《数显仪表报告》word版

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1、数字显示仪表课程设计目录第1章 数显仪表工作原理11.1 数字式显示仪表的基本构成及工作原理11.2 数字仪表的主要技术指标21.3 线性化问题3第2章 数字仪表的设计方案42.1 ICL7107D的双积分A/D转换器及其转换42.2 ICL7107的逻辑电路42.3 数字计数器52.4 时序逻辑控制电路52.5 时钟脉冲发生器52.6 主要集成块6第3章 数显仪表的安装73.1电源部分安装73.2 数显部分安装7第4章 结论与体会9参考文献1010数字显示仪表课程设计第1章 数显仪表工作原理1.1 数字式显示仪表的基本构成及工作原理近五十年来，随着现代科学技术的迅猛发展，尤其是数字化测量技术

2、、半导体技术、大规模集成电路技术及计算机技术在仪表中的应用，使数字仪表很快地从电子管式、晶体管式发展到目前集成电路式和带有微处理器的数字仪表。仪表的应用范围也从原来主要在实验室中使用扩展到了一切测量领域。在工业生产过程中常用的数字式仪表有数字式温度计、数字式压力计、数字流量计、数字电子秤等。数字仪表的出现适应了科学技术及自动化生产过程中高速、高准确度测量的需要，它具有模拟仪表无法比拟的优点。同时数字量来传输信息，可使得传输距离不受限制。数显仪表按工作原理分为：不带微处理器的和带微处理器的。其原理如图1-1所示。 测量电路电平放大非线性校正及A/D转换译码，驱动，显示设定机构比较环节控制模式控制

3、逻辑传感器信号输出图1-1 数字显示仪表的方框图数字仪表的主要仪表特点有：准确度高; 分辨力高;无主观读书错误;测量速度快；能以数码形式输出结果。不带微处理器的仪表，通常用运算放大器和中，大规模集成电路来实现；带微处理器的仪表，是借助软件的方式来实现原理框图中的有关功能。不带微处理器的数显仪表一般应具备数模转换，非线性补偿及标度变换三大部分，这三部分又各有很多种类，三者之间相互巧妙地组合，可以组成适应于各种不同要求场合的数字是显示仪表。尽管数字仪表的品种繁多，原理各不相同，但其基本构成形式可有图1-2所示的主要环节组成。模数转换器是数字仪表的核心，以它为中心，将仪表分成数字和模拟量大部分。仪表

4、的数字部分一般由计数器，译码器，时钟脉冲发生器，驱动显示电路以及逻辑控制电路组成。被测对象传感器前置放大模数转换基准源模拟开关逻辑控制器技术译码时钟数字显示打印记录报警系统数码输出标准变换线性化器图1-2 数字显示仪表的基本结构在数字仪表中，逻辑控制电路起着指挥整个仪表各部分协调工作的作用。他是数字仪表中不可缺少的环节之一。另外，高稳定的基准电源和工作电源也是数字仪表的重要组成部分。1.2 数字仪表的主要技术指标(一) 显示数位以十进制显示被测变量值的位数称为显示位数。能够显示“09”的数字位称为“满位”。(二) 仪表的量程仪表标称范围的上，下限之差的模。量程有效范围上限为满度值。(三) 精度

5、目前数字显示仪表的精度表示法有三种：满度的%字，读数的%字，读数的%满度的%，系数n是显示仪表读数最末一位数字的变化，一般n=1。(四) 分辨力和分辨率数字仪表的分辨力是指末位数字改变一个字所对应的被测变量的最小变化值，他表示了仪表能够检测到的被测量最小变化的能力。分辨率指仪表现实的最小数值与最大数值之比。(五) 输入阻抗数字是显示仪表是一种高输入阻抗的仪表，输入阻抗可达。(六) 抗干扰能力数字式显示仪表一般用串模干扰抑制比和共模干扰抑制来表征抗干扰能力大小。1.3 线性化问题常规数字仪表的非线性补偿方法很多，概括起来可分为下列三种方法：一是可以将非线性被测参数在A/D转换之间的模拟电路进行非

6、线性补偿，这种方法称为模拟非线性补偿法；其二是在A/D转换过程中进行补偿的非线性A/D转换法；其三是在A/D转换之后的数字电路部分进行补偿的数字非线性补偿法。第2章 数字仪表的设计方案2.1 ICL7107双积分A/D转换器及其转换转化器：ICL7107CPL是三位半双积分A/D转换器大规模集成电路，其输出极为异或门结构。它的作用是把输入电压信号变为数字输出，并驱动显示器。其内部结构包含模拟和数字两大部分。模拟部分包括积分器、模拟开关、过零比较器等电路。数字部分包括时钟脉冲发生器、计数器、分频器、译码器、控制器、相位驱动器等电路。转换器的转换：ICL7107D模拟部分每个转换周期分为自校零位、

7、信号积分（采样）、反相积分（比较）三个阶段。1) 自校零（A/Z）阶段 模拟电路部分的模拟开关A/Z接通，其余开关全部断开，电路进入自交零状态。这时模拟输出端与公共模拟端COM短路AZ、比较器输出端、输入端接通负反馈回路。电路中的总飘逸电压对自校零电容充电，以记忆并抵消漂移电压对转换的影响。与此同时基准电容被基准电压充电至。2) 信号积分(INT)阶段 模拟开关INT接通，其余开关均断开负反馈回路断开、输入端短路解除并对模拟输入信号进行采样积分。输入信号经过缓冲器送至积分器，大大提高了转换器的输入阻抗。反相积分（DE）阶段 模拟开关或接通，与输入电压反极性的基准电压接入积分器，同时计数器从零开

8、始计数，反相积分阶段开始。当积分器输出电压为零时，计数器停止计数，锁存器存储并计算器的结果，经译码由发光二极管显示器显示输入电压的数值，一次转换结束。反相积分阶段一结束，电路既自动转入自校状态开始了下一个转换周期。2.2 ICL7107的逻辑电路由于ICL7107驱动LED显示器，因此它的数字电路部分较ICL7106略有差异，因为驱动LCD不仅要有锁存器，还要有驱动LCD的公共电极所需要的对称方波电源（驱动LED无需这一点源），但驱动LCD几乎不需要电流，而驱动LED每断需58V电流（吸入），因此两者输出部分略有不同。显示器采用七断显示方式，其中个位、十位和百位十字部分分成a、b、c、d、e、

9、f、g、七断，再加上千位K和符号位P，不同断发光，可以显示出不同的数字。对7107：来说，因为发光二极管需要极大驱动电流，故驱动电流吸入电流增大至8mA，对千位数字，K断有两个显示断，所以7107的第19脚吸收电流可达16mA。2.3 数字计数器包括计数、锁存、译码、七段输出、驱动。计数器采用“8421”编码，有个、十、百三个二-十进制计数器，级联使用，每位计数器有四个触发器。另有千位计数器是“半位”，只能显示数字1，所以用一个触发器即可。锁存器亦采用触发器组成，受逻辑电路所存指令控制，所存指令到来，只接受代码而不输出。解锁指令到来才将代码送译码器。译码器完全是由门电路达成的组合逻辑电路，将B

10、CD译码成七段码笔划。译码输出的笔划信号和背电极的相位共同决定，异或门的输入端是段位信号和50Hz方波相异或。2.4 时序逻辑控制电路时序逻辑控制电路接受比较器的过零脉冲和计数器的溢出脉冲，经处理后输出四个指令：一是各模拟开关的控制信号，是模拟开关按规定时需切换；二是闸门信号，控制技术脉冲的个数；三是判断被测电压的极性，输出“+”、“-”号控制；四是超量程控制，超量称时，千位显示“1”，其余数码消隐。2.5 时钟脉冲发生器由于双积分式的转换精度与时钟无关，所以7106不必采用晶体振荡器，只要采用阻容多谐振荡器即可。振荡器是由芯片内的两个与非门外接R、C组成的多谐振荡器。振荡频率为 （21）为提

11、高抗干扰能力，选R、C使f与电网频率成整倍数关系，一般f=40Hz时钟发生器输出40Hz信号经四分频为10Hz分三路输出：一路去电子计数器，作为计数脉冲，即为液晶显示器背电极驱动。当然时钟脉冲产生方式也可采用外部时钟或石英振荡器。若采用外部时钟，只要在芯片（40）脚加峰值5V信号即可，经芯片两极反相器放大整形变为时钟；若用晶振作时钟，只要将晶体接在（39）（40）脚即可。2.6 主要集成块MC1403是高精度低温度漂移的基准电路，作为8-12位（二进制）数模转换的基准电压源而设计，为避免温度漂移所造成的7107的误差，通常采用具有温度补偿的外接基准稳压源，在这里采用MC1403作为基准稳压源供

12、电，可以获得精密的电压基准。如图2-1所示。输出电压误差：2.5V1%输出电压温度系数：10ppm/（typ）输出电流：10mA输出电压范围：4.5-40V封装：8脚DIL陶封（代码U）；8脚DIL塑封（代码DSM）VinVoutGNDNCNCNCNCNC12345678图2-1 MC1403的管脚排列第3章 数显仪表的安装数字显示电路部分的安装要在面包板上进行，压力传感器，电源部分不在面包板上。由于数显部分需要6V的电源，因此，电源要在另外的印刷电路安装，以给数显部分供电。ICL7107MC1403LM324R2 680T15.1k20k1kR11k+Vs(+5V)1k1k1k5.1k5.1

13、k5.1k-VS0.11k15k+VS(+5V)3031100k0.1+5V0.4747p200k0.047150k29 28 27 40 39 38343336 3522022253DJ7G+VsW102图3-1 数显压力表原理图3.1电源部分安装由于数显部分要使用6V的电源，这里采用的两个三端集成稳压器。其中7806为固定标准正电压稳压器；7906为固定标准负电压稳压器。电源电路的器件包括电源变压器，整流桥，集成稳压器及电容。整个电路安装在一块印刷线路板上，安装时要使用电烙铁。为了使用该电源的安全性，可靠性。因此，在设计是要考虑线路布置合理，强电与弱电之间要留有相当的距离。同时注意220V

14、电源线的引入方向，安全，防止短路，输出6V电源要有“接线端子”。3.2 数显部分安装根据绘制的接线图，首先在面包板上把7107和四个数码管的位置确定好，为了便于显示，一般要把四个数码管放在上方。然后以接线方便为原则，确定7107的位置。同时要考虑“+电源”，“电源”，“地”，线的接法。其他芯片，电阻，电容，电位器等围绕7107就近安排。图3-2 数显部分安装图第4章 结论与体会在这次数字显示仪表设计中，让我们学会了各种小工具的使用，例如皮钳子等。同时，也更加理解了团队的合作力量。在连面包板的过程中，我们体会到了，做什么事一定要细心，还要有耐心。在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让

15、每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。当然，在实验过程中，我们也不可避免的出现了各种各样的问题，例如在安装数字式压力数显表头时，如果稍有马虎就会出错，所以要细心再细心，否则检查起来会很麻烦。在连接电源部分的时候要注意电源线的引入方向，仔细分析，防止短路等问题发生。理论与实践二者缺一不可，只有把理论联系实践，才能真正的做好一件事情。参考文献1 何希才.新型集成电路及其应用实例J.北京:科学出版社,1999.2李正军.计算机控制系统M.北京:机械工业出版社, 2006.3 沙占有.数字化测量技术与应用M.机械工业出版社,2004.4 井口征士.传感工程M.科学出版社,2005.5路勇.高文焕.电子电路实验及仿真M.北京:清华大学出版社,2004.6刘润华.刘立山.数字电子技术M.山东:石油大学出版社,2003.7王松武.于鑫.电子创新设计J.北京:国防工业出版社,2005.8赵继文.显示仪表与应用电路设计M.北京:科学出版社,2002.10