數字溫度計設計方案比較

張同洛 梁策 晏開峰 魏豪

摘要：溫度計在實際生產和人們的生活中都有廣泛應用。該設計是設計一個數字溫度計，該設計包括溫度傳感器模塊，信號放大模塊，AD轉換模塊以及顯示模塊。首先是對總體方案的選擇和設計;然后通過控制LM35進行溫度采集;將溫度的變化轉為電壓的變化，其次設計電壓電路，將變化的電壓量通過放大系統轉化為所需要的電壓;再通過TC7107將模擬的電壓轉化為數字量后直接驅動數碼管LED對實時溫度進行動態顯示。使用Proteus仿真軟件中構建了數字溫度計仿真電路圖，仿真結果表明：在溫度變化時，可以通過電壓的變化形式傳遞，最終通過3位十進制數顯示出來。

關鍵詞：數碼管顯示;溫度計;方案選擇

引言：

隨著社會的不斷發展，溫度日漸成為我們每天所需要關注的問題，溫度除了可以提醒人們何時添衣加物，冷暖情況外，溫度在工業生產方面仍然發揮著巨大的作用，是人民生活，工業生產所離不開的一項重要指標。

一、設計背景

最早的溫度計是在1593年，由意大利科學家伽利略發明的，他的第一只溫度計是一根一端敞口的玻璃管，另一端帶有核桃大的玻璃泡。使用時加熱玻璃泡，然后把玻璃管插入水中，然后隨著玻璃管中空氣的熱脹冷縮，玻璃管內的水面會上下移動，根據移動的多少可以判斷溫度變化以及溫度的高低。自從人類定義了溫度這一概念以來，它發揮了及其重要的作用，現如今各大工業，生活，生產都已經離不開溫度的測量，在如今高速發展的現代社會，不乏有精確的數字溫度計的存在，它的產生為我們創造了更多的生產力作用。

二、總體方案設計

通過查閱大量相關技術資料，并結合自己的實際知識，我主要提出了兩種技術方案來實現系統功能。下面我將首先對這三種方案的組成框圖和實現原理分別進行說明，并分析比較它們的特點，然后闡述我最終選擇方案的原因。

由設計和任務要求可知道，本設計實驗主要分為四個部分，即傳感器、放大系統、模數轉換器以及顯示部分。經過分析，傳感器可以選擇對溫度比較敏感的器件，最好是在某參數與溫度成線性關系，比如硅熱敏晶體管、熱敏電阻等;放大系統可以由集成運放組成：A/D轉換器需要選擇有LED驅動顯示功能的，而可供選擇的參考元件有TC7107，TC7117，MC14433等;顯示部分用4位LED數碼管顯示。

如下為本次設計原理框圖：

三、方案比較

本節對所選取的兩個方案進行比較，進而選擇較優的方案。

（一）方案一

用一個熱敏電阻，通過熱敏電阻把溫度轉化為電壓，再得到每一度熱敏電阻的電壓變化值，用LM324運放做成乘法器，使電壓乘以一個比例系數，使一度的變化得到一個整數變化的電壓值，然后送入MC14433A/D轉換器進行數模轉換和數字顯示。框圖如下所示：

（二）方案二

用硅熱敏晶體管做傳感器把溫度轉化為電壓，在把每一度的電壓變化值通過LM324集成運放進行放大，使其放大的信號應能滿足CC7107數模轉換的要求，進行數字顯示。由于MC14433模數轉換器的顯示部分需要驅動器CD4511，基準電壓又需要一個MC1403，也就是需要外接的電路和元件相對復雜和麻煩。框圖如下所示：

（三）方案論證

方案一中由于MC14433模數轉換器的顯示部分需要驅動器CD4511，基準電壓又需要一個MC1403，也就是需要外接的電路和元件相對復雜和麻煩。

方案二中的 A/D轉換器TC7107是CMOS大規模集成電路芯片，其片內已經集成了模擬電路部分和數字電路部分所以只要外接少量元件就成了模擬電路和數字電路部分，所以只要外接少量元件就可實現A/D轉換。

四、方案選擇

由2.2方案論證可以看出：方案一外界電路元器件相對復雜麻煩，不僅MC14433模數轉換器的顯示部分需要驅動器CD4511，而且基準電壓又需要MC1403，相比較于方案二直接采用TC71707復雜很多，所以選取方案二。

參考文獻

[1] 韓焱.數字電子技術基礎[M].電子工業出版社（第2版）.2014年

[2]《數字電子技術基礎》，閻石著，北京：高等教育出版社，1997年;