数字显示仪表课程设计 正文

目录第1章数显仪表工作原理............................................................................................11.1数字式显示仪表原理.............................................................................................11.2数字式显示仪表的基本构成.................................................................................11.3数字仪表的主要技术指标.....................................................................................21.4线性化问题.............................................................................................................31.5信号的标准化及标度变换.....................................................................................4第2章数字仪表设计方案............................................................................................52.1ICL7107双积分A/D转换器.................................................................................52.2MC1403...................................................................................................................72.3LM324.....................................................................................................................72.4时钟脉冲发生器.....................................................................................................82.5数字计数器.............................................................................................................82.6LED显示器............................................................................................................9第3章数显仪表的安装............................................................................................103.1数显部分安装.......................................................................................................103.2电源部分安装.......................................................................................................113.3最后调试结果.......................................................................................................12第4章结论与体会....................................................................................................13参考文献........................................................................................................................14数字显示仪表课程设计1第1章数显仪表工作原理1.1数字式显示仪表原理20世纪50年代初，世界上出现了第一台数字显示仪表。近五十年来，随着现代科学技术的迅猛发展，使数字仪表很快的从电子官式和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、数字电子枰等。在生产过程中大量的工艺参数，经过变送器变换后多数是转换成相应的电参量的模拟量。因此，对数字显示仪表所要求的模数转换装置，都以电信号为输入量，由此可见数字式显示仪表实际上是以数字电压表为主体组成的仪表。图1-1数字显示仪表原理图数字仪表按工作原理分为：不带微处理器和带微处理器的。其原理图如图1-1所示。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；代微处理器的仪表，是借助软件的方式来实现原理框图中的有关功能。1.2数字式显示仪表的基本构成数字仪表的出现和发展是与计算机技术、电子技术等现代技术的发展紧密相关的，它的优越性能和广泛的应用是传统的模拟仪表受到严重挑战。模拟仪表会不会被数字仪表所取代，已引起人们的关注和争议。一般来说，实验室用高档仪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传感器传感器信号输出控制逻辑数字显示仪表课程设计2表类数字仪表明显优于模拟仪表，对于工业现场，应用数字仪表的问题目前还有争议。当前就捡个二轮，数字面板表已能和模拟仪表相竞争，而且可靠性方面和使用也有了一定保证。但是模拟仪表的一些固有特点，如可作趋向显示等仍为人们所欣赏，数字仪表尚难完全取代模拟仪表。另外在功能、精度要求不高，而更注重可靠性和实用的工业过程检测和控制系统中，模拟仪表更显现出特有的优势。因此一种可能的发展方向，尤其在面板类仪表中，是将数字仪表和模拟仪表的优点结合起来，开发出新一代显示仪表。目前出现的一种新型、采用固体电路和模拟显示的面板表-光主体（条图示）仪表就兼有数字和模拟式仪表的优点。不带微处理器的数显仪表一般应具有模数转换，非线性补偿及标度变换三大部分，这三部分又有很多种类，三者间相互组合，可以组成适应于各种不同要求场合的数字式显示仪表。其基本构成形式可由图1-2所示的主要环节组成。图1-2数字显示仪表的基本结构1.3数字仪表的主要技术指标1.3.1显示读数以十进制显示被侧变量值的位数称为显示位数。能够显示0~9的数字位称为满位；仅显示1或不显示的数字位，称为半位或21位。工业用数字温度显示仪表的显示数常为27位，可显示－1999~1999。高精度的数字表显示位数目前达到217位。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电路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数字显示仪表课程设计31.3.2仪表的量程仪表标称范围的上、下限之差的模，称为仪表的量程。量程有效范围上限值为满度值。例如XMZ—101数字式温度仪表，测量范围30~180℃，其量程为150℃，满度值为180℃。1.3.3精度目前数字式仪表的精度表示法有三种：满度的±a%±n字、读数的±a%±n字、读数的±a%满度的b%。系数n是显示仪表读数最末一位数字变化，一般n=1。这是由于把模拟量转换成数字量的过程中至少要产生±1个量化单位的误差，它和被测量无关。显然，数字表的位数越多，这种量化所造成的相对误差就越小。1.3.4分辨力和分辨率数值仪表的分辨能力是指末尾数字改变一个字所对应的被测量变量的最小变化值，它表示了仪表能够检测到的被测量的最小变化能力。数字式显示仪表在不同的量程下的分辨力是不同的，通常在最低量程上具有最高分辨能力，并以此作为该仪表的分辨力指标。分辨率指仪表显示的最小数值与最大数值之比。例如，最低测量范围为0~999.9℃的数字温度显示仪表，最小显示0.1℃（末位跳变一个字），最大显示999.9℃，则分辨率为0.01%。显然，分辨力即分辨率与最低量程的乘积。上述仪表的分辨力为0.01%*999.9℃=0.1℃1.3.5输入阻抗数字式显示仪表是一种高输入的仪表，输入阻抗可达1012。1.3.6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比来表征抗干扰能力大小。SMR和CMR的单位是分贝，数值越大，表示数字仪表的抗干扰能力越强，一般直流电压型数显仪表的串模干扰抑制比为20~60dB，共模干扰抑制比为120~160Db。1.4线性化问题对于显示仪表来说，一般希望它的刻度方程式线性的，以保证在整个测量范围内具有恒定的灵敏度。实际上由于大多数传感器特性非线性，测量电路具有非线性元件或者转换关系非线性等原因，造成仪表输入信号与被测物理量之间存在程度不同的非线性。在微机化数字仪表中，利用微机具有的数据计算及检索查表功能，可用软件进行非线性补偿。软件线性化的方案很多，是查表法和采用最小数字显示仪表课程设计4二乘法原理等等。常规数字仪表进行非线性补偿，主要两个方面：一是根据已知的传感器非线特性求得所需要的线性化器的非线性特性。非线性特性的求取可用数字解析表达式，也可用图解法求得。二是根据所求的线性化器的非线特性，采用非线性补偿电路来实现非线性补偿，而对非线形曲线的处理一般都采用折线逼近法。1.5信号的标准化及标度变换由检测元件或传感器送来的信号的标准化或标度变换是数字信号处理的一项重要任务，也是数字显示仪表中必须解决的基本问题。一般情况下，由于被测量和显示的过程参数多种多样，因而仪表输入信号的类型、性质千差万别。即使是同一种参数或物理量，由于检测元件和装置的不同，输入信号的性质、电平的高低等也不同。对于过程参数测量用的数字显示仪表的输出，往往要求用被测变量的形式显示，例如：温度、压力、流量、液位等，这就存在一个量纲还原问题，通常称之为“标度变换”。图1-3位一般数字仪表组成的原理框图。图1-3数字仪表的标度变换式中S为数字显示仪表的总灵敏度或称标度变换系数，S1、S2、S3分别为模拟部分、摸一数转换部分、数字部分的灵敏度或标度变换系数。因此标度变换可以通过改变S来实现，且使显示的数字值的单位和被测变量或物理量的单位相一致。通常当模一数转换装置确定后，则模一数转换系数S2也就确定了，要改变标度变换系数S，可以改变模拟转换部分的系数S1，例如传感器的转换系数以及前置放大级系数等；也可以通过改变数组部分的转换系数S3来实现。前者称为模拟量的标度变换，后者称为数字量的标度变换。因此标度变换可以在模拟部分进行，也可以在数字部分进行。数字部分模拟转换模拟部分模拟部分yx1S2S3S数字输出数字输入数字显示仪表课程设计5第2章数字仪表设计方案2.1ICL7107双积分A/D转换器目前3位半的CMOS双积分A/D转换器系列产品较多，型号有ICL7106、7107、7116、7117、7126、7136。上述各芯片的内部电路、引脚功能基本相同，主要技术指