《數(shù)顯儀表報(bào)告》word版

1、目錄 TOC o 1-2 f h z u HYPERLINK l _Toc329692670 第1章 數(shù)顯儀表工作原理 PAGEREF _Toc329692670 h 1 HYPERLINK l _Toc329692671 1.1 數(shù)字式顯示儀表的基本構(gòu)成及工作原理 PAGEREF _Toc329692671 h 1 HYPERLINK l _Toc329692672 1.2 數(shù)字儀表的主要技術(shù)指標(biāo) PAGEREF _Toc329692672 h 2 HYPERLINK l _Toc329692673 1.3 線性化問題 PAGEREF _Toc329692673 h 3 HYPERLINK

2、l _Toc329692674 第2章 數(shù)字儀表的設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc329692674 h 4 HYPERLINK l _Toc329692675 2.1 ICL7107D的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器及其轉(zhuǎn)換 PAGEREF _Toc329692675 h 4 HYPERLINK l _Toc329692677 2.2 ICL7107的邏輯電路 PAGEREF _Toc329692677 h 4 HYPERLINK l _Toc329692678 2.3 數(shù)字計(jì)數(shù)器 PAGEREF _Toc329692678 h 5 HYPERLINK l _Toc329692679 2.4 時(shí)序邏輯

3、控制電路 PAGEREF _Toc329692679 h 5 HYPERLINK l _Toc329692680 2.5 時(shí)鐘脈沖發(fā)生器 PAGEREF _Toc329692680 h 5 HYPERLINK l _Toc329692683 2.6 主要集成塊 PAGEREF _Toc329692683 h 6 HYPERLINK l _Toc329692684 第3章 數(shù)顯儀表的安裝 PAGEREF _Toc329692684 h 7 HYPERLINK l _Toc329692685 3.1電源部分安裝 PAGEREF _Toc329692685 h 7 HYPERLINK l _Toc3

4、29692686 3.2 數(shù)顯部分安裝 PAGEREF _Toc329692686 h 7 HYPERLINK l _Toc329692687 第4章 結(jié)論與體會(huì) PAGEREF _Toc329692687 h 9 HYPERLINK l _Toc329692688 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc329692688 h 10第1章 數(shù)顯儀表工作原理1.1 數(shù)字式顯示儀表的基本構(gòu)成及工作原理近五十年來，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

5、表的應(yīng)用范圍也從原來主要在實(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，它具有模擬儀表無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)數(shù)字量來傳輸信息，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： = 1 * GB3 準(zhǔn)確度高; 分辨力高; = 3 * GB3 無主

6、觀讀書錯(cuò)誤; = 4 * GB3 測(cè)量速度快； = 5 * GB3 能以數(shù)碼形式輸出結(jié)果。不帶微處理器的儀表，通常用運(yùn)算放大器和中，大規(guī)模集成電路來實(shí)現(xiàn)；帶微處理器的儀表，是借助軟件的方式來實(shí)現(xiàn)原理框圖中的有關(guān)功能。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

7、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)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。1.2 數(shù)字儀表的主要技術(shù)指標(biāo) 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”。 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。 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

8、%，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。 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。 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)。 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表征抗干擾能力大小。1.3 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)償?shù)姆蔷€性A/D轉(zhuǎn)換法

9、；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。第2章 數(shù)字儀表的設(shè)計(jì)方案2.1 ICL7107雙積分A/D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)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。自校零（A/Z）階段 模擬電路部分的模擬開關(guān)A/

10、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)電壓充電至。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)行采樣積分。輸入信號(hào)經(jīng)過緩沖器送至積分器，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)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

11、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。2.2 ICL7107的邏輯電路由于ICL7107驅(qū)動(dòng)LED顯示器，因此它的數(shù)字電路部分較ICL7106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：來說，因?yàn)榘l(fā)光二極管

12、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。2.3 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，只接受代碼而不輸出。解鎖指令到來才將代碼送譯碼器。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

13、異或。2.4 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。2.5 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組成的多諧振蕩器。振蕩頻率為 （21）為提高抗干擾能力，選R、C使f與電網(wǎng)頻率成整倍數(shù)關(guān)系，一般f=40Hz時(shí)鐘發(fā)生器輸出40Hz信號(hào)經(jīng)四分頻為1

14、0Hz分三路輸出：一路去電子計(jì)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。2.6 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，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/（t

15、yp）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）VinVoutGNDNCNCNCNCNC12345678圖2-1 MC1403的管腳排列第3章 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。ICL7107MC1403LM324R2 680T15.1k20k1kR11k+Vs(+5V)1k1k1k5.1k5.1k5.1k-VS0.11k15k+VS(+5V)3031100k0.1+5V0.4747p200k0.0

16、47150k29 28 27 40 39 38343336 3522022253DJ7G+VsW102圖3-1 數(shù)顯壓力表原理圖3.1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”。3.2 數(shù)顯部分安裝根據(jù)繪制的接線圖，首

17、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，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)顯部分安裝圖第4章 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