數(shù)字顯示儀表課程設(shè)計(jì)

1、大 慶 石 油 學(xué) 院課 程 設(shè) 計(jì)課 程 數(shù)字顯示儀表課程設(shè)計(jì) 題 目 數(shù)字壓力顯示儀表設(shè)計(jì)、組裝及調(diào)試 院 系 電氣信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化07-3 學(xué)生姓名 * 學(xué)生學(xué)號(hào) 070601140327 指導(dǎo)教師 2007年 7月 17日大慶石油學(xué)院課程設(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)字式壓力表的設(shè)計(jì)專業(yè) 自動(dòng)化 姓名 * 學(xué)號(hào) 070601140327主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等主要內(nèi)容：在面包板上安裝一臺(tái)用單片A/D轉(zhuǎn)換器7107或7106組成的通用表頭。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?；疽螅?、 學(xué)習(xí)數(shù)字顯示儀表

2、原理。2、 設(shè)計(jì)、繪制電路連接圖。3、 能夠獨(dú)立完成數(shù)字顯示儀表表頭的制作。參考資料：1 張?zhí)齑?楊慧敏.數(shù)字顯示儀表課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書M.大慶石油學(xué)院自編教材,20082 沙占有.數(shù)字化測(cè)量技術(shù)與應(yīng)用M.機(jī)械工業(yè)出版社,20043 井口征士.傳感工程M.科學(xué)出版社.20054 常健生.檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)M.吉林工業(yè)大學(xué)出版社.5 常健生.檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)M,吉林工業(yè)大學(xué)出版社,2006完成期限 2009-7- 17 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2009年7 月1 日目錄第1章 數(shù)顯儀表工作原理11.1 數(shù)字式顯示儀表的基本構(gòu)成11.2 數(shù)字儀表的主要技術(shù)指標(biāo)21.3 線性化問(wèn)題3第2章 數(shù)字儀表的制作32.

3、1 ICL7107雙積分A/D轉(zhuǎn)換器32.2 ICL7107D的雙積分A/D轉(zhuǎn)換32.3 ICL7107的邏輯電路42.4 時(shí)鐘脈沖發(fā)生器42.5 數(shù)字計(jì)數(shù)器42.6 時(shí)序邏輯控制電路52.7 LED顯示器52.8 發(fā)光二極管52.9 主要集成塊5第3章 數(shù)顯儀表的安裝63.1 數(shù)顯部分安裝63.2電源部分安裝7第四章 總結(jié)與體會(huì)7參考文獻(xiàn)8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

4、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。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。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

5、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(kāi)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)(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”。(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

6、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。(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)。(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。1.3 線性化問(wèn)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；

7、其二是在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中進(jìn)行補(bǔ)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。第2章 數(shù)字儀表的制作2.1 ICL7107雙積分A/D轉(zhuǎn)換器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(kāi)關(guān)、過(guò)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。2.2 ICL7107D的雙積分A/D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

8、）三個(gè)階段。1) 自校零（A/Z）階段 模擬電路部分的模擬開(kāi)關(guān)A/Z接通，其余開(kāi)關(guān)全部斷開(kāi)，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。2) 信號(hào)積分(INT)階段 模擬開(kāi)關(guān)INT接通，其余開(kāi)關(guān)均斷開(kāi)負(fù)反饋回路斷開(kāi)、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(guò)緩沖器送至積分器，大大提高了轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗。3) 反相積分（DE）階段 模擬開(kāi)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(kāi)始計(jì)數(shù)，反相積分階段開(kāi)始。

9、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(kāi)始了下一個(gè)轉(zhuǎn)換周期。 2.3 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(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

10、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。2.4 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10Hz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

11、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。2.5 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

12、共同決定，異或門的輸入端是段位信號(hào)和50Hz方波相異或。2.6 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(guò)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(kāi)關(guān)的控制信號(hào)，是模擬開(kāi)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。2.7 LED顯示器數(shù)碼顯示是用來(lái)顯示數(shù)字、文字或符號(hào)的器件，現(xiàn)在已有多種不同類型的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用與多種數(shù)字設(shè)備中。目前，數(shù)碼顯示器正朝著小型、多位、多彩、平面化的方向發(fā)展。2.8 發(fā)光二極管在各種顯示器中，LCD的功耗最低，LED的發(fā)光響應(yīng)時(shí)間最短

13、，壽命最長(zhǎng)。因此，目前的數(shù)字儀表大多采用LED或LCD顯示器，它們都能由集成電路直接驅(qū)動(dòng)。發(fā)光二極管是采用半導(dǎo)體材料制成的，能將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成光信號(hào)的結(jié)型電壓發(fā)光器件。2.9 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：2.5V±1%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DI

14、L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。圖3-1 數(shù)顯壓力表原理圖3.1 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，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。3.2電源部分安

15、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”。第四章 總結(jié)與體會(huì)這次的課程設(shè)計(jì)也讓我看到了團(tuán)隊(duì)的力量，我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人也離不開(kāi)團(tuán)隊(duì)，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。剛開(kāi)始的時(shí)候，大家就分配好了各自的任務(wù)

16、，大家有的繪制原理圖，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，有的積極查詢相關(guān)資料，并且經(jīng)常聚在一起討論各個(gè)方案的可行性。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。在設(shè)計(jì)過(guò)程中碰到了很多難點(diǎn)，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(wèn)題發(fā)生。通過(guò)解決這些難點(diǎn)，提高了我分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，以及動(dòng)手能力，同時(shí)使我數(shù)字顯示儀表的原理、器件的識(shí)別、以及繪圖能力又了進(jìn)一步提高，為以后有關(guān)課程的學(xué)習(xí)打下感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)。使我進(jìn)一步明確所學(xué)知識(shí)是如何和實(shí)際結(jié)合起來(lái)的，有效地把理論和實(shí)際結(jié)合起來(lái)。參考文獻(xiàn)1 張?zhí)齑?楊慧敏.數(shù)字顯示儀表課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書M.大慶石油學(xué)院自編教材,20082 沙占有.數(shù)字化測(cè)量技術(shù)與應(yīng)用M.機(jī)械工業(yè)出版社,20043 井口征士.傳感工程M.科學(xué)出版社.20054 常健生.檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)M.吉林工業(yè)大學(xué)出版社.5 常健生.檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)M,吉林工業(yè)大學(xué)出版社,2006大慶石油學(xué)院課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)表課程名稱數(shù)字顯示儀表課程設(shè)計(jì)題目名稱數(shù)字壓力