数显仪表课程设计

目录

第一章数显仪表的工作原理 (1)

1.1数字显示仪表的基本构成 (1)

1.2数字仪表的主要技术指标 (2)

1.3线性化问题 (3)

1.4信号的标准化及标度转换 (3)

第二章数显仪表的制作 (5)

2.1ICL7107双积分A／D转换器 (5)

2.2MC1403 (9)

2.3LED显示器 (9)

第三章数显仪表的安装 (11)

3.1数显部分的安装 (11)

3.2电源部分的安装 (11)

第四章结论与体会 (13)

参考文献 (14)

第一章 数显仪表的工作原理

1.1数字显示仪表的基本构成

20世纪50年代初，世界上出现了世界上出现了第一台数字显示仪表。数显仪表的构成如图1-1所示。

图1-1数字显示仪表的基本构成

模-数转换器是数字仪表的核心，以它为中心，将仪表分为模拟和数字俩部分。

仪表的模拟部分一般设有滤波、前置放大器和模拟开关等环节。来自传感器或变送器的统一电量信号一般都比较微弱，并且包含着在传输过程中产生的各种干扰成分，因此在将其转换成数字量之前，首先要进行滤波和放大。前置放大器就是用来提高仪表的灵敏度、输入阻抗及信号的信噪比。

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。被放大的模拟信号有模-数转化器转换成相应的数字量后，经译码、驱动，送到显示器件中进行数字显示。也可送到报警系统和打印系统中去，进行报警和记录打印 。在需要的时候，亦可将测量结果以数码形式输出，供计算机数据处理之用。

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。它是数字仪表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不断成熟，以微处理器等集成电路芯片代替了常规数字仪表中的逻辑控制电路，仪表的测量过程可以由软件进行程序控制。微处理器在数字仪表中的应用强有力地推动了数字仪表测量的自动化和多功能化；实现了测量结果的数据变换和误差校正，从而提高了仪表的测量准确程度。

被测对象 传感器

前置放

数字显

打印记

报警系数码输

模数转

基准源

模拟开

计数译码

时钟

逻辑控制电路

标度变

线性化

另外，高稳定的基准电源和工作电源也会是数字仪表的重要组成部分。

数字仪表的出席那和发展是与计算机技术、电子技术等现代技术的发展紧密相关的，它的优越性能和广泛的应用使传统的模拟仪表受到严重挑战。一般来说，实验室用高档仪表类数字表明显由于模拟仪表，对于工业现场，应用数字仪表的问题目前还有争议。在功能、精度要求不高，而更注重可靠性和实用的工业过程监测系统中，模拟仪表呈现先出特有的优势。

1.2数字仪表的主要技术指标

1.2.1显示位数

以十进制测量被测变量值的位数称为显示位数。能够显示“0~9”上的数字为“满位”：仅显示或不显示的数字位，称为“半位”或“1/2位”。

1.2.2仪表的量程

仪表标称范围的上、下限之差的模，称为仪表的量程。量程有效范围上限值成为满度值。例如XMZ-101数字式温度仪表，测量范围30~180℃，其量程为150℃，满度值为180℃。

1.2.3精度

目前数字式显示仪表的精度表示方法有三种：满度的±a％±n字、读数的±a％±n字、读数的±a％±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.这是由于把模拟量转换成数字量的过程中至少要产生±1个量化单位的误差，它和被测量无关。显然，数字仪表的位数越多，这种量化所造成的相对误差就越小。

1.2.4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。它表示了仪表能够检测到的被测量最小变化的能力。数字式显示仪表在不同量程下的分辨力是不同的，通常在最低量程上有最高的分辨力，并以此作为该仪表的分辨力指标。

分辨率指仪表现实的最小数值与最大数值之比。

1.2.5输入阻抗

数字式显示仪表是一种高输入的阻抗的仪表，阻抗可达1012Ω。

1.2.6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比来表征抗干扰能力的大小。

串模干扰抑制比（SMR）为

／r) (1-1)

SMR=20㏒(e

n

式中 e

n

-串模干扰电压；

r-e

n

所造成的最大显示绝对误差。

共模干扰抑制比（CMR）为

CMR=20㏒(e

c ／e′

c

) (1-2)

式中 e

c

-串模干扰电压；

e′

c -e

c

所造成的最大显示绝对误差。

SMR和CMR得单位是分贝，数值越大，表示数字仪表的抗干扰能力越强。

1.3线性化问题

对于显示仪表来说，一般希望它的刻度方程是线性的，以保证在整个测量范围内有恒定的灵敏度。实际上由于大多数传感器特性非线性，测量电路具有非线性元件或者转换关系非线性等原因，造成仪表输入信号与被测物力量之间存在程度不同的非线性。

非线性问题在模拟显示仪表设计中也是同样存在的，但在模拟显示仪表中可以通过仪表标尺的非线性刻度来解决，以便直接读出被测参数的数值。而在数字仪表中常用的二进制或二-十进制数码其本身是线性递增或递减的。所谓数字仪表的“线性化”就是指，在把仪表非线性输入信号转化为线性化的数字显示过程中所采用的各种补偿措施。常规数字仪表的非线性补偿方法很多，有以下三种：一是可以将非线性被测参数在A／D转换之前的模拟电路中进行非线性补偿，这种方法称为模拟非线性补偿法；二是在A／D转换过程中进行非线性补偿的A／D 转换法；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。常规数字仪表进行非线性补偿，主要有两方面的工作：

①根据已知的传感器非线性特性求得所需要的线性化器的非线性化特性。非线

性特性的求取可用数字解析表达式，也可用图解法求得。

②根据所求得的线性化器的非线性特性，采用非线性补偿电路来实现非线性补

偿，而对非线性曲线的处理一般都采用折线逼近法。

1.4信号的标准化及标度转换

由检测元件或传感器送来的信号的标准化或标度变换是数字信号处理的一项重要任务，也是数字显示仪表设计中必须要解决的问题。

一般情况下，由于被测量和显示的过程参数多种多样，因而仪表输入信号的类型和性质千差万别。即使是同一种参数或物理量，由于检测元件和装置的不同，输入信号的性质的电平的高低等也不相同。

以测温为例，用热电偶作为测温元件，得到的是电势信号；以热电阻作为测温元件，输出的是电阻信号；而采用温度变送器时，其输出又变换为电流信号。