利用IC構建簡單的溫度計式電壓指示

本應用筆記介紹了一個產生溫度計式電壓指示的電路。該電路可以從底部連續按順序點亮32個LED中的一部分，設計采用了MAX4478運算放大器。


與模擬D'Arsonval表不同，此處的溫度計式刻度采用固定的模擬指示器。非常適合需要快速讀取數據，但不需要很高精度的應用場合。這種溫度計式電壓指示器的典型應用包括：控制面板、汽車儀表盤、氣動裝置、娛樂設備的附加功能。

溫度計式指示器首先取得模擬值，然后將模擬值轉換成數字信號，最后用模擬格式顯示，這一過程表面上看似乎不可思議。圖1所示電路將輸入電壓轉化成相應的時間(成比例的脈沖寬度)。32個LED垂直排成一列，從最底端依次向上點亮，用LED代表輸入電壓模擬量的大小。


圖1. 自下而上連續點亮32個LED中的一部分，提供“溫度計式刻度”指示。

在每個測量周期開始，IC1 (MAX4478低噪聲、低失真運算放大器)的放大器B產生線性斜坡信號，該信號被晶體管Q1置于零輸出，然后重新啟動。所有移位寄存器也置于數字零。MAX4478的放大器C對線性斜坡信號和輸入電壓進行比較。當斜坡電壓和輸入電壓相等時，電路產生一個脈沖。

級聯的移位寄存器IC2至IC5在每個周期的開始也被復位至零。然后，在時鐘振蕩器(MAX4478放大器A)產生的脈沖控制下進行移位。 第一個移位寄存器(IC2)的輸入數據始終連接到高電平(即邏輯“1”)。當MAX4478放大器C檢測到輸入電壓與斜坡信號相等時，產生由低到高的跳變輸出觸發ST_CP。依次將在移位寄存器與其輸出寄存器之間傳輸數據。

各級移位寄存器，輸入為邏輯“1”的移位寄存器鏈已經進行移位，輸出邏輯高電平“1”，這里指的是在輸出邏輯“0”之前的移位寄存器。根據數據的傳輸情況，輸出寄存器復制各級移位寄存器的狀態。每個寄存器輸出驅動一個LED，邏輯“1”輸出點亮相應的LED，從而產生一個類似于溫度計式的指示。

當數據從移位寄存器傳送到輸出寄存器后，輸入“1”將通過移位寄存器鏈繼續傳遞，直到第一個“1”達到鏈路的最高端(IC5，Q7'輸出)。Q7'信號作用到Q1的基極和MAX4478放大器A的輸入，Q1復位斜坡發生器。放大器A對信號反相并經過緩沖后將其送入移位寄存器的MR，使所有移位寄存器清零(輸出寄存器除外)。

輸入超出范圍時，比較器將無法檢測斜坡信號是否與輸入相等。因此，1N4148二極管從最高級的移位寄存器向ST_CP輸入“1”。由于將邏輯“1”傳送到所有輸出寄存器，將點亮整列LED。在所允許的輸入電壓范圍(4.5V至5.5V)內，線性度和穩定性優于1級LED。通過加入額外的移位寄存器IC (每片驅動8個LED)，重新計算斜率和時鐘周期，可以增加更多級數(即，更多的LED)，時序圖(圖2)給出了電路中的一些關鍵波形與時間的對應關系。


圖2. 這些波形用于說明圖1電路的工作狀況。波形1：MAX4478放大器B產生的線性斜坡信號；波形2：放大器C的輸出，比較斜坡信號與輸入電壓；波形3：放大器A產生的移位寄存器復位脈沖；波形4：最后一級移位寄存器輸出。