数字显示仪表课程设计_通信电子-电子设计.pdf
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1、 课程设计 2013 年 8 月 2 日 数字显示仪表课程设计 数字压力显示仪表的制作 东北石油大学课程设计任务书 数字显示仪表课程设计 数字压力显示仪表的制作 专业名称和学号 主要内容:在面包板上安装一个由单个 A/D转换器 7107 或 7106 组成的 0-2V通用接头。与压力传感器(应变计、扩散硅或其他类型的压力传感器)连接,制成数字压力显示仪表。基本要求:(1)根据实验室提供的元件和材料,设计并描述电路接线图。最后,插上面包板上显示仪表的电路。(2)由于元件和材料的重复使用,在连接和插接过程中要小心,不要故意损坏元件。(3)在整个课程设计中,要学会使用基本的实验仪器和工具。(4)小心
2、使用各组提供的万用表和工具。如有故意损坏或丢失,照价赔偿。参考资料:1 张,杨惠敏.数字显示仪器课程设计指南。大庆石油学院编写的教材,2008。2 李政军。计算机控制系统M。北京:机械工业出版社,2006。3 沙藏。数字测量技术与应用M。机械工业出版社,2004。4 井口招聘。传感工程M。科学出版社,2005。竣工时间为2013 年 7 月 22 日至 2013 年 8 月 2 日。教师 专业领导者 2013 年 8 月 2 日 设计数字压力显示仪表的制作专业名称和学号主要内容在面包板上安装一个由单个转换器或组成的通用接头与压力传感器应变计扩散硅或其他类型的压力传感器连接制成数字压力显示仪表基
3、本要求根据实验室提供的元件和材料设计故意损坏元件在整个课程设计中要学会使用基本的实验仪器和工具小心使用各组提供的万用表和工具如有故意损坏或丢失照价赔偿参考资料张杨敏数字显示仪器课程设计指南大庆石油学院编写的教材李政军计算机控制系统北京机械师专业领导者年月日目录第章数字显示仪表工作原理数字显示仪表的基本构成数字显示仪表的特点信号的标准化及标度变换第章数显仪表设计方案双积分转换器的逻辑电路显示器主要集成块三极管安装操作须知具体安装操作参考文目录 第 1 章数字显示仪表工作原理 1 1.1 数字显示仪表的基本构成 1 1.2 数字显示仪表的特点 2 1.3 信号的标准化及标度变换 2 第 2 章 数
4、显仪表设计方案 4 2.1ICL7107 双积分 A/D转换器 4 2.2 ICL7107 的逻辑电路 4 2.3 LED 显示器 6 2.4 主要集成块、三极管 7 第 3 章 数显仪表的安装 8 3.1 安装操作须知 8 3.2 具体安装操作 8 第 4 章 结论与体会 10 参考文献 11 设计数字压力显示仪表的制作专业名称和学号主要内容在面包板上安装一个由单个转换器或组成的通用接头与压力传感器应变计扩散硅或其他类型的压力传感器连接制成数字压力显示仪表基本要求根据实验室提供的元件和材料设计故意损坏元件在整个课程设计中要学会使用基本的实验仪器和工具小心使用各组提供的万用表和工具如有故意损坏
5、或丢失照价赔偿参考资料张杨敏数字显示仪器课程设计指南大庆石油学院编写的教材李政军计算机控制系统北京机械师专业领导者年月日目录第章数字显示仪表工作原理数字显示仪表的基本构成数字显示仪表的特点信号的标准化及标度变换第章数显仪表设计方案双积分转换器的逻辑电路显示器主要集成块三极管安装操作须知具体安装操作参考文 第一章数字显示仪表的工作原理 1.1 数字显示仪表的基本组成 用数字显示测量值的仪器。将测量值转换成数字量并以数字形式显示的仪器。在工业测量中,位移、电流、电压、气压等模拟量。由模数转换器(简称模数转换)转换成数字量。仪表以数字形式显示测量数据,读数直观。一般包括三部分:用刻度盘和指针指示电量
6、、基于电磁力的测量电路、模数转换和数字显示。模数转换器是数字仪器的核心。以它为中心,仪器分为模拟和数字两部分。仪器的模拟部分一般配有滤波器、前置放大器和模拟开关。来自传感器或变送器的统一电量信号一般较弱,在传输过程中含有各种干扰成分。所以在转换成数字量之前,要先进行滤波放大。前置放大器用于提高仪器的灵敏度、输入阻抗和信噪比。仪器的数字部分一般由计数器、解码器、时钟发生器、驱动显示电路和逻辑控制电路组成。放大后的模拟信号通过模数转换器转换成相应的数字量,解码驱动后送到显示装置进行数字显示。也可以送到报警系统和打印系统进行报警和记录打印。必要时,测量结果还可以以数字形式输出,供计算机数据处理。在数
7、字仪器中,逻辑控制电路起着指挥仪器各部分协调工作的作用。它是数字仪器中不可缺少的环节之一。随着集成电路技术和微型计算机应用技术的迅速发展和成熟,传统数字仪器中的逻辑控制电路被微处理器等集成电路芯片所取代,仪器的测量过程可以由软件控制。微处理器在数字仪器中的应用极大地促进了数字仪器测量的自动化和多功能化。实现了测量结果的数据转换和误差修正,提高了仪器的测量精度。此外,高稳定度的基准电源和工作电源也将是数字仪器的重要组成部分。数字仪器的出现和发展与计算机技术、电子技术等现代技术的发展密切相关。其优越的性能和广泛的应用使传统的模拟仪器受到了严峻的挑战。一般来说,实验室用的高档仪器的数字仪表,显然是由
8、于模拟仪器。对于工业现场,数字仪表的应用仍有争议。在对功能和精度要求不高,但更注重可靠性和实用性的工业过程监控系统中,模拟仪表具有先进先出的独特优势。仪器的模拟部分一般配有滤波器、前置放大器和模拟开关。仪器的数字部分一般由计数器、解码器、时钟发生器、驱动显示电路和逻辑控制电路组组成。同时,高稳定的基准电源和工作电源也是数字仪器的重要组成部分。设计数字压力显示仪表的制作专业名称和学号主要内容在面包板上安装一个由单个转换器或组成的通用接头与压力传感器应变计扩散硅或其他类型的压力传感器连接制成数字压力显示仪表基本要求根据实验室提供的元件和材料设计故意损坏元件在整个课程设计中要学会使用基本的实验仪器和
9、工具小心使用各组提供的万用表和工具如有故意损坏或丢失照价赔偿参考资料张杨敏数字显示仪器课程设计指南大庆石油学院编写的教材李政军计算机控制系统北京机械师专业领导者年月日目录第章数字显示仪表工作原理数字显示仪表的基本构成数字显示仪表的特点信号的标准化及标度变换第章数显仪表设计方案双积分转换器的逻辑电路显示器主要集成块三极管安装操作须知具体安装操作参考文 1.2 数字显示仪表的特点 1)数字显示显示读数没有视觉误差。2)一般精度高。由于数字电气仪表没有机电仪表的运动部件,机械摩擦和变形的影响很小。只要元器件质量和性能优良,数字仪器相对容易做成高精度的仪器。如深圳市科力恒电子有限公司生产的KM显示仪表
10、精度达到了 0.01%,公司代理的 CSS 系列产品精度达到了十万分之一。目前一般机电仪表的精度不容易达到 0.1%,而数字仪表的精度很容易达到 0.05%。目前一些数字仪器可以达到 0.01%的精度。3)灵敏度高。有些数字仪器配有各种放大电路或器件,因此可以测量更小的信号,如 1µ 大约为 V的电压信号、大约为1mA的电流信号和 0.01Hz的频率信号 4)高输入阻抗。一般数字仪器都有自己的工作电源。除了测量电流,一般阻抗可以做高,对测量的物理量影响不大。5)使用方便。特别是实验室使用的便携式和台式仪器,可以做成多量程仪器(目前有-19999999显示量程的 KM计系统)和多功能仪
11、器(可以测量电流、电压、频率、功率、线速度、转速)。6)性价比高 7)抗干扰性能差。由于数字仪器的高灵敏度,其副作用是抗干扰性能差。外部磁场和电场的变化容易引起读数变化。为了解决这种现象;深圳科力恒公司技术投入巨大,应用了先进的表面贴装技术和电磁隔离技术,弧形设计面板保证了仪器的长期稳定性。8)数字仪表精度的表达方法与指针式仪表不同。一般来说,数字仪表显示仪表的精度超过限值或读数的百分比作为参考值加上几个数字。例如,KM系列数字显示仪表的系统精度为 0.1%(DC)和 0.2%(交流),满刻度为一个字符。多功能多量程数字万用表一般功能和量程不同,精度也不同。1.3 信号标准化和标度变换 由于测
12、量和显示的过程参数各不相同,仪器输入信号的类型和特性也千差万别。即使是相同的参数或物理量,由于检测元件和器件不同,输入信号的性质和电平也不同。需要将这些不同性质或不同级别的信号统一起来,这就是所谓的输入信号的规范化或参数信号的标准化。但方便将各种信号转换成电压信号,数显仪表需要输入电压。信号,所以各种信号都转换成电压信号。使用更高的统一信号电平可以适应更多的发射机,提高测量精度。均匀信号电平越低,小信号的测量精度越高。统设计数字压力显示仪表的制作专业名称和学号主要内容在面包板上安装一个由单个转换器或组成的通用接头与压力传感器应变计扩散硅或其他类型的压力传感器连接制成数字压力显示仪表基本要求根据
13、实验室提供的元件和材料设计故意损坏元件在整个课程设计中要学会使用基本的实验仪器和工具小心使用各组提供的万用表和工具如有故意损坏或丢失照价赔偿参考资料张杨敏数字显示仪器课程设计指南大庆石油学院编写的教材李政军计算机控制系统北京机械师专业领导者年月日目录第章数字显示仪表工作原理数字显示仪表的基本构成数字显示仪表的特点信号的标准化及标度变换第章数显仪表设计方案双积分转换器的逻辑电路显示器主要集成块三极管安装操作须知具体安装操作参考文 一信号电平的选择应根据显示的参数信号来确定。1.3 信号标准化和标度变换 由于测量和显示的过程参数各不相同,仪器输入信号的类型和特性也千差万别。即使是相同的参数或物理量
14、,由于检测元件和器件不同,输入信号的性质和电平也不同。需要将这些不同性质或不同级别的信号统一起来,这就是所谓的输入信号的规范化或参数信号的标准化。当然,这种归一化的统一输出信号可以是电压、电流或其他信号。但由于将各种信号转换成电压信号比较方便,而且数显仪表都需要输入电压信号,所以都是将各种信号转换成电压信号。目前我国采用的统一 DC 信号电平有:010mA、030mV、040.95mV、050mV等。使用更高的统一信号电平可以适应更多的发射机,提高大信号的测量精度。然而,当均匀信号电平较低时,小信号的测量精度较高。因此,均匀信号电平的选择应根据显示的参数信号来确定。设计数字压力显示仪表的制作专
15、业名称和学号主要内容在面包板上安装一个由单个转换器或组成的通用接头与压力传感器应变计扩散硅或其他类型的压力传感器连接制成数字压力显示仪表基本要求根据实验室提供的元件和材料设计故意损坏元件在整个课程设计中要学会使用基本的实验仪器和工具小心使用各组提供的万用表和工具如有故意损坏或丢失照价赔偿参考资料张杨敏数字显示仪器课程设计指南大庆石油学院编写的教材李政军计算机控制系统北京机械师专业领导者年月日目录第章数字显示仪表工作原理数字显示仪表的基本构成数字显示仪表的特点信号的标准化及标度变换第章数显仪表设计方案双积分转换器的逻辑电路显示器主要集成块三极管安装操作须知具体安装操作参考文 第二章数字显示仪表设
16、计方案 数字压力显示仪表的原理图见图 2-1。它是一种数字式压力显示仪表,配有硅压阻式压力传感器,采用02000mV LED 显示标准表头。其主要组成部分如图 2-1所示。图 2-1数字显示仪表示意图 2.1 ICL7107双积分模数转换器(1)双积分 A/D转换器 ICL7107 的基本特性:ICL7107 有以下特点:一是内部有自动稳零电路,保证输入零电压时读数为零。二是内部有极性判别电路,即使输入电压很小,也能正确判别并显示极性;第三,内部有时钟电路,可以外接RC器件产生自激振荡,也可以外接时钟输入;第四,含有 A/D 转换所必需的基准稳压电源,所以不需要外接基准电源;第五,输出是 3
17、位七段解码信号,可以直接驱动 LED;第六,和其他 CMOS 集成电路一样,这些电路具有高输入电阻的特点。ICL7107 采用标准双列直插式 40 引脚封装,引脚排列如图 2-2 所示。各引线的作用如下:A1 G1 各段驱动信号;A2G2-十位段驱动信号;A3G3-百位段驱动信号;AB4-千比特(B,C)段驱动信号;P0M-负指示信号,接千 g 段;GND-数字地面;OSC1OSC3-时钟发生器的连接器端;参考电压的 REF+REF_-端;CREF-参考电容的连接器端;INT+INT_-模拟信号输入;A/Z 积分放大器的反向输入端连接自校准零点电容;BUF-缓冲器的输出端连接积分电阻;积分积分
18、器设计数字压力显示仪表的制作专业名称和学号主要内容在面包板上安装一个由单个转换器或组成的通用接头与压力传感器应变计扩散硅或其他类型的压力传感器连接制成数字压力显示仪表基本要求根据实验室提供的元件和材料设计故意损坏元件在整个课程设计中要学会使用基本的实验仪器和工具小心使用各组提供的万用表和工具如有故意损坏或丢失照价赔偿参考资料张杨敏数字显示仪器课程设计指南大庆石油学院编写的教材李政军计算机控制系统北京机械师专业领导者年月日目录第章数字显示仪表工作原理数字显示仪表的基本构成数字显示仪表的特点信号的标准化及标度变换第章数显仪表设计方案双积分转换器的逻辑电路显示器主要集成块三极管安装操作须知具体安装操
19、作参考文 的输出端连接积分电容;测试-测试灯端,连接高电位 V+时,显示“-1999”;+-正电源(56V)接头端;V负电源的连接端(-5-9V)。ICL7107D 的双积分模数转换。(2)ICL7107 引脚功能+V和 V-分别是电源的正极和负极,Au-Gu、AT-GT、AH-GH 分别是一位、一位、一百位笔画的驱动信号,依次与一位、十位、一百位 LED显示器的相应笔画电极相连。Bck:千位冲程驱动信号。连接千位 LEO显示器对应的笔画电极。PM:LCD背面公共电极的驱动端,简称背电极。Oscl-OSc3:时钟振荡器的引出端,由外部阻容或应时晶体组成的振荡器。第 38 个引脚至第40 个引脚
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