应用笔记 4443

利用IC构建简单的温度计式电压指示

By: Ahmad Ayar

摘要 : 本应用笔记介绍了一个产生温度计式电压指示的电路。该电路可以从底部连续按顺序点亮32个LED中的一部分,设计采用了MAX4478运算放大器。

该设计思路于2006年10月24日发表在EE Times杂志。

与模拟D'Arsonval表不同,此处的温度计式刻度采用固定的模拟指示器。非常适合需要快速读取数据,但不需要很高精度的应用场合。这种温度计式电压指示器的典型应用包括:控制面板、汽车仪表盘、气动装置、娱乐设备的附加功能。

温度计式指示器首先取得模拟值,然后将模拟值转换成数字信号,最后用模拟格式显示,这一过程表面上看似乎不可思议。图1所示电路将输入电压转化成相应的时间(成比例的脉冲宽度)。32个LED垂直排成一列,从最底端依次向上点亮,用LED代表输入电压模拟量的大小。

图1. 自下而上连续点亮32个LED中的一部分,提供“温度计式刻度”指示。
图1. 自下而上连续点亮32个LED中的一部分,提供“温度计式刻度”指示。

在每个测量周期开始,IC1 (MAX4478低噪声、低失真运算放大器)的放大器B产生线性斜坡信号,该信号被晶体管Q1置于零输出,然后重新启动。所有移位寄存器也置于数字零。MAX4478的放大器C对线性斜坡信号和输入电压进行比较。当斜坡电压和输入电压相等时,电路产生一个脉冲。

级联的移位寄存器IC2至IC5在每个周期的开始也被复位至零。然后,在时钟振荡器(MAX4478放大器A)产生的脉冲控制下进行移位。 第一个移位寄存器(IC2)的输入数据始终连接到高电平(即逻辑“1”)。当MAX4478放大器C检测到输入电压与斜坡信号相等时,产生由低到高的跳变输出触发ST_CP。依次将在移位寄存器与其输出寄存器之间传输数据。

各级移位寄存器,输入为逻辑“1”的移位寄存器链已经进行移位,输出逻辑高电平“1”,这里指的是在输出逻辑“0”之前的移位寄存器。根据数据的传输情况,输出寄存器复制各级移位寄存器的状态。每个寄存器输出驱动一个LED,逻辑“1”输出点亮相应的LED,从而产生一个类似于温度计式的指示。

当数据从移位寄存器传送到输出寄存器后,输入“1”将通过移位寄存器链继续传递,直到第一个“1”达到链路的最高端(IC5,Q7'输出)。Q7'信号作用到Q1的基极和MAX4478放大器A的输入,Q1复位斜坡发生器。放大器A对信号反相并经过缓冲后将其送入移位寄存器的MR,使所有移位寄存器清零(输出寄存器除外)。

输入超出范围时,比较器将无法检测斜坡信号是否与输入相等。因此,1N4148二极管从最高级的移位寄存器向ST_CP输入“1”。由于将逻辑“1”传送到所有输出寄存器,将点亮整列LED。在所允许的输入电压范围(4.5V至5.5V)内,线性度和稳定性优于1级LED。通过加入额外的移位寄存器IC (每片驱动8个LED),重新计算斜率和时钟周期,可以增加更多级数(即,更多的LED),时序图(图2)给出了电路中的一些关键波形与时间的对应关系。

图2. 这些波形用于说明图1电路的工作状况。波形1:MAX4478放大器B产生的线性斜坡信号;波形2:放大器C的输出,比较斜坡信号与输入电压;波形3:放大器A产生的移位寄存器复位脉冲;波形4:最后一级移位寄存器输出。
图2. 这些波形用于说明图1电路的工作状况。波形1:MAX4478放大器B产生的线性斜坡信号;波形2:放大器C的输出,比较斜坡信号与输入电压;波形3:放大器A产生的移位寄存器复位脉冲;波形4:最后一级移位寄存器输出。