《数显仪表报告》word版 本文关键词：数显，仪表，报告，word
《数显仪表报告》word版 本文简介：目录目录第1章数显仪表工作原理11.1数字式显示仪表的基本构成及工作原理.11.2数字仪表的主要技术指标.21.3线性化问题.3第2章数字仪表的设计方案42.1ICL7107D的双积分A/D转换器及其转换.42.2ICL7107的逻辑电路42.3数字计数器.52.4时序逻辑控制电路.52.5时钟脉冲
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目录目录
第
1
章
数显仪表工作原理
1
1.1
数字式显示仪表的基本构成及工作原理
.1
1.2
数字仪表的主要技术指标
.2
1.3
线性化问题
.3
第
2
章
数字仪表的设计方案
4
2.1
ICL7107D
的双积分
A/D
转换器及其转换.4
2.2
ICL7107
的逻辑电路4
2.3
数字计数器
.5
2.4
时序逻辑控制电路
.5
2.5
时钟脉冲发生器
.5
2.6
主要集成块
.6
第
3
章
数显仪表的安装
.7
3.1
电源部分安装7
3.2
数显部分安装
.7
第
4
章
结论与体会
.9
参考文献
10
数字显示仪表课程设计
1
第第
1
1
章章
数显仪表工作原理数显仪表工作原理
1.11.1
数字式显示仪表的基本构成数字式显示仪表的基本构成及工作原理及工作原理
近五十年来，随着现代科学技术的迅猛发展，尤其是数字化测量技术、半导
体技术、大规模集成电路技术及计算机技术在仪表中的应用，使数字仪表很快地
从电子管式、晶体管式发展到目前集成电路式和带有微处理器的数字仪表。
仪表的应用范围也从原来主要在实验室中使用扩展到了一切测量领域。在工
业生产过程中常用的数字式仪表有数字式温度计、数字式压力计、数字流量计、
数字电子秤等。
数字仪表的出现适应了科学技术及自动化生产过程中高速、高准确度测量的
需要，它具有模拟仪表无法比拟的优点。
同时数字量来传输信息，可使得传输距离不受限制。数显仪表按工作原理分
为：不带微处理器的和带微处理器的。其原理如图
1-1
所示。
测量
电路
电平
放大
非线性校正
及
A/D
转换
译码，驱动，显
示
设定
机构
比较
环节
控制
模式
控制逻辑
传感器
信号输出
图
1-1
数字显示仪表的方框图
数字仪表的主要仪表特点有：
①准确度高;
②分辨力高;
③无主观读书错误;
④测量速度快；
⑤能以数码形式输出结果。
数字显示仪表课程设计
2
不带微处理器的仪表，通常用运算放大器和中，大规模集成电路来实现；带
微处理器的仪表，是借助软件的方式来实现原理框图中的有关功能。
不带微处理器的数显仪表一般应具备数模转换，非线性补偿及标度变换三大
部分，这三部分又各有很多种类，三者之间相互巧妙地组合，可以组成适应于各
种不同要求场合的数字是显示仪表。尽管数字仪表的品种繁多，原理各不相同，
但其基本构成形式可有图
1-2
所示的主要环节组成。模—数转换器是数字仪表的
核心，以它为中心，将仪表分成数字和模拟量大部分。
仪表的数字部分一般由计数器，译码器，时钟脉冲发生器，驱动显示电路以
及逻辑控制电路组成。
被测对象
传感器前置放大模数转换
基准源
模拟开关
逻辑控制器
技术译码
时钟
数字显示
打印记录
报警系统
数码输出
标准变换线性化器
图
1-2
数字显示仪表的基本结构
在数字仪表中，逻辑控制电路起着指挥整个仪表各部分协调工作的作用。他
是数字仪表中不可缺少的环节之一。另外，高稳定的基准电源和工作电源也是数
字仪表的重要组成部分。
1.21.2
数字仪表的主要技术指标数字仪表的主要技术指标
(一)
显示数位
以十进制显示被测变量值的位数称为显示位数。能够显示“0～9”的数字位称
为“满位”。
数字显示仪表课程设计
3
(二)
仪表的量程
仪表标称范围的上，下限之差的模。量程有效范围上限为满度值。
(三)
精度
目前数字显示仪表的精度表示法有三种：满度的ａ%ｎ字，读数的ａ%???
ｎ字，读数的ａ%ｎ满度的ｂ%，系数
n
是显示仪表读数最末一位数字的变???
化，一般
n=1。
(四)
分辨力和分辨率
数字仪表的分辨力是指末位数字改变一个字所对应的被测变量的最小变化值，
他表示了仪表能够检测到的被测量最小变化的能力。
分辨率指仪表现实的最小数值与最大数值之比。
(五)
输入阻抗
数字是显示仪表是一种高输入阻抗的仪表，输入阻抗可达Ω。
12
10
(六)
抗干扰能力
数字式显示仪表一般用串模干扰抑制比和共模干扰抑制来表征抗干扰能力大
小。
1.31.3
线性化问题线性化问题
常规数字仪表的非线性补偿方法很多，概括起来可分为下列三种方法：一是
可以将非线性被测参数在
A/D
转换之间的模拟电路进行非线性补偿，这种方法称
为模拟非线性补偿法；其二是在
A/D
转换过程中进行补偿的非线性
A/D
转换法；
其三是在
A/D
转换之后的数字电路部分进行补偿的数字非线性补偿法。
数字显示仪表课程设计
4
第第
2
2
章章
数字仪表的数字仪表的设计方案设计方案
2.12.1
ICL7107ICL7107
双积分双积分
A/DA/D
转换器及其转换转换器及其转换
转化器：ICL7107CPL
是三位半双积分
A/D
转换器大规模集成电路，其输出极
为异或门结构。它的作用是把输入电压信号变为数字输出，并驱动显示器。
其内部结构包含模拟和数字两大部分。模拟部分包括积分器、模拟开关、过零比
较器等电路。数字部分包括时钟脉冲发生器、计数器、分频器、译码器、控制器、
相位驱动器等电路。
转换器的转换：ICL7107D
模拟部分每个转换周期分为自校零位、信号积分
（采样）
、反相积分（比较）三个阶段。
1)
自校零（A/Z）阶段
模拟电路部分的模拟开关
A/Z
接通，其余开关全
部断开，电路进入自交零状态。这时模拟输出端与公共模拟端
COM
短
??
INTINT
及
路
AZ、比较器输出端、输入端接通负反馈回路。电路中的总飘逸电压对自校零电
容充电，以记忆并抵消漂移电压对转换的影响。与此同时基准电容被基准电
REF
C
压充电至。
REF
V
2)
信号积分(INT)阶段
模拟开关
INT
接通，其余开关均断开—负反馈回
路断开、输入端短路解除并对模拟输入信号进行采样积分。输入信号经过缓冲
1
V
器送至积分器，大大提高了转换器的输入阻抗。
反相积分（DE）阶段
模拟开关或接通，与输入电压反极性的基准
?
DE
?
DE
I
V
电压接入积分器，同时计数器从零开始计数，反相积分阶段开始。当积分器
REF
V
输出电压为零时，计数器停止计数，锁存器存储并计算器的结果，经译码由发光
二极管显示器显示输入电压的数值，一次转换结束。反相积分阶段一结束，电
I
V
路既自动转入自校状态开始了下一个转换周期。
2.22.2
ICL7107ICL7107
的逻辑电路的逻辑电路
数字显示仪表课程设计
5
由于
ICL7107
驱动
LED
显示器，因此它的数字电路部分较
ICL7106
略有差
异，因为驱动
LCD
不仅要有锁存器，还要有驱动
LCD
的公共电极所需要的对称
方波电源（驱动
LED
无需这一点源）
，但驱动
LCD
几乎不需要电流，而驱动
LED
每断需
5~8V
电流（吸入）
，因此两者输出部分略有不同。
显示器采用七断显示方式，其中个位、十位和百位十字部分分成
a、b、c、d、e、f、g、七断，再加上千位
K
和符号位
P，不同断发光，可以显示
出不同的数字。对
7107：来说，因为发光二极管需要极大驱动电流，故驱动电流
吸入电流增大至
8mA，对千位数字，K
断有两个显示断，所以
7107
的第
19
脚吸
收电流可达
16mA。
2.32.3
数字计数器数字计数器
包括计数、锁存、译码、七段输出、驱动。计数器采用“8421”编码，有个、
十、百三个二-十进制计数器，级联使用，每位计数器有四个触发器。另有千位
计数器是“半位”
，只能显示数字
1，所以用一个触发器即可。锁存器亦采用触发
器组成，受逻辑电路所存指令控制，所存指令到来，只接受代码而不输出。解锁
指令到来才将代码送译码器。译码器完全是由门电路达成的组合逻辑电路，将
BCD
译码成七段码笔划。译码输出的笔划信号和背电极的相位共同决定，异或门
的输入端是段位信号和
50Hz
方波相异或。
2.42.4
时序逻辑控制电路时序逻辑控制电路
时序逻辑控制电路接受比较器的过零脉冲和计数器的溢出脉冲，经处理后输
出四个指令：一是各模拟开关的控制信号，是模拟开关按规定时需切换；二是闸
门信号，控制技术脉冲的个数；三是判断被测电压的极性，输出“+”
、
“-”号控
制；四是超量程控制，超量称时，千位显示“1”
，其余数码消隐。
2.52.5
时钟脉冲发生器时钟脉冲发生器
由于双积分式的转换精度与时钟无关，所以
7106
不必采用晶体振荡器，只
要采用阻容多谐振荡器即可。振荡器是由芯片内的两个与非门外接
R
、C
组成
00
的多谐振荡器。振荡频率为
（2—1）
00
0
2
.
2
1
CR
f
?
数字显示仪表课程设计
6
为提高抗干扰能力，选
R
、C
使
f
与电网频率成整倍数关系，一般
000
f
=40Hz
时钟发生器输出
40Hz
信号经四分频为
10Hz
分三路输出：一路去电子计
0
数器，作为计数脉冲，即为液晶显示器背电极驱动。当然时钟脉冲产生方式也可
采用外部时钟或石英振荡器。若采用外部时钟，只要在芯片（40）脚加峰值
5V
信号即可，经芯片两极反相器放大整形变为时钟；若用晶振作时钟，只要将晶体
接在（39）
（40）脚即可。
2.62.6
主要集成块主要集成块
MC1403
是高精度低温度漂移的基准电路，作为
8-12
位（二进制）数模转换
的基准电压源而设计，为避免温度漂移所造成的
7107
的误差，通常采用具有温
度补偿的外接基准稳压源，在这里采用
MC1403
作为基准稳压源供电，可以获得
精密的电压基准。如图
2-1
所示。
输出电压误差：2.5V±1%
输出电压温度系数：10ppm/（typ）
输出电流：10mA
输出电压范围：4.5-40V
封装：8
脚
DIL
陶封（代码
U）
；8
脚
DIL
塑封（代码
DSM）
Vin
Vout
GND
NC
NC
NC
NC
NC
1
2
3
4
5
6
7
8
图
2-1
MC1403
的管脚排列
数字显示仪表课程设计
7
第第
3
3
章章
数显仪表的安装数显仪表的安装
数字显示电路部分的安装要在面包板上进行，压力传感器，电源部分不在面
包板上。由于数显部分需要6V
的电源，因此，电源要在另外的印刷电路安装，?
以给数显部分供电。
ICL7107
MC1403
LM324
R2
680Ω
T1
5.1k
20k
1k
R1
1k
+Vs
(+5V)
1k
1k
1k
5.1k
5.1k
5.1k
-VS
0.1μ
1k
1．5
k
+VS
(+5V)
30
31
100k
0.1μ
+5V
0.47μ
47p
200k
0.047μ
150k
29
28
27
40
39
38
34
33
36
35
2~20
22~25
3DJ7G
+Vs
W102
图
3-1
数显压力表原理图
3.13.1
电源部分安装电源部分安装
由于数显部分要使用6V
的电源，这里采用的两个三端集成稳压器。其中?
7806
为固定标准正电压稳压器；7906
为固定标准负电压稳压器。
电源电路的器件包括电源变压器，整流桥，集成稳压器及电容。
整个电路安装在一块印刷线路板上，安装时要使用电烙铁。为了使用该电源
数字显示仪表课程设计
8
的安全性，可靠性。因此，在设计是要考虑线路布置合理，强电与弱电之间要留
有相当的距离。同时注意
220V
电源线的引入方向，安全，防止短路，输出6V?
电源要有“接线端子”
。
3.23.2
数显部分安装数显部分安装
根据绘制的接线图，首先在面包板上把
7107
和四个数码管的位置确定好，
为了便于显示，一般要把四个数码管放在上方。然后以接线方便为原则，确定
7107
的位置。同时要考虑“+电源”
，
“—电源”
，
“地”
，线的接法。其他芯片，电
阻，电容，电位器等围绕
7107
就近安排。
图
3-2
数显部分安装图
数字显示仪表课程设计
9
第第
4
4
章章
结论与体会结论与体会
在这次数字显示仪表设计中，让我们学会了各种小工具的使用，例如皮钳子
等。同时，也更加理解了团队的合作力量。在连面包板的过程中，我们体会到了，
做什么事一定要细心，还要有耐心。在课程设计中只有一个人知道原理是远远不
够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。
团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次设计也正好锻炼我们这一点，
这也是非常宝贵的。当然，在实验过程中，我们也不可避免的出现了各种各样的
问题，例如在安装数字式压力数显表头时，如果稍有马虎就会出错，所以要细心
再细心，否则检查起来会很麻烦。在连接电源部分的时候要注意电源线的引入方
向，仔细分析，防止短路等问题发生。理论与实践二者缺一不可，只有把理论联
系实践，才能真正的做好一件事情。
数字显示仪表课程设计
10
参考文献参考文献
[1]
何希才.新型集成电路及其应用实例[J].北京:科学出版社,1999.
[2]
李正军.计算机控制系统[M].北京:机械工业出版社,2006.
[3]
沙占有.数字化测量技术与应用[M].机械工业出版社,2004.
[4]
井口征士.传感工程[M].科学出版社,2005.
[5]
路勇.高文焕.电子电路实验及仿真[M].北京:清华大学出版社,2004.
[6]
刘润华.刘立山.数字电子技术[M].山东:石油大学出版社,2003.
[7]
王松武.于鑫.电子创新设计[J].北京:国防工业出版社,2005.
[8]
赵继文.显示仪表与应用电路设计[M].北京:科学出版社,2002.