，是以Motorola公司生产的A/D转换器MC14433为核心。
　　MC14433是单片CMOS3 1/2双积分型A/D转换器，该A/D转换器的转换精度高达±0.05%±1字;转换速率为2-25次/秒;输入阻抗大于1000M欧;外围元件少，电路结构简单;量程为1.999V和199.9mV两档;输出8421BCD代码，经译码后实际LED动态扫描显示。MC14433的第2脚为外接基准电压Vref输入端;第3 脚为被测电压Vin输入端;第1脚为模拟地，此端为高阻输入端，是被测电压和基准电压的地;第15脚为过量程输出标志端OR，平时OR为高电平，当|Vin|>Vref 即超过量程时，OR为低电平。被测电压Vin与其准电压Vin与基准电压Vref成下列比例关系(当小数点定位于4个LED数码管的十位数时)：
　　输出读数=Vin/Vref×199.9
　　因为MC14433以扫描方式输出数据，所以只需要用一个译码器就能驱动4只共阴极LED数码管，其中千位数的数码管只接“b、c”两段。4个LED数码管的公共阴级分别由MC1413中的4个达林顿复合晶体管驱动。
　　负号由千位数的LED数码管“g段”来显示，显示负号的“g段”由MC14433的Q2控制，当输入负电压时(对应温度为0℃以下)，Q2=“0”，显示负号的“g段”通过R15欧电阻点亮;当输入正电压时(对应温度为0℃以上)，Q2=“1”使MC1413的另一个达林顿复合晶体管把流过R15的电流旁路到地，使显示负号的“g段”熄灭。
　　小数点固定在十位数的LED数码管，通过R16给小数点“dp”提供电流，使小数点“dp”点亮。
　　三、调试
　　调试前先准好0℃冰水各100℃的沸水。
　　调试方法如下：
　　1,将调沸点的电位器调最上端，使Vref为最高电压，把二极管测温探头置于0℃的冰水中，调节调沸冰点电位器，使四只LED数码管显示的读数为“00.0”
　　2,将二极管测温探头置于100℃的沸水中，调节调点电位器，使得四只LED数码管显示的读数为“100.0”，且MC14433的第15脚的0R为高电平。
　　经过上述调试后，该数显温度计就可以正常工作了，其测温范围是-50℃～150℃.。该数显温度计的测温范围仅受二极管测温探头的限制，若改用其它的温度传感器，则无需变动附图所示电路的其他部分，就可获得不同测温范围的数显温度计。