基于IC构建简单的温度计式电压指示

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。
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。

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。