工程師電子制作故事：數(shù)顯溫度計DIY設(shè)計 - 全文

　　一、測溫探頭的工作原理

　　如圖所示的電路中，電阻R1-R3二極管V1－V3，三極管V1構(gòu)成溫度傳感器電路。其中，VD1，VD2串接作為測溫探頭，R1-R3、VD3、V1構(gòu)成恒流源電路，給測溫探頭提供恒定的正向電流。

　　大家知道，半導體二極管的正向電壓降取決于正向電流的大小和溫度，當正向電流一定時，正向壓降隨溫度的升高而下降。對于普通的硅二極管1N4148而言，具有約－2.1mV/℃的溫度系數(shù)，當兩個1N4148串接時，總的正向壓降與溫度的關(guān)系約為－4.2mV／℃。理論和實降都已證明，在－50℃～＋150℃的范圍內(nèi)，二極管的測溫精度可達±0.1℃。與其它溫度傳感器相比，二極管的溫度傳感器具有靈敏度高、線性好、簡便的特點。而且當二極管的正向電流和溫度一定的情況下，其正向壓降是非常穩(wěn)定的。

　　二、測溫顯示原理

　　測量探頭把待測溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓后，因為要實現(xiàn)溫度的數(shù)字顯示，就必須有模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置。在本電路中，是以Motorola公司生產(chǎn)的A/D轉(zhuǎn)換器MC14433為核心。

　　MC14433是單片CMOS3 1／2雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，該A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度高達±0.05%±1字；轉(zhuǎn)換速率為2－25次／秒；輸入阻抗大于1000M歐；外圍元件少，電路結(jié)構(gòu)簡單；量程為1.999V和199.9mV兩檔；輸出8421BCD代碼，經(jīng)譯碼后實際LED動態(tài)掃描顯示。MC14433的第2腳為外接基準電壓Vref輸入端；第3 腳為被測電壓Vin輸入端；第1腳為模擬地，此端為高阻輸入端，是被測電壓和基準電壓的地；第15腳為過量程輸出標志端OR，平時OR為高電平，當|Vin|》Vref 即超過量程時，OR為低電平。被測電壓Vin與其準電壓Vin與基準電壓Vref成下列比例關(guān)系（當小數(shù)點定位于4個LED數(shù)碼管的十位數(shù)時）：

　　輸出讀數(shù)＝Vin／Vref×199.9

　　因為MC14433以掃描方式輸出數(shù)據(jù)，所以只需要用一個譯碼器就能驅(qū)動4只共陰極LED數(shù)碼管，其中千位數(shù)的數(shù)碼管只接“b、c”兩段。4個LED數(shù)碼管的公共陰級分別由MC1413中的4個達林頓復合晶體管驅(qū)動。

　　負號由千位數(shù)的LED數(shù)碼管“g段”來顯示，顯示負號的“g段”由MC14433的Q2控制，當輸入負電壓時（對應(yīng)溫度為0℃以下），Q2＝“0”，顯示負號的“g段”通過R15歐電阻點亮；當輸入正電壓時（對應(yīng)溫度為0℃以上），Q2＝“1”使MC1413的另一個達林頓復合晶體管把流過R15的電流旁路到地，使顯示負號的“g段”熄滅。

　　小數(shù)點固定在十位數(shù)的LED數(shù)碼管，通過R16給小數(shù)點“dp”提供電流，使小數(shù)點“dp”點亮。

　　三、調(diào)試

　　調(diào)試前先準好0℃冰水各100℃的沸水。

　　調(diào)試方法如下：

　　1，將調(diào)沸點的電位器調(diào)最上端，使Vref為最高電壓，把二極管測溫探頭置于0℃的冰水中，調(diào)節(jié)調(diào)沸冰點電位器，使四只LED數(shù)碼管顯示的讀數(shù)為“00.0”

　　2，將二極管測溫探頭置于100℃的沸水中，調(diào)節(jié)調(diào)點電位器，使得四只LED數(shù)碼管顯示的讀數(shù)為“100.0”，且MC14433的第15腳的0R為高電平。

　　經(jīng)過上述調(diào)試后，該數(shù)顯溫度計就可以正常工作了，其測溫范圍是－50℃～150℃。。該數(shù)顯溫度計的測溫范圍僅受二極管測溫探頭的限制，若改用其它的溫度傳感器，則無需變動附圖所示電路的其他部分，就可獲得不同測溫范圍的數(shù)顯溫度計。