數(shù)字顯示儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告..

1、PAGE 2-PAGE 2. z課 程 設(shè) 計(jì)課 程 數(shù)字顯示儀表課程設(shè)計(jì) 題 目 數(shù)字壓力顯示儀表的制作 院 系 電氣信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生* 學(xué)生* 指導(dǎo)教師 2021年 8 月 2日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程 數(shù)字顯示儀表課程設(shè)計(jì) 題目 數(shù)字壓力顯示儀表的制作 專業(yè)*主要容：在面包板上安裝一臺(tái)單片A/D轉(zhuǎn)換器7107或7106組成的0-2V通用表頭。配接壓力傳感器應(yīng)變片式、擴(kuò)散硅式或其它類型壓力傳感器，制成數(shù)字壓力顯示儀表。根本要求：1根據(jù)實(shí)驗(yàn)室所提供的元件、材料，設(shè)計(jì)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(fù)使用，在接插過程中要小心，不要成心破

2、壞元件。3在整個(gè)課程設(shè)計(jì)中，要學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)室根本儀器、工具有使用方法。4各小組配備的萬用表、工具精心使用，如有成心損壞、喪失、要按價(jià)賠償。參考資料：1 天春,慧敏.數(shù)字顯示儀表課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.石油學(xué)院自編教材,2021.2正軍.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)M.:機(jī)械工業(yè), 2006.3 沙占有.數(shù)字化測(cè)量技術(shù)與應(yīng)用M.機(jī)械工業(yè),2004.4 井口征士.傳感工程M.科學(xué)，2005.完成期限2021.7.222021.8.2 指導(dǎo)教師專業(yè)負(fù)責(zé)人2021年 8月 2日目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc297622844第1章數(shù)字顯示儀表工作原理 PAGEREF _Toc29762

3、2844 h 1HYPERLINK l _Toc2976228451.1數(shù)字顯示儀表的根本構(gòu)成 PAGEREF _Toc297622845 h 1HYPERLINK l _Toc2976228461.2數(shù)字顯示儀表的特點(diǎn) PAGEREF _Toc297622846 h 2HYPERLINK l _Toc2976228471.3信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化及標(biāo)度變換 PAGEREF _Toc297622847 h 2HYPERLINK l _Toc297622848第2章數(shù)顯儀表設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc297622848 h 4HYPERLINK l _Toc2976228492.1ICL7107雙積

4、分A/D轉(zhuǎn)換器 PAGEREF _Toc297622849 h 4HYPERLINK l _Toc2976228502.2 ICL7107的邏輯電路 PAGEREF _Toc297622850 h 4HYPERLINK l _Toc2976228512.3 LED顯示器 PAGEREF _Toc297622851 h 6HYPERLINK l _Toc2976228522.4主要集成塊、三極管 PAGEREF _Toc297622852 h 7HYPERLINK l _Toc297622853第3章數(shù)顯儀表的安裝8HYPERLINK l _Toc2976228543.1安裝操作須知 PAGER

5、EF _Toc297622854 h 8HYPERLINK l _Toc2976228553.2具體安裝操作 PAGEREF _Toc297622855 h 8HYPERLINK l _Toc297622856第4章結(jié)論與體會(huì) PAGEREF _Toc297622856 h 10HYPERLINK l _Toc297622857參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc297622857 h 11-. z第1章 數(shù)字顯示儀表工作原理1.1 數(shù)字顯示儀表的根本構(gòu)成用數(shù)字顯示被測(cè)值的儀表。把測(cè)量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并以數(shù)字形式顯示出來的儀表。工業(yè)測(cè)量中被測(cè)量變或位移、電流、電壓、空氣壓等模擬量，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，把模

6、似量換成數(shù)字量簡(jiǎn)稱模數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)字儀表以數(shù)字的形式顯示被測(cè)量，讀數(shù)直觀。一般包括:用標(biāo)度盤和指針指示電量,用電磁力為根底的電括測(cè)量線路,模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字顯示三部份。模-數(shù)轉(zhuǎn)換器是數(shù)字儀表的核心，以它為中心，將儀表分為模擬和數(shù)字倆局部。儀表的模擬局部一般設(shè)有濾波、前置放大器和模擬開關(guān)等環(huán)節(jié)。來自傳感器或變送器的統(tǒng)一電量信號(hào)一般都比擬微弱，并且包含著在傳輸過程中產(chǎn)生的各種干擾成分，因此在將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量之前，首先要進(jìn)展濾波和放大。前置放大器就是用來提高儀表的靈敏度、輸入阻抗及信號(hào)的信噪比。儀表的數(shù)字局部一般由計(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。被放大的模擬信號(hào)有模-數(shù)轉(zhuǎn)化

7、器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量后，經(jīng)譯碼、驅(qū)動(dòng)，送到顯示器件中進(jìn)展數(shù)字顯示。也可送到報(bào)警系統(tǒng)和打印系統(tǒng)中去，進(jìn)展報(bào)警和記錄打印。在需要的時(shí)候，亦可將測(cè)量結(jié)果以數(shù)碼形式輸出，供計(jì)算機(jī)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(gè)儀表各局部協(xié)調(diào)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(shù)和微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的迅速開展和不斷成熟，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(cè)量過程可以由軟件進(jìn)展程序控制。微處理器在數(shù)字儀表中的應(yīng)用強(qiáng)有力地推動(dòng)了數(shù)字儀表測(cè)量的自動(dòng)化和多功能化；實(shí)現(xiàn)了測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)變換和誤差校正，從而提高了儀表的測(cè)量準(zhǔn)確程度。另外，高穩(wěn)定的基準(zhǔn)電源和

8、工作電源也會(huì)是數(shù)字儀表的重要組成局部。數(shù)字儀表的出席那和開展是與計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)的開展嚴(yán)密相關(guān)的，它的優(yōu)越性能和廣泛的應(yīng)用使傳統(tǒng)的模擬儀表受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)。一般來說，實(shí)驗(yàn)室用高檔儀表類數(shù)字說明顯由于模擬儀表，對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)用數(shù)字儀表的問題目前還有爭(zhēng)議。在功能、精度要求不高，而更注重可靠性和實(shí)用的工業(yè)過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，模擬儀表呈現(xiàn)先出特有的優(yōu)勢(shì)。儀表的模擬局部一般設(shè)有濾波、前置放大器和模擬開關(guān)等環(huán)節(jié)。儀表的數(shù)字局部一般由計(jì)數(shù)器、譯碼器、時(shí)鐘脈沖發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)顯示電路及邏輯控制電路組成，同時(shí)高穩(wěn)定的基準(zhǔn)電源和工作電源也是數(shù)字儀表的重要組成局部。1.2 數(shù)字顯示儀表的特點(diǎn)1數(shù)字顯示，讀數(shù)不存

9、在視覺誤差。2準(zhǔn)確度一般較高，數(shù)字電工儀表由于沒有機(jī)電類儀表的可動(dòng)局部，所以機(jī)械摩檫，變形的影響極小，只要元器件的質(zhì)量、性能上沒問題，數(shù)字儀表是比擬容易制成很高精準(zhǔn)度的儀表，比方科立恒電子的生產(chǎn)的KM顯示表精度都已經(jīng)到達(dá)了0.01%，代理的CSS系列產(chǎn)品已經(jīng)到達(dá)了十萬分之一的準(zhǔn)確度，而目前一般機(jī)電類儀表精準(zhǔn)度達(dá)0.1%已很不容易，而數(shù)字儀表可輕易到達(dá)0.05%，目前有些數(shù)字儀表以到達(dá)0.01%的準(zhǔn)確度。3靈敏度高。由于有些數(shù)字儀表多設(shè)有各種放大線路或器件，所以可測(cè)量較小的信號(hào)，如1v左右的電壓信號(hào)，1mA左右的電流信號(hào)號(hào)、0.01Hz的頻率信號(hào)4)輸入阻抗高。數(shù)字儀表一般本身有工作電源，除測(cè)量

10、電流外，一般阻抗都可以制得較高，使在測(cè)量時(shí)對(duì)被測(cè)物理量影響很小。5使用方便。特別是實(shí)驗(yàn)室用便攜式、臺(tái)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(cè)量電流電壓頻率功率線速轉(zhuǎn)速。6性價(jià)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(chǎng)和電場(chǎng)等變化容易引起讀書變化，為了解決這一現(xiàn)象；科立恒公司，在技術(shù)方面投入巨資，應(yīng)用先進(jìn)的外表貼裝工藝和電磁隔離技術(shù)，弧型設(shè)計(jì)面板確保儀表的長(zhǎng)期穩(wěn)定。8數(shù)字儀表的準(zhǔn)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(zhǔn)值的百分?jǐn)?shù)再加上幾個(gè)數(shù)字來表示該表的準(zhǔn)確度，比方KM系列數(shù)顯儀表，系統(tǒng)精度0.1

11、%(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(shí)，準(zhǔn)確度也不一樣。1.3 信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化及標(biāo)度變換由于被測(cè)量和顯示的過程參數(shù)多種多樣，因而儀表輸入信號(hào)的類型、性質(zhì)千差萬別。即使是同一種參數(shù)或物理量，由于檢測(cè)元件和裝置的不同，輸入信號(hào)的性質(zhì)和電平上下等也不同。必須將這些不同性質(zhì)的信號(hào)，或者不同電平的信號(hào)統(tǒng)一起來，這就叫做輸入信號(hào)的規(guī)格化，或者稱為參數(shù)信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化。但由于各種信號(hào)變換為電壓信號(hào)比擬方便，且數(shù)字顯示儀表都要求輸入電壓信號(hào)，因此都將各種信號(hào)變換為電壓信號(hào)。采用較高的統(tǒng)一信號(hào)電平能適應(yīng)更多的變送器，可以提高測(cè)量精度。采用較低的統(tǒng)一信號(hào)電平，則對(duì)小信

12、號(hào)的測(cè)量精度高。固統(tǒng)一信號(hào)電平上下的選擇應(yīng)根據(jù)被顯示參數(shù)信號(hào)的大小來確定。1.3 信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化及標(biāo)度變換由于被測(cè)量和顯示的過程參數(shù)多種多樣，因而儀表輸入信號(hào)的類型、性質(zhì)千差萬別。即使是同一種參數(shù)或物理量，由于檢測(cè)元件和裝置的不同，輸入信號(hào)的性質(zhì)和電平上下等也不同。必須將這些不同性質(zhì)的信號(hào)，或者不同電平的信號(hào)統(tǒng)一起來，這就叫做輸入信號(hào)的規(guī)格化，或者稱為參數(shù)信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化。當(dāng)然這種規(guī)格化的統(tǒng)一輸出信號(hào)可以是電壓、電流或其它形式的信號(hào)。但由于各種信號(hào)變換為電壓信號(hào)比擬方便，且數(shù)字顯示儀表都要求輸入電壓信號(hào)，因此都將各種信號(hào)變換為電壓信號(hào)。目前用統(tǒng)一直流信號(hào)電平有以下幾種：010mA，030mV，040

13、.95mV，050mV等。采用較高的統(tǒng)一信號(hào)電平能適應(yīng)更多的變送器，可以提高對(duì)大信號(hào)的測(cè)量精度。而采用較低的統(tǒng)一信號(hào)電平，則對(duì)小信號(hào)的測(cè)量精度高。所以統(tǒng)一信號(hào)電平上下的選擇應(yīng)根據(jù)被顯示參數(shù)信號(hào)的大小來確定。第二章 數(shù)顯儀表設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)表頭，制成數(shù)字式壓力顯示儀表。它的主要部件如圖2-1。圖2-1數(shù)顯儀表原理圖2.1ICL7107雙積分A/D轉(zhuǎn)換器(1)雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7107的根本特點(diǎn)：ICL7107具有以下特點(diǎn)：一，部有自動(dòng)穩(wěn)零電路，保證零電壓輸入時(shí)，讀數(shù)為零。二，部有極性判別電路，即使輸

14、入電壓很小也能正確區(qū)別極性，并顯示出來；三，部有時(shí)鐘電路，可外接RC器件，產(chǎn)生自激振蕩，也可由外部時(shí)鐘輸入；四，含供AD轉(zhuǎn)換必須的基準(zhǔn)穩(wěn)壓電源，可不用外接基準(zhǔn)電源；五，輸出為3位七段譯碼信號(hào)，可直接驅(qū)動(dòng)LED；六，與其他CMOS集成電路一樣，這些電路具有輸入電阻高等特點(diǎn)。ICL7107采用標(biāo)準(zhǔn)的雙列直插40引線封裝，引線排列如圖2-2所示。各引線功能如下：A1G1-各位段驅(qū)動(dòng)信號(hào)；A2G2-十位段驅(qū)信號(hào)；A3G3-百位段驅(qū)動(dòng)信號(hào)；AB4-千位b、c段驅(qū)動(dòng)信號(hào)；P0M-負(fù)號(hào)指示信號(hào)，接千位g段；GND-數(shù)字地；OSC1OSC3-時(shí)鐘發(fā)生器接頭端；REF+REF_-基準(zhǔn)電壓的接頭端；CREF-基準(zhǔn)

15、電容的接頭端；INT+INT_-模擬信號(hào)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(shí)，顯示-1999；V+-正電源56V接頭端；V負(fù)電源-5-9V接頭端。ICL7107D的雙積分AD轉(zhuǎn)換。(2)ICL7107引腳功能V和V-分別為電源的正極和負(fù)極，au-gu,aT-gT,aH-gH：分別為個(gè)位、位、百位筆畫的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，依次接個(gè)位、十位、百位LED顯示器的相應(yīng)筆畫電極。Bck：千位筆畫驅(qū)動(dòng)信號(hào)。接千位LEO顯示器的相應(yīng)的筆畫電極。PM：液晶顯示器反面公共電極的驅(qū)動(dòng)端，簡(jiǎn)稱背電極。Oscl-

16、OSc3：時(shí)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40腳電容量的選擇是根據(jù)以下公式來決定：Fosl=0.45/RC。：模擬信號(hào)公共端，簡(jiǎn)稱模擬地，使用時(shí)一般與輸入信號(hào)的負(fù)端以及基準(zhǔn)電壓的負(fù)極相連。TEST：測(cè)試端，該端經(jīng)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。VREFVREF-：基準(zhǔn)電壓正負(fù)端。CREF：外接基準(zhǔn)電容端。INT：27是一個(gè)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(chǎn)生漂移現(xiàn)象的元件IN和IN-：模擬量輸入端，分別接輸入信號(hào)的正端和負(fù)端。AZ：積分器和比擬器的反向輸入端，接自動(dòng)調(diào)零電容CAz。如果應(yīng)用在200mV滿刻度的場(chǎng)合是

17、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(jí)的無功電流(idlingcurrent)是100A，而緩沖器與積分器能夠供應(yīng)20A的驅(qū)動(dòng)電流，從此腳接一個(gè)Rint至積分電容器，其值在滿刻度200mV時(shí)選用47K，而2V滿刻度則使用470K。 2.2 ICL7107的邏輯電路用ICL7107驅(qū)動(dòng)LED顯示器，不需要所儲(chǔ)存器，還需要有LCD的公共點(diǎn)擊所需的對(duì)稱方波電源，所以就此給出ICL7107的邏輯圖如圖2-1。鎖存器千位七段譯碼百位十位個(gè)位+4控制邏輯七段譯碼七段譯碼計(jì)數(shù)器500TEST數(shù)字地1V+V+圖2-2 ICL7107的數(shù)字局部邏輯圖2

18、.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(fù)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(gòu)成了LED數(shù)碼顯示器。只要按規(guī)定使*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(hào)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。二者外型一樣，BS342為共陽極，BS341為共陰極。腳3與腳8在部已經(jīng)連通，作為公極。使用時(shí)，BS342的公共極應(yīng)接電源正極，BS341的公共極應(yīng)接電源的負(fù)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MC1403是美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的高準(zhǔn)確度、低溫

19、漂、采用激光修正的帶隙基準(zhǔn)電壓源，國(guó)產(chǎn)型號(hào)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(dá)10106/。為了配8P插座，還專門設(shè)置了5個(gè)空腳。其輸出電壓UOUg0(R3R4)/R41.2052.082.5V。MC1403是高精度低溫度漂移的基準(zhǔn)電路，作為8-12位數(shù)模轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電壓源而設(shè)計(jì)，為防止溫度漂移所造成的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。MC1403的腳管排列如圖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：10mAMC1403的腳管排列如圖2-3所示

20、。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(gè)電路安裝在一塊印刷線路板上，安裝時(shí)要使用電烙鐵，為了使用電源的平安性、可靠性。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮布置合理，強(qiáng)電與弱電之間要保存有相當(dāng)?shù)木嚯x。同時(shí)注意220V電源的引入方向、平安，防止短路，輸出電壓5V電源要有接線端子。按圖2-1電路圖。第3章 數(shù)顯儀表的安裝3.1 安裝操作須知數(shù)字顯示電路局部安裝要在面包板上進(jìn)展，壓力傳感器、電源局部不再面包板上。由于數(shù)顯局部需要5V的電源，因此，電源要在另外的印刷電路安裝，以給數(shù)顯局部供電，所以領(lǐng)回器件后根據(jù)

21、電路圖核對(duì)是否遺漏器件，確定沒有遺漏器件后根據(jù)電路圖認(rèn)真核對(duì)各類器件的型號(hào)和參數(shù)。在插接導(dǎo)線時(shí)，必須細(xì)心、耐心、不能馬虎，否則造成虛接或短接會(huì)對(duì)日后檢查帶來很多麻煩。在插接到現(xiàn)實(shí)應(yīng)保證導(dǎo)線結(jié)實(shí)，整齊，美觀。插接導(dǎo)線時(shí)要使用鉗子和鑷子等工具。保證插接結(jié)實(shí)。同時(shí)掌握以上工具的使用方法。3.2 具體安裝操作數(shù)顯局部的安裝根據(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，為了便于現(xiàn)實(shí)，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)要考慮正電源、負(fù)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(shí)要細(xì)心，防止日后檢查線路時(shí)候造成不必要的麻煩，插接導(dǎo)線時(shí)候要注意保證導(dǎo)線的結(jié)實(shí)、整齊、美觀。電源局部的安裝 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(gè)電路安裝在一塊面包板上。為了使用該電源的平安性、可靠性，同時(shí)注意電源線的引入方向，要注意平安，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(diào)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(diào)試前結(jié)果圖圖3-2 面包板調(diào)試后結(jié)果圖第4章 結(jié)論與體會(huì)在這兩周的學(xué)習(xí)與實(shí)踐中我學(xué)到了很多，包括學(xué)習(xí)上和生活中。我們所設(shè)計(jì)的題目是數(shù)字顯示儀表。通過兩周的設(shè)計(jì)實(shí)踐