数字压力显示仪表设计

毕业设计课程数字显示仪表课程设计题目数字压力显示仪表设计院系电气信息工程学院专业班级自动化08-11班学生姓名学生学号指导教师2010年7月30 日东北石油大学课程设计任务书课程数字显示仪表课程设计题目数字压力显示仪表设计专业自动化姓名学号080601141127主要内容在面包板上安装一台单片A/D转换器7107或7106组成的0~2V通用表头。

配接压力传感器（应变片式、扩散硅式或其它类型压力传感器），制成数字压力显示仪表。

基本要求（1）根据实验室所提供的元件、材料，设计并描绘电路接线图。

最后在面包板上接插显示仪表的电路。

（2）由于元件、材料要反复使用，在接插过程中要小心，不要故意破坏元件。

（3）在整个课程设计中，要学会实验室基本仪器、工具有使用方法。

（4）各小组配备的万用表、工具精心使用，如有故意损坏、丢失、要按价赔偿。

主要参考资料[1]刘润华,刘立山.模拟电子技术[M].山东：石油大学出版社,2003.[2]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：高等教育出版社,1997.[3]孙肖子,刘刚等.传感器及应用[M].北京：电子工业出版社,1996.[4]徐爱钧.智能化仪表测量控制原理与设计[M].北京：北京航空航天大学出版社,1995.完成期限2010.7.19---2010.7.30指导教师专业负责人2010年7 月12 日目录第1章数字显示仪表的工作原理 (1)1.1数字显示仪表的发明 (1)1.2数字显示仪表的构成及原理 (1)1.3数字显示仪表的技术指标 (3)1.4线性化问题 (4)1.5信号的标准化及标度转换 (4)第2章数字显示仪表的设计 (6)2.1主要部件介绍 (6)2.2数显仪表的设计 (7)第3章数字显示仪表的安装 (10)3.1数字显示仪表安装所需元器件及介绍 (10)3.2数显部分的安装 (12)3.3电源部分的安装 (13)3.3将数显部分，电源部分与其他部分组合 (14)第4章结论与体会 (16)参考文献 (17)第1章数字显示仪表的工作原理1.1数字显示仪表的发明20世纪50年代初，世界上出现了第一台数字显示仪表。

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哭的数字仪表。

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。

数字式显示仪表是一种具有模/数转换器并以十进制数码形式显示被测变量值的仪表，它与各种传感器、变送器配套，可以显示出各种不同的参数。

与模拟显示仪表相比，数字式仪表具有精度高、功能全、速度快、抗干扰能力强等优点，它体积小、耗电低、读数直观，且能将测量结果以数字形式输入计算机，以而实现生产过程自动化。

1.2数字显示仪表的构成及原理数字仪表的主要特点有：准确度高、分辨力高、无主观读数误差、测量速度快、能以数码形式输出结果。

数显仪表按工作原理分为：不带微处理器和带微处理器的。

其原理框图如图1所示。

图1 数字显示仪表的方框图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模数转换，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，三者间相互巧妙的组合，可以组成适应于各种不同要求场合的数字式显示仪表。

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由图2所示的主要环节组成。

模一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两大部分。

图2 数字显示仪表的基本构成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。

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。

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。

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。

数字仪表的出现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，它的优越性和广泛的应用使传统的模拟仪表受到严重挑战。

目前出现的一种新型、采用固体电路和模拟显示的面板表一光柱式（条图式）仪表就兼有数字和模拟式仪表的优点。

1.3数字显示仪表的技术指标1.3.1 显示位数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”；仅显示1或不显示的数字位，称为“半位”或“位”。

工业用数字温度显示仪表的显示数常为3 位，可显示-1999~1999。

高精度的数字表显示位数目前达到8 位。

1.3.2 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为满度值。

1.3.3 精度目前数字式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%±满度的b%。

1.3.4 分辩力和分辨率数字仪表的分辩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辩力是不同的，通常在最低量程上具有最高的分辩力，并以此作为该仪表的分辩力指示。

分辩率指仪表显示的最小值与最大数值之比。

1.3.5 输入阻抗数字式显示仪表是一种高输入阻抗的仪表，输入阻抗可达1012Ω。

1.3.6 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大小。

串模干扰抑制比（SMR）为：SMR=20lg共模干扰抑制比（CMR）为：CMR=20lgSMR和CMR的单位是分贝，数值越大，表示数字仪表的抗干扰能力越强，一般直流电压型数显仪表的串模干扰抑制比为20~60dB，共模干扰抑制比为120~160dB.1.4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现逼近法。

1.5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。

不仅信号的类别不同，且电平的高低也相差极大。

这就不能满足数字仪表或数字系统的要求。

因此必须将这些不同性质的信号，或者不同点评的信号统一起来，这叫输入信号的规格化，或者称为参数信号的标准化。

这种规格化的统一输出信号可以使电压、电流或其他形式的信号。

目前国内采用的统一直流信号电平有以下几种：0~10mA,0~30mV ,0~40.95mV ,0~50mV 等。

对于过程参数测量用的数字显示仪表的输出，往往要求用被测变量的形式显示，例如：温度、压力、流量、液位等，就存在“标度变换”的问题。

图3为一般数字仪表组成的原理框图。

其刻度方程可表示为y=S 1S 2S 3x=Sx (1-3)图3数字仪表的标度变换式中S 为数字式显示仪表的总灵敏度和或称标度变换系数；S1、S2、S3分别为模拟部分、模-数转换部分、数字部分的灵敏度或标度变换系数。

因此标度变换可以通过改变S 来实现，且使显示的数字值的单位和被测变量或物理量的单位一致。

通常当模-数转换装置确定后，则模-数转换系数S2也就确定了，要改变标度系数S ，可以改变模拟转换部分的转移系数S1；也可以通过改变数字部分的转换系数S3来实现。

前者称为模拟量的标度变换，后者称为数字量的标度变换。

因此标度变化可以在数字部分进行，也可在模拟部分进行。

y 数字x模拟模数数字第2章数字显示仪表的设计2.1 主要部件介绍2.1.1 电源部分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。

为了使用该电源的安全性，可靠性。

2.1.2 表头部分万用表的组成部分。

它是一只高灵敏度的磁电式直流电流表，万用表的主要性能指标基本上取决于表头的性能。

表头的灵敏度是指表头指针满刻度偏转时流过表头的直流电流值，这个值越小，表头的灵敏度愈高。

测电压时的内阻越大，其性能就越好。

表头上有四条刻度线，它们的功能如下：第一条（从上到下）标有R或Ω，指示的是电阻值，转换开关在欧姆挡时，即读此条刻度线。

第二条标有∽和V A，指示的是交、直流电压和直流电流值，当转换开关在交、直流电压或直流电流挡，量程在除交流10V以外的其它位置时，即读此条刻度线。

第三条标有10V，指示的是10V的交流电压值，当转换开关在交、直流电压挡，量程在交流10V时，即读此条刻度线。

第四条标有dB，指示的是音频电平。

2.1.3 平衡电桥部分电桥一般分线式电桥和箱式电桥，其原理基本上是一样的，就是一组接有好多电阻和电表的电路图，当线路某两个特定的接点的电势相等时，就称其电桥平衡，常用它来精确地测电阻.2.1.4 放大器部分增加信号幅度或功率的装置，它是自动化技术工具中处理信号的重要元件。

放大器的放大作用是用输入信号控制能源来实现的，放大所需功耗由能源提供。