數(shù)顯儀表報(bào)告

1、1 / 11 文檔可自由編輯打印 目錄目錄 第 1 章 數(shù)顯儀表工作原理 .1 1.1 數(shù)字式顯示儀表的基本構(gòu)成及工作原理 .1 1.2 數(shù)字儀表的主要技術(shù)指標(biāo) .2 1.3 線性化問題 .3 第 2 章 數(shù)字儀表的設(shè)計(jì)方案 .4 2.1 ICL7107D 的雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器及其轉(zhuǎn)換.4 2.2 ICL7107 的邏輯電路.4 2.3 數(shù)字計(jì)數(shù)器 .5 2.4 時(shí)序邏輯控制電路 .5 2.5 時(shí)鐘脈沖發(fā)生器 .5 2.6 主要集成塊 .6 第 3 章 數(shù)顯儀表的安裝 .7 3.1 電源部分安裝.7 3.2 數(shù)顯部分安裝 .7 第 4 章 結(jié)論與體會(huì) .9 參考文獻(xiàn) .10 1 / 11

2、文檔可自由編輯打印 第第 1 1 章章 數(shù)顯儀表工作原理數(shù)顯儀表工作原理 1.11.1 數(shù)字式顯示儀表的基本構(gòu)成數(shù)字式顯示儀表的基本構(gòu)成及工作原理及工作原理 近五十年來(lái)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是數(shù)字化測(cè)量技術(shù)、半導(dǎo) 體技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)在儀表中的應(yīng)用，使數(shù)字儀表很快地 從電子管式、晶體管式發(fā)展到目前集成電路式和帶有微處理器的數(shù)字儀表。 儀表的應(yīng)用范圍也從原來(lái)主要在實(shí)驗(yàn)室中使用擴(kuò)展到了一切測(cè)量領(lǐng)域。在工 業(yè)生產(chǎn)過程中常用的數(shù)字式儀表有數(shù)字式溫度計(jì)、數(shù)字式壓力計(jì)、數(shù)字流量計(jì)、 數(shù)字電子秤等。 數(shù)字儀表的出現(xiàn)適應(yīng)了科學(xué)技術(shù)及自動(dòng)化生產(chǎn)過程中高速、高準(zhǔn)確度測(cè)量的 需要，它具

3、有模擬儀表無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。 同時(shí)數(shù)字量來(lái)傳輸信息，可使得傳輸距離不受限制。數(shù)顯儀表按工作原理分 為：不帶微處理器的和帶微處理器的。其原理如圖 1-1 所示。 測(cè)量 電路 電平 放大 非線性校正 及 A/D 轉(zhuǎn)換 譯碼，驅(qū)動(dòng)，顯 示 設(shè)定 機(jī)構(gòu) 比較 環(huán)節(jié) 控制 模式 控制邏輯 傳感器 信號(hào)輸出 圖 1-1 數(shù)字顯示儀表的方框圖 數(shù)字儀表的主要儀表特點(diǎn)有： 準(zhǔn)確度高; 分辨力高; 無(wú)主觀讀書錯(cuò)誤; 測(cè)量速度快； 能以數(shù)碼形式輸出結(jié)果。 2 / 11 文檔可自由編輯打印 不帶微處理器的儀表，通常用運(yùn)算放大器和中，大規(guī)模集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)；帶 微處理器的儀表，是借助軟件的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)原理框圖中的有關(guān)功能。

4、 不帶微處理器的數(shù)顯儀表一般應(yīng)具備數(shù)模轉(zhuǎn)換，非線性補(bǔ)償及標(biāo)度變換三大 部分，這三部分又各有很多種類，三者之間相互巧妙地組合，可以組成適應(yīng)于各 種不同要求場(chǎng)合的數(shù)字是顯示儀表。盡管數(shù)字儀表的品種繁多，原理各不相同， 但其基本構(gòu)成形式可有圖 1-2 所示的主要環(huán)節(jié)組成。模數(shù)轉(zhuǎn)換器是數(shù)字儀表的 核心，以它為中心，將儀表分成數(shù)字和模擬量大部分。 儀表的數(shù)字部分一般由計(jì)數(shù)器，譯碼器，時(shí)鐘脈沖發(fā)生器，驅(qū)動(dòng)顯示電路以 及邏輯控制電路組成。 被測(cè)對(duì)象 傳感器前置放大模數(shù)轉(zhuǎn)換 基準(zhǔn)源 模擬開關(guān) 邏輯控制器 技術(shù)譯碼 時(shí)鐘 數(shù)字顯示 打印記錄 報(bào)警系統(tǒng) 數(shù)碼輸出 標(biāo)準(zhǔn)變換線性化器 圖 1-2 數(shù)字顯示儀表的基本結(jié)

5、構(gòu) 在數(shù)字儀表中，邏輯控制電路起著指揮整個(gè)儀表各部分協(xié)調(diào)工作的作用。他 是數(shù)字儀表中不可缺少的環(huán)節(jié)之一。另外，高穩(wěn)定的基準(zhǔn)電源和工作電源也是數(shù) 字儀表的重要組成部分。 1.21.2 數(shù)字儀表的主要技術(shù)指標(biāo)數(shù)字儀表的主要技術(shù)指標(biāo) (一) 顯示數(shù)位 以十進(jìn)制顯示被測(cè)變量值的位數(shù)稱為顯示位數(shù)。能夠顯示“09”的數(shù)字位稱 為“滿位”。 3 / 11 文檔可自由編輯打印 (二) 儀表的量程 儀表標(biāo)稱范圍的上，下限之差的模。量程有效范圍上限為滿度值。 (三) 精度 目前數(shù)字顯示儀表的精度表示法有三種：滿度的%字，讀數(shù)的% 字，讀數(shù)的%滿度的%，系數(shù) n 是顯示儀表讀數(shù)最末一位數(shù)字的變 化，一般 n=1。

6、(四) 分辨力和分辨率 數(shù)字儀表的分辨力是指末位數(shù)字改變一個(gè)字所對(duì)應(yīng)的被測(cè)變量的最小變化值， 他表示了儀表能夠檢測(cè)到的被測(cè)量最小變化的能力。 分辨率指儀表現(xiàn)實(shí)的最小數(shù)值與最大數(shù)值之比。 (五) 輸入阻抗 數(shù)字是顯示儀表是一種高輸入阻抗的儀表，輸入阻抗可達(dá)。 12 10 (六) 抗干擾能力 數(shù)字式顯示儀表一般用串模干擾抑制比和共模干擾抑制來(lái)表征抗干擾能力大 小。 1.31.3 線性化問題線性化問題 常規(guī)數(shù)字儀表的非線性補(bǔ)償方法很多，概括起來(lái)可分為下列三種方法：一是 可以將非線性被測(cè)參數(shù)在 A/D 轉(zhuǎn)換之間的模擬電路進(jìn)行非線性補(bǔ)償，這種方法稱 為模擬非線性補(bǔ)償法；其二是在 A/D 轉(zhuǎn)換過程中進(jìn)行補(bǔ)

7、償?shù)姆蔷€性 A/D 轉(zhuǎn)換法； 其三是在 A/D 轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字電路部分進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臄?shù)字非線性補(bǔ)償法。 4 / 11 文檔可自由編輯打印 第第 2 2 章章 數(shù)字儀表的數(shù)字儀表的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案 2.12.1 ICL7107ICL7107 雙積分雙積分 A/DA/D 轉(zhuǎn)換器及其轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器及其轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)化器：ICL7107CPL 是三位半雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器大規(guī)模集成電路，其輸出極 為異或門結(jié)構(gòu)。它的作用是把輸入電壓信號(hào)變?yōu)閿?shù)字輸出，并驅(qū)動(dòng)顯示器。 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含模擬和數(shù)字兩大部分。模擬部分包括積分器、模擬開關(guān)、過零比 較器等電路。數(shù)字部分包括時(shí)鐘脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、分頻器、譯碼器、控制器、 相位驅(qū)

8、動(dòng)器等電路。 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換：ICL7107D 模擬部分每個(gè)轉(zhuǎn)換周期分為自校零位、信號(hào)積分 （采樣） 、反相積分（比較）三個(gè)階段。 1) 自校零（A/Z）階段 模擬電路部分的模擬開關(guān) A/Z 接通，其余開關(guān)全 部斷開，電路進(jìn)入自交零狀態(tài)。這時(shí)模擬輸出端與公共模擬端 COM 短 INTINT 及 路 AZ、比較器輸出端、輸入端接通負(fù)反饋回路。電路中的總飄逸電壓對(duì)自校零電 容充電，以記憶并抵消漂移電壓對(duì)轉(zhuǎn)換的影響。與此同時(shí)基準(zhǔn)電容被基準(zhǔn)電 REF C 壓充電至。 REF V 2) 信號(hào)積分(INT)階段 模擬開關(guān) INT 接通，其余開關(guān)均斷開負(fù)反饋回 路斷開、輸入端短路解除并對(duì)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行采樣積

9、分。輸入信號(hào)經(jīng)過緩沖 1 V 器送至積分器，大大提高了轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗。 反相積分（DE）階段 模擬開關(guān)或接通，與輸入電壓反極性的基準(zhǔn) DE DE I V 電壓接入積分器，同時(shí)計(jì)數(shù)器從零開始計(jì)數(shù)，反相積分階段開始。當(dāng)積分器 REF V 輸出電壓為零時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，鎖存器存儲(chǔ)并計(jì)算器的結(jié)果，經(jīng)譯碼由發(fā)光 二極管顯示器顯示輸入電壓的數(shù)值，一次轉(zhuǎn)換結(jié)束。反相積分階段一結(jié)束，電 I V 路既自動(dòng)轉(zhuǎn)入自校狀態(tài)開始了下一個(gè)轉(zhuǎn)換周期。 2.22.2 ICL7107ICL7107 的邏輯電路的邏輯電路 5 / 11 文檔可自由編輯打印 由于 ICL7107 驅(qū)動(dòng) LED 顯示器，因此它的數(shù)字電路部分較 I

10、CL7106 略有差 異，因?yàn)轵?qū)動(dòng) LCD 不僅要有鎖存器，還要有驅(qū)動(dòng) LCD 的公共電極所需要的對(duì)稱 方波電源（驅(qū)動(dòng) LED 無(wú)需這一點(diǎn)源） ，但驅(qū)動(dòng) LCD 幾乎不需要電流，而驅(qū)動(dòng) LED 每斷需 58V 電流（吸入） ，因此兩者輸出部分略有不同。 顯示器采用七斷顯示方式，其中個(gè)位、十位和百位十字部分分成 a、b、c、d、e、f、g、七斷，再加上千位 K 和符號(hào)位 P，不同斷發(fā)光，可以顯示 出不同的數(shù)字。對(duì) 7107：來(lái)說(shuō)，因?yàn)榘l(fā)光二極管需要極大驅(qū)動(dòng)電流，故驅(qū)動(dòng)電流 吸入電流增大至 8mA，對(duì)千位數(shù)字，K 斷有兩個(gè)顯示斷，所以 7107 的第 19 腳吸 收電流可達(dá) 16mA。 2.32.

11、3 數(shù)字計(jì)數(shù)器數(shù)字計(jì)數(shù)器 包括計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼、七段輸出、驅(qū)動(dòng)。計(jì)數(shù)器采用“8421”編碼，有個(gè)、 十、百三個(gè)二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，級(jí)聯(lián)使用，每位計(jì)數(shù)器有四個(gè)觸發(fā)器。另有千位 計(jì)數(shù)器是“半位” ，只能顯示數(shù)字 1，所以用一個(gè)觸發(fā)器即可。鎖存器亦采用觸發(fā) 器組成，受邏輯電路所存指令控制，所存指令到來(lái)，只接受代碼而不輸出。解鎖 指令到來(lái)才將代碼送譯碼器。譯碼器完全是由門電路達(dá)成的組合邏輯電路，將 BCD 譯碼成七段碼筆劃。譯碼輸出的筆劃信號(hào)和背電極的相位共同決定，異或門 的輸入端是段位信號(hào)和 50Hz 方波相異或。 2.42.4 時(shí)序邏輯控制電路時(shí)序邏輯控制電路 時(shí)序邏輯控制電路接受比較器的過零脈沖和

12、計(jì)數(shù)器的溢出脈沖，經(jīng)處理后輸 出四個(gè)指令：一是各模擬開關(guān)的控制信號(hào)，是模擬開關(guān)按規(guī)定時(shí)需切換；二是閘 門信號(hào)，控制技術(shù)脈沖的個(gè)數(shù)；三是判斷被測(cè)電壓的極性，輸出“+” 、 “-”號(hào)控 制；四是超量程控制，超量稱時(shí)，千位顯示“1” ，其余數(shù)碼消隱。 2.52.5 時(shí)鐘脈沖發(fā)生器時(shí)鐘脈沖發(fā)生器 由于雙積分式的轉(zhuǎn)換精度與時(shí)鐘無(wú)關(guān)，所以 7106 不必采用晶體振蕩器，只 要采用阻容多諧振蕩器即可。振蕩器是由芯片內(nèi)的兩個(gè)與非門外接 R 、C 組成 00 的多諧振蕩器。振蕩頻率為 （21） 00 0 2 . 2 1 CR f 6 / 11 文檔可自由編輯打印 為提高抗干擾能力，選 R 、C 使 f 與電網(wǎng)頻

13、率成整倍數(shù)關(guān)系，一般 000 f =40Hz 時(shí)鐘發(fā)生器輸出 40Hz 信號(hào)經(jīng)四分頻為 10Hz 分三路輸出：一路去電子計(jì) 0 數(shù)器，作為計(jì)數(shù)脈沖，即為液晶顯示器背電極驅(qū)動(dòng)。當(dāng)然時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生方式也可 采用外部時(shí)鐘或石英振蕩器。若采用外部時(shí)鐘，只要在芯片（40）腳加峰值 5V 信號(hào)即可，經(jīng)芯片兩極反相器放大整形變?yōu)闀r(shí)鐘；若用晶振作時(shí)鐘，只要將晶體 接在（39） （40）腳即可。 2.62.6 主要集成塊主要集成塊 MC1403 是高精度低溫度漂移的基準(zhǔn)電路，作為 8-12 位（二進(jìn)制）數(shù)模轉(zhuǎn)換 的基準(zhǔn)電壓源而設(shè)計(jì)，為避免溫度漂移所造成的 7107 的誤差，通常采用具有溫 度補(bǔ)償?shù)耐饨踊鶞?zhǔn)穩(wěn)壓源，

14、在這里采用 MC1403 作為基準(zhǔn)穩(wěn)壓源供電，可以獲得 精密的電壓基準(zhǔn)。如圖 2-1 所示。 輸出電壓誤差：2.5V1% 輸出電壓溫度系數(shù)：10ppm/（typ） 輸出電流：10mA 輸出電壓范圍：4.5-40V 封裝：8 腳 DIL 陶封（代碼 U） ；8 腳 DIL 塑封（代碼 DSM） Vin Vout GND NC NC NC NC NC 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 2-1 MC1403 的管腳排列 7 / 11 文檔可自由編輯打印 第第 3 3 章章 數(shù)顯儀表的安裝數(shù)顯儀表的安裝 數(shù)字顯示電路部分的安裝要在面包板上進(jìn)行，壓力傳感器，電源部分不在面 包板上。由于數(shù)顯部分需要6V

15、 的電源，因此，電源要在另外的印刷電路安裝， 以給數(shù)顯部分供電。 ICL7107 MC1403 LM324 R2 680 T1 5.1k 20k 1k R1 1k +Vs (+5V) 1k 1k 1k 5.1k 5.1k 5.1k -VS 0.1 1k 15 k +VS (+5V) 30 31 100k 0.1 +5V 0.47 47p 200k 0.047 150k 29 28 27 40 39 38 34 33 36 35 220 2225 3DJ7G +Vs W102 圖 3-1 數(shù)顯壓力表原理圖 3.13.1 電源部分安裝電源部分安裝 由于數(shù)顯部分要使用6V 的電源，這里采用的兩個(gè)三端

16、集成穩(wěn)壓器。其中 7806 為固定標(biāo)準(zhǔn)正電壓穩(wěn)壓器；7906 為固定標(biāo)準(zhǔn)負(fù)電壓穩(wěn)壓器。 電源電路的器件包括電源變壓器，整流橋，集成穩(wěn)壓器及電容。 整個(gè)電路安裝在一塊印刷線路板上，安裝時(shí)要使用電烙鐵。為了使用該電源 8 / 11 文檔可自由編輯打印 的安全性，可靠性。因此，在設(shè)計(jì)是要考慮線路布置合理，強(qiáng)電與弱電之間要留 有相當(dāng)?shù)木嚯x。同時(shí)注意 220V 電源線的引入方向，安全，防止短路，輸出6V 電源要有“接線端子” 。 3.23.2 數(shù)顯部分安裝數(shù)顯部分安裝 根據(jù)繪制的接線圖，首先在面包板上把 7107 和四個(gè)數(shù)碼管的位置確定好， 為了便于顯示，一般要把四個(gè)數(shù)碼管放在上方。然后以接線方便為原則

17、，確定 7107 的位置。同時(shí)要考慮“+電源” ， “電源” ， “地” ，線的接法。其他芯片，電 阻，電容，電位器等圍繞 7107 就近安排。 圖 3-2 數(shù)顯部分安裝圖 9 / 11 文檔可自由編輯打印 第第 4 4 章章 結(jié)論與體會(huì)結(jié)論與體會(huì) 在這次數(shù)字顯示儀表設(shè)計(jì)中，讓我們學(xué)會(huì)了各種小工具的使用，例如皮鉗子 等。同時(shí)，也更加理解了團(tuán)隊(duì)的合作力量。在連面包板的過程中，我們體會(huì)到了， 做什么事一定要細(xì)心，還要有耐心。在課程設(shè)計(jì)中只有一個(gè)人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不 夠的，必須讓每個(gè)人都知道，否則一個(gè)人的錯(cuò)誤，就有可能導(dǎo)致整個(gè)工作失敗。 團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們成功的一項(xiàng)非常重要的保證。而這次設(shè)計(jì)也正好鍛煉我們這一點(diǎn)， 這也是非常寶貴的。當(dāng)然，在實(shí)驗(yàn)過程中，我們也不可避免的出現(xiàn)了各種各樣的 問題，例如在安裝數(shù)字式壓力數(shù)顯表頭時(shí)，如果稍有馬虎就會(huì)出錯(cuò)，所以要細(xì)心 再細(xì)心，否則檢查起來(lái)會(huì)很麻煩。在連接電源部分的時(shí)候要注意電源線的引入方 向，仔細(xì)分析，防止短路等問題發(fā)生。理論與實(shí)踐二者缺一不可，只有把理論聯(lián) 系實(shí)踐，才能真正的做好一件事情。 10 / 11 文檔可自由編輯