張同洛 梁策 晏開峰 魏豪

摘要：溫度計在實際生產(chǎn)和人們的生活中都有廣泛應(yīng)用。該設(shè)計是設(shè)計一個數(shù)字溫度計，該設(shè)計包括溫度傳感器模塊，信號放大模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊以及顯示模塊。首先是對總體方案的選擇和設(shè)計;然后通過控制LM35進行溫度采集;將溫度的變化轉(zhuǎn)為電壓的變化，其次設(shè)計電壓電路，將變化的電壓量通過放大系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為所需要的電壓;再通過TC7107將模擬的電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后直接驅(qū)動數(shù)碼管LED對實時溫度進行動態(tài)顯示。使用Proteus仿真軟件中構(gòu)建了數(shù)字溫度計仿真電路圖，仿真結(jié)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(shù)顯示出來。

關(guān)鍵詞：數(shù)碼管顯示;溫度計;方案選擇

引言：

隨著社會的不斷發(fā)展，溫度日漸成為我們每天所需要關(guān)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(yè)生產(chǎn)方面仍然發(fā)揮著巨大的作用，是人民生活，工業(yè)生產(chǎn)所離不開的一項重要指標(biāo)。

一、設(shè)計背景

最早的溫度計是在1593年，由意大利科學(xué)家伽利略發(fā)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(nèi)的水面會上下移動，根據(jù)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(fā)揮了及其重要的作用，現(xiàn)如今各大工業(yè)，生活，生產(chǎn)都已經(jīng)離不開溫度的測量，在如今高速發(fā)展的現(xiàn)代社會，不乏有精確的數(shù)字溫度計的存在，它的產(chǎn)生為我們創(chuàng)造了更多的生產(chǎn)力作用。

二、總體方案設(shè)計

通過查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合自己的實際知識，我主要提出了兩種技術(shù)方案來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。下面我將首先對這三種方案的組成框圖和實現(xiàn)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(shè)計和任務(wù)要求可知道，本設(shè)計實驗主要分為四個部分，即傳感器、放大系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及顯示部分。經(jīng)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(shù)與溫度成線性關(guān)系，比如硅熱敏晶體管、熱敏電阻等;放大系統(tǒng)可以由集成運放組成：A/D轉(zhuǎn)換器需要選擇有LED驅(qū)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(shù)碼管顯示。

如下為本次設(shè)計原理框圖：

三、方案比較

本節(jié)對所選取的兩個方案進行比較，進而選擇較優(yōu)的方案。

（一）方案一

用一個熱敏電阻，通過熱敏電阻把溫度轉(zhuǎn)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(shù)，使一度的變化得到一個整數(shù)變化的電壓值，然后送入MC14433A/D轉(zhuǎn)換器進行數(shù)模轉(zhuǎn)換和數(shù)字顯示?？驁D如下所示：

（二）方案二

用硅熱敏晶體管做傳感器把溫度轉(zhuǎn)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(yīng)能滿足CC7107數(shù)模轉(zhuǎn)換的要求，進行數(shù)字顯示。由于MC14433模數(shù)轉(zhuǎn)換器的顯示部分需要驅(qū)動器CD4511，基準(zhǔn)電壓又需要一個MC1403，也就是需要外接的電路和元件相對復(fù)雜和麻煩。框圖如下所示：

（三）方案論證

方案一中由于MC14433模數(shù)轉(zhuǎn)換器的顯示部分需要驅(qū)動器CD4511，基準(zhǔn)電壓又需要一個MC1403，也就是需要外接的電路和元件相對復(fù)雜和麻煩。

方案二中的 A/D轉(zhuǎn)換器TC7107是CMOS大規(guī)模集成電路芯片，其片內(nèi)已經(jīng)集成了模擬電路部分和數(shù)字電路部分所以只要外接少量元件就成了模擬電路和數(shù)字電路部分，所以只要外接少量元件就可實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)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(fù)雜麻煩，不僅MC14433模數(shù)轉(zhuǎn)換器的顯示部分需要驅(qū)動器CD4511，而且基準(zhǔn)電壓又需要MC1403，相比較于方案二直接采用TC71707復(fù)雜很多，所以選取方案二。

參考文獻(xiàn)

[1] 韓焱.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].電子工業(yè)出版社（第2版）.2014年

[2]《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》，閻石著，北京：高等教育出版社，1997年;