数字显示仪表课程设计Word文件下载.docx
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（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。
参考资料：
[1]张天春,杨慧敏.数字显示仪表课程设计指导书[M].大庆石油学院自编教材,2008
[2]沙占有.数字化测量技术与应用[M].机械工业出版社,2004
[3]井口征士.传感工程[M].科学出版社.2005
[4]常健生.检测与转换技术[M].吉林工业大学出版社.
[5]常健生.检测与转换技术[M],吉林工业大学出版社,2006
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章数显仪表工作原理1
1.1数字仪表的发展与应用1
1.2数字仪表的特点2
1.3数字仪表的主要技术指标2
第2章数字仪表的制作3
2.1ICL7107双积分A/D转换器3
2.2时钟脉冲发生器4
2.3数字计数器4
2.4时序逻辑控制电路5
2.5主要集成块5
第3章数显仪表的安装6
3.1数显部分安装6
3.2电源部分安装6
第4章心得与体会8
参考文献9
第1章数显仪表工作原理
1.1数字仪表的发展与应用
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。
近五十年来随着科学技术的讯猛发展，尤其是数字化测量技术、半导体技术、大规模的集成电路技术及计算机技术在仪表中的应用，仪表的应用范围扩展到一切测量领域。
数显表现在在各行各业的应用越来越广泛，但对其定义一般都比较模糊。
数显仪表定义：
数显表是一种用于显示的电子仪表，目前在各行各业均有应用，因为其显示数据精确而且一目了然，所以在很多场合下已经代替了指针式仪表。
从我们家中的电子钟表到工厂用的显示数据牌，无论是对时间的把握还是对产量的控制都提供了精准的数字显示，用数字量替换了模拟量。
到目前为止数显表的概念还没有统一的说法，但对其认识却大都相同，顾名思义它应该是数字或字母显示的仪表。
从广义上讲，街头随处可见的大屏幕数字交通信号灯计时牌，车站的车次牌、工厂数控显示表等都算是数显表的范畴，目前的数显表一般都与电脑、PLC等设备相互连接使用。
它的应用非常广泛，大到卫星监控数据、小至手腕上的电子手表，可以说在现代社会里，它的身影无处不在，其结构并不是很统一，随着需要它的形状大小也会跟着变化，一般为长方形的表头配一个表身。
数显表的数字显示一般采用LED发光管或者是液晶屏幕这两种来完成。
工业、交通等一般都是采用LED发光管的数显表，因为LED光源比较亮，有多种颜色，尤其是红色，非常适合辨别。
液晶显示通常用于家用钟表，因其自身不发光，所以比较省电。
随着数字技术和微电脑技术的不断发展，数显表、以单片机为核心的新型显示与记录仪表越来越广泛地应用到工业自动化和工控领域中。
数显表与指针表一样，与各种传感器、变送器相配，对电量、压力、物位、液位、流量、温度等进行测量，并直接以数字形式显示被测结果。
1.2数字仪表的特点
（1）数字显示，读数不存在视觉误差。
（2）精确度一般较高。
（3）灵敏度高。
（4）输入阻抗高。
（5）使用方便。
（6）抗干扰性能教差，由于数字仪表灵敏度高，其副作用就是抗干扰性能差，外磁场和电场等变化容易引起读书变化。
（7）数字仪表的精确度，表示方法不同于指针式仪表，数字仪表一般多以上量限或读数值为基准值的百分数再加上几个数字来表示该表的精确度，所以在选择和使用数字仪表时应引注意。
1.3数字仪表的主要技术指标
（1）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”。
（2）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。
（3）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
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。
（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，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。
（5）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。
（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来表征抗干扰能力大小。
第2章数字仪表的制作
数字压力显示仪表的设计
数显压力表的原理图见图2-1，它是配接硅压阻式压力传感器，利用0~2000mV发光二极管显示标准表头，制成数字式压力显示仪表。
图2-1数显压力表设计图
2.1ICL7107双积分A/D转换器
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。
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
被基准电压充电至
。
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
经过缓冲器送至积分器，大大提高了转换器的输入阻抗。
3）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，电路既自动转入自校状态开始了下一个转换周期。
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。
2.2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
组成的多谐振荡器。
振荡频率为
（2—1）
为提高抗干扰能力，选R
使f
与电网频率成整倍数关系，一般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。
2.3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。
2.4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。
2.5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2-2所示。
图2-2MC1403的管脚排列
第3章数显仪表的安装
3.1数显部分安装
根据绘制的接线图，首先在面包板上吧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。
其它芯片、电阻、电容、电位器等围绕7107就近安排位置。
学生绘制的接图需经过指导教师检查，检查无误后，才可以进入实际插接阶段。
插接导线时要“细心，细心，再细心!
”,丝毫马虎不得，否则日后检查起来将十分麻烦；
插接导线时要注意保证导线的牢固，整齐，美观。
插接导线时要使用“扒皮钳子”，“斜口钳子”和“镊子”等工具。
保证插接牢固。
同时掌握以上工具的使用方法。
同组同学要相互研究，分析电路，以保证接插的正确性。
人人动脑筋，人人参与安装，人人有收获。
3.2电源部分安装
由于数显部分要使用±
5V的电源，这里采用两个三端集成稳压器。
其中7806为固定标准正电压稳压器；
7906为固定标电压稳压器。
电源原理图如图3-1所示。
图3-1正，负输出电压电路
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。
因此，在设计是要考虑线路布置合理。
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”。
电源的安装部分首先要根据电原理图绘制印刷电路板的接线图，学生绘制的接线图需经过教师检查无误后才可进行实际焊接，焊接过程中要掌握电烙铁的使用，使焊点大小均匀，光亮，无虑焊。
安装完整面包板实物图如下：
图3-2安装完毕图
第4章心得与体会
这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。
刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，大家有的绘制原理图，进行仿真实验，有的积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。
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。
在设计过程中碰到了很多难点，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。
通过解决这些难点，提高了我分析问题，解决问题的能力，以及动手能力，同时使我数字显示仪表的原理、器件的识别、以及绘图能力又了进一步提高，为以后有关课程的学习打下感性认识的基础。
使我进一步明确所学知识是如何和实际结合起来的，有效地把理论和实际结合起来。
参考文献
东北石油大学课程设计成绩评价表
课程名称
数字显示仪表课程设计
题目名称
数字压力显示仪表的制作
学生姓名
刘释然
学号
080601140624
指导教
师姓名
李艳辉姜寅令
职称
教授
讲师
序号
评价项目
指标
满分
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。
20
2
课程设计质量
课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。
45
3
创新
工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
5
4
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
30
总分
评语：
指导教师：
年月日
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