數(shù)字顯示儀表的課程設計

1、課 程 設 計課 程 數(shù)字顯示儀表課程設計 題 目 數(shù)字壓力顯示儀表的制作 院 系 電氣信息工程學院 專業(yè)班級 學生姓名 學生學號 指導教師 2013年 8 月 2日東北石油大學課程設計任務書課程 數(shù)字顯示儀表課程設計 題目 數(shù)字壓力顯示儀表的制作 專業(yè) 姓名 學號 主要內容：在面包板上安裝一臺單片A/D轉換器7107或7106組成的0-2V通用表頭。配接壓力傳感器（應變片式、擴散硅式或其它類型壓力傳感器），制成數(shù)字壓力顯示儀表?；疽螅海?）根據(jù)實驗室所提供的元件、材料，設計并描繪電路接線圖。最后在面包板上接插顯示儀表的電路。（2）由于元件、材料要反復使用，在接插過程中要小心，不要故意破壞

2、元件。（3）在整個課程設計中，要學會實驗室基本儀器、工具有使用方法。（4）各小組配備的萬用表、工具精心使用，如有故意損壞、丟失、要按價賠償。參考資料：1 張?zhí)齑?楊慧敏.數(shù)字顯示儀表課程設計指導書.大慶石油學院自編教材,2008.2 李正軍.計算機控制系統(tǒng)M.北京:機械工業(yè)出版社, 2006.3 沙占有.數(shù)字化測量技術與應用M.機械工業(yè)出版社,2004.4 井口征士.傳感工程M.科學出版社，2005.完成期限 2013.7.222013.8.2 指導教師 專業(yè)負責人 2013年 8月 2日目 錄第1章數(shù)字顯示儀表工作原理11.1數(shù)字顯示儀表的基本構成11.2數(shù)字顯示儀表的特點21.3

3、信號的標準化及標度變換2第2章 數(shù)顯儀表設計方案42.1ICL7107雙積分A/D轉換器42.2 ICL7107的邏輯電路42.3 LED顯示器62.4主要集成塊、三極管7第3章 數(shù)顯儀表的安裝83.1安裝操作須知83.2具體安裝操作8第4章 結論與體會10參考文獻11數(shù)字顯示儀表課程設計第1章 數(shù)字顯示儀表工作原理1.1 數(shù)字顯示儀表的基本構成用數(shù)字顯示被測值的儀表。把測量轉化為數(shù)字量并以數(shù)字形式顯示出來的儀表。工業(yè)測量中被測量變或位移、電流、電壓、空氣壓等模擬量，經模數(shù)轉換器，把模似量換成數(shù)字量（簡稱模數(shù)轉換）。 數(shù)字儀表以數(shù)字的形式顯示被測量，讀數(shù)直觀。一般包括:用標度盤和指針

4、指示電量,用電磁力為基礎的電括測量線路,模數(shù)轉換和數(shù)字顯示三部份。 模-數(shù)轉換器是數(shù)字儀表的核心，以它為中心，將儀表分為模擬和數(shù)字倆部分。 儀表的模擬部分一般設有濾波、前置放大器和模擬開關等環(huán)節(jié)。來自傳感器或變送器的統(tǒng)一電量信號一般都比較微弱，并且包含著在傳輸過程中產生的各種干擾成分，因此在將其轉換成數(shù)字量之前，首先要進行濾波和放大。前置放大器就是用來提高儀表的靈敏度、輸入阻抗及信號的信噪比。儀表的數(shù)字部分一般由計數(shù)器、譯碼器、時鐘脈沖發(fā)生器、驅動顯示電路以及邏輯控制電路組成。被放大的模擬信號有模-數(shù)轉化器轉換成相應的數(shù)字量后，經譯碼、驅動，送到顯示器件中進行數(shù)字顯示。也可

5、送到報警系統(tǒng)和打印系統(tǒng)中去，進行報警和記錄打印 。在需要的時候，亦可將測量結果以數(shù)碼形式輸出，供計算機數(shù)據(jù)處理之用。 在數(shù)字儀表中，邏輯控制電路起著指揮整個儀表各部分協(xié)調工作的作用。它是數(shù)字儀表中不可缺少的環(huán)節(jié)之一。隨著集成電路技術和微型計算機應用技術的迅速發(fā)展和不斷成熟，以微處理器等集成電路芯片代替了常規(guī)數(shù)字儀表中的邏輯控制電路，儀表的測量過程可以由軟件進行程序控制。微處理器在數(shù)字儀表中的應用強有力地推動了數(shù)字儀表測量的自動化和多功能化；實現(xiàn)了測量結果的數(shù)據(jù)變換和誤差校正，從而提高了儀表的測量準確程度。 另外，高穩(wěn)定的基準電源和工作電源也會是數(shù)字儀表的重要組成部

6、分。 數(shù)字儀表的出席那和發(fā)展是與計算機技術、電子技術等現(xiàn)代技術的發(fā)展緊密相關的，它的優(yōu)越性能和廣泛的應用使傳統(tǒng)的模擬儀表受到嚴重挑戰(zhàn)。一般來說，實驗室用高檔儀表類數(shù)字表明顯由于模擬儀表，對于工業(yè)現(xiàn)場，應用數(shù)字儀表的問題目前還有爭議。在功能、精度要求不高，而更注重可靠性和實用的工業(yè)過程監(jiān)測系統(tǒng)中，模擬儀表呈現(xiàn)先出特有的優(yōu)勢。儀表的模擬部分一般設有濾波、前置放大器和模擬開關等環(huán)節(jié)。儀表的數(shù)字部分一般由計數(shù)器、譯碼器、時鐘脈沖發(fā)生器、驅動顯示電路及邏輯控制電路組成，同時高穩(wěn)定的基準電源和工作電源也是數(shù)字儀表的重要組成部分。1.2 數(shù)字顯示儀表的特點1）數(shù)字顯示，讀數(shù)不存在視覺誤差。

7、0; 2）精確度一般較高，數(shù)字電工儀表由于沒有機電類儀表的可動部分，所以機械摩檫，變形的影響極小，只要元器件的質量、性能上沒問題，數(shù)字儀表是比較容易制成很高精準度的儀表，比如深圳科立恒電子有限公司的生產的KM顯示表精度都已經達到了0.01%，代理的CSS系列產品已經達到了十萬分之一的精確度，而目前一般機電類儀表精準度達0.1%已很不容易，而數(shù)字儀表可輕易達到0.05%，目前有些數(shù)字儀表以達到0.01%的精確度。  3）靈敏度高。由于有些數(shù)字儀表內多設有各種放大線路或器件，所以可測量較小的信號，如1µv左右的電壓信號，1mA左右的電流信號號、0.

8、01Hz的頻率信號  4)輸入阻抗高。數(shù)字儀表一般本身有工作電源，除測量電流外，一般阻抗都可以制得較高，使在測量時對被測物理量影響很小。  5）使用方便。特別是實驗室用便攜式、臺式儀表，可制成多量程（目前有-19999999 顯示量程的KM表系），多功能儀表（可測量電流電壓頻率功率線速轉速）。  6）性價比高  7）抗干擾性能教差，由于數(shù)字儀表靈敏度高，其副作用就是抗干擾性能差，外磁場和電場等變化容易引起讀書變化，為了解決這一現(xiàn)象；深圳科立恒公司，在技術方面投入巨資，應用先進的表面貼裝工藝和電磁隔離技術，

9、弧型設計面板確保儀表的長期穩(wěn)定。  8）數(shù)字儀表的精確度，表示方法不同于指針式儀表，數(shù)字儀表一般多以上量限或讀數(shù)值為基準值的百分數(shù)再加上幾個數(shù)字來表示該表的精確度，比如KM系列數(shù)顯儀表，系統(tǒng)精度0.1%(直流)，0.2%（交流）滿刻度1字。一般多功能，多量程的數(shù)字多用表的各功能、量程檔位不同時，精確度也不一樣。1.3 信號的標準化及標度變換 由于被測量和顯示的過程參數(shù)多種多樣，因而儀表輸入信號的類型、性質千差萬別。即使是同一種參數(shù)或物理量，由于檢測元件和裝置的不同，輸入信號的性質和電平高低等也不同。必須將這些不同性質的信號，或者不同電平的信號統(tǒng)一起來，這就叫做輸入信號的規(guī)格

10、化，或者稱為參數(shù)信號的標準化。但由于各種信號變換為電壓信號比較方便，且數(shù)字顯示儀表都要求輸入電壓信號，因此都將各種信號變換為電壓信號。采用較高的統(tǒng)一信號電平能適應更多的變送器，可以提高測量精度。采用較低的統(tǒng)一信號電平，則對小信號的測量精度高。固統(tǒng)一信號電平高低的選擇應根據(jù)被顯示參數(shù)信號的大小來確定。1.3 信號的標準化及標度變換由于被測量和顯示的過程參數(shù)多種多樣，因而儀表輸入信號的類型、性質千差萬別。即使是同一種參數(shù)或物理量，由于檢測元件和裝置的不同，輸入信號的性質和電平高低等也不同。必須將這些不同性質的信號，或者不同電平的信號統(tǒng)一起來，這就叫做輸入信號的規(guī)格化，或者稱為參數(shù)信號的標準化。當然

11、這種規(guī)格化的統(tǒng)一輸出信號可以是電壓、電流或其它形式的信號。但由于各種信號變換為電壓信號比較方便，且數(shù)字顯示儀表都要求輸入電壓信號，因此都將各種信號變換為電壓信號。目前國內采用統(tǒng)一直流信號電平有以下幾種：010mA，030mV，040.95mV，050mV等。采用較高的統(tǒng)一信號電平能適應更多的變送器，可以提高對大信號的測量精度。而采用較低的統(tǒng)一信號電平，則對小信號的測量精度高。所以統(tǒng)一信號電平高低的選擇應根據(jù)被顯示參數(shù)信號的大小來確定。第二章 數(shù)顯儀表設計方案數(shù)顯壓力儀表的原理圖見圖2-1，它是配接硅壓阻式壓力傳感器，利用02000mV 發(fā)光二極管顯示標準表頭，制成數(shù)字式壓力顯示儀表。它的主要部

12、件如圖2-1。圖2-1 數(shù)顯儀表原理圖2.1 ICL7107雙積分A/D轉換器(1) 雙積分型A/D轉換器ICL7107的基本特點： ICL7107具有以下特點：一，內部有自動穩(wěn)零電路，保證零電壓輸入時，讀數(shù)為零。二，內部有極性判別電路，即使輸入電壓很小也能正確區(qū)別極性，并顯示出來；三，內部有時鐘電路，可外接RC器件，產生自激振蕩，也可由外部時鐘輸入；四，內含供AD轉換必須的基準穩(wěn)壓電源，可不用外接基準電源；五，輸出為3位七段譯碼信號，可直接驅動LED；六，與其他CMOS集成電路相同，這些電路具有輸入電阻高等特點。 ICL7107采用標準的雙列直插40引線封裝，引

13、線排列如圖2-2所示。各引線功能如下：A1G1-各位段驅動信號； A2G2-十位段驅信號； A3G3-百位段驅動信號； AB4-千位（b、c）段驅動信號； P0M-負號指示信號，接千位g段；GND-數(shù)字地； OSC1OSC3-時鐘發(fā)生器接頭端；REF+REF_-基準電壓的接頭端； CREF-基準電容的接頭端； INT+INT_-模擬信號輸入端；AZ-積分發(fā)大器反向輸入端，接自校零位電容； BUF-緩沖器輸出端，接積分電阻； INT-積分器輸出端，接積分電容； TEST-試燈端，接高電位V+時，顯

14、示“-1999”； V+-正電源（56V）接頭端； V負電源（-5-9V）接頭端。 ICL7107D的雙積分AD轉換。(2) ICL7107引腳功能 V和V-分別為電源的正極和負極，au-gu,aT-gT,aH-gH：分別為個位、位、百位筆畫的驅動信號，依次接個位、十位、百位LED顯示器的相應筆畫電極。 Bck：千位筆畫驅動信號。接千位LEO顯示器的相應的筆畫電極。 PM：液晶顯示器背面公共電極的驅動端，簡稱背電極。 Oscl-OSc3 ：時鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器。第38腳至第4

15、0腳電容量的選擇是根據(jù)下列公式來決定： Fosl = 0.45/RC。  COM ：模擬信號公共端，簡稱“模擬地”，使 用時一般與輸入信號的負端以及基準電壓的負極相連。TEST ：測試端，該端經過500歐姆電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱“邏輯地”或“數(shù)字地”。 VREF VREF- ：基準電壓正負端。 CREF：外接基準電容端。INT：27是一個積分電容器，必須選擇溫度系數(shù)小不致使積分器的輸入電壓產生漂移現(xiàn)象的元件 IN和IN- ：模擬量輸入端，分別接輸

16、入信號的正端和負端。AZ：積分器和比較器的反向輸入端，接自動調零電容CAz 。如果應用在200mV滿刻度的場合是使用0.47F，而2V滿刻度是0.047F。BUF：緩沖放大器輸出端，接積分電阻Rint。其輸出級的無功電流( idling current )是100A，而緩沖器與積分器能夠供給20A的驅動電流，從此腳接一個Rint至積分電容器，其值在滿刻度200mV時選用47K，而2V滿刻度則使用470K。 2.2 ICL7107的邏輯電路用ICL7107驅動LED顯示器，不需要所儲存器，還需要有LCD的公共點擊所需的對稱方波電源，所以就此給出ICL710

17、7的邏輯圖如圖2-1。 鎖存器千位七段譯碼百位十位個位+4控制邏輯七段譯碼七段譯碼計數(shù)器500TEST數(shù)字地1V+V+圖2-2 ICL7107的數(shù)字部分邏輯圖2.3 LED顯示器將條狀發(fā)光二極管按照共陽極（正極）或共陰極（負極）的方式連接，并組成“8” 字型發(fā)光二極管另一極做筆畫電極，就構成了LED數(shù)碼顯示器。只要按規(guī)定使某些筆畫的發(fā)光二極管發(fā)光就能組成0-9的一系列數(shù)字，可作為數(shù)字儀表。LED顯示器的型號很多，發(fā)光顏色也不同，以BS342型和BS431型。如圖2-5，說明其工作原理。二者外型相同，BS342為共陽極，BS341為共陰極。腳3與腳8在內部已經連通，作為公極。使用時，B

18、S342的公共極應接電源正極，BS341的公共極應接電源的負極，如果極性接反了，不僅不能發(fā)光，還容易損壞LED。2.4主要集成塊、三極管2.4.1MC1403MC1403是美國摩托羅拉公司生產的高準確度、低溫漂、采用激光修正的帶隙基準電壓源，國產型號為5G1403和CH1403。它采用DIP8封裝，引腳排列如圖7-1-2所示。UI4.5V15V，UO2.500V（典型值），T可達10×106/。為了配8P插座，還專門設置了5個空腳。其輸出電壓UOUg0(R3R4)/R41.205×2.082.5V。 MC1403是高精度低溫度漂移的基準電路，作為8-12位數(shù)模轉換

19、的基準電壓源而設計，為避免溫度漂移所造成的7107的誤差，通常采用具有溫度補償?shù)耐饨踊鶞史€(wěn)壓源。MC1403的腳管排列如圖2-1所示。 輸出電壓誤差：2.5V±1 輸出電壓溫度系數(shù)：10ppm/（typ）輸出電流：10mAMC1403的腳管排列如圖2-3所示。VinVoutGNDNCNCNCNCNC12345678圖2-3 MC1403的管腳排列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。整個電路安裝在一塊印刷線路板上，安裝時要使用電烙鐵，為了使用電源的安全性、可靠性。因此，在設計時要考慮布置合理，強電與弱電之間要保留有相當?shù)木嚯x。同時注意220V電源

20、的引入方向、安全，防止短路，輸出電壓±5V電源要有“接線端子”。按圖2-1鏈接電路圖。第3章 數(shù)顯儀表的安裝3.1 安裝操作須知數(shù)字顯示電路部分安裝要在面包板上進行，壓力傳感器、電源部分不再面包板上。由于數(shù)顯部分需要±5V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，所以領回器件后根據(jù)電路圖核對是否遺漏器件，確定沒有遺漏器件后根據(jù)電路圖認真核對各類器件的型號和參數(shù)。在插接導線時，必須細心、耐心、不能馬虎，否則造成虛接或短接會對日后檢查帶來很多麻煩。在插接到現(xiàn)實應保證導線牢固，整齊，美觀。插接導線時要使用“鉗子”和“鑷子”等工具。保證插接牢固。同時掌握以上工具的

21、使用方法。 3.2 具體安裝操作3.2.1數(shù)顯部分的安裝根據(jù)繪制的接線圖，首先在面包板上把7107和四個數(shù)碼管的位置確定好，為了便于現(xiàn)實，一般要把四個數(shù)碼管放在上方。然后以接線方便為原則，確定7107的位置。同時要考慮正電源、負電源、接地的解法。其他芯片、電阻、電容、電位器等圍繞7107就近安排位置。接線時要細心，避免日后檢查線路時候造成不必要的麻煩，插接導線時候要注意保證導線的牢固、整齊、美觀。3.2.2電源部分的安裝 電源電路的器件包括電源變壓器、整流橋、集成穩(wěn)壓器和電容。整個電路安裝在一塊面包板上。為了使用該電源的安全性、可靠性，同時注意電源線的引入方向，要注意安全，防止短路，輸出±5V電源要有“接線端子”。 電源的安裝首先要根據(jù)電原理圖繪制印刷電路板的接線圖，安插元器件。調試出的面包板顯示記錄如圖3-1和圖3-2所示：圖3-1 面包板調試前結果圖圖3-2 面包板調試后結果圖第4章 結論與體會在這兩周的學習與實踐中我學到了很多，包括學習上和生活中。我們所設計的題目是“數(shù)字顯示儀表”。通過兩周的設計實踐，我們對面包板有了充分的認識，我們組所有成員分工合作，連完電路后共同檢查錯誤