第10章03数字式显示仪表ppt课件.ppt

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1、§10.2数字式显示仪表§10.2.1概述数字式显示仪表是一种以十进制数码形式显示被测量值的仪表，它可按以下方法分类：(1)按仪表结构分类可分为带微处理器和不带微处理器的两大类型。(2)按输入信号形式分类可分为电压型和频率型两类。电压型数字式显示仪表的输入信号是模拟式传感器输出的电压、电流等连续信号；频率型数字显示仪表的输入信号是数字式传感器输出的频率、脉冲、编码等离散信号。(3)按仪表功能分类可大致分为如下几种：a.显示型b.显示报警型c.显示调节型d.巡回检测型§10.2.2数字式显示仪表构成原理1.数字式显示仪表的基本构成数字式显示仪表

2、的基本构成方式如图10-1所示。图10-1数字式显示仪表的基本构成2.A／D转换器由于在工业过程检测技术领域，被测信号通过各种传感器或变送器转换后，一般都是随时间连续变化的模拟电信号，因此将模拟电信号转换成数字信号是实现数字显示的前提。按照转换方式，A／D转换器可分为反馈比较型(如逐次逼近型)、电压——时间变换型(如双积分型)、电压——频率变换型等多种类型，每种类型的A／D转换器又可分别制成不同型号的集成芯片。1)逐次逼近型A／D转换器逐次逼近型A／D转换器是目前应用较广的模拟／数字转换器。其基本原理如图10-2所示。图10-2逐次逼近型A／

3、D转换器工作原理将来自传感器的模拟输入信号UIN，与一个推测信号Ui相比较，根据Ui大于还是小于UIN,来决定增大还是减小该推测信号Ui，以便向模拟输入信号UIN逼近。由于推测信号Ui即为D／A转换器的输出信号，所以当推测信号Ui与模拟输入信号UIN相等时，向D／A转换器输入的数字量也就是对应于模拟输入量UIN的数字量。图10-2逐次逼近型A／D转换器工作原理其工作过程是：当逻辑控制电路加上启动脉冲时，使二进制计数器(输出锁存器)中的每一位从最高位起依次置1，按照时钟脉冲的节拍控制D／A转换器依次给出数值不同的推测信号Ui，并逐次与被测模拟信

4、号UIN进行比较。若UIN≥Ui，则比较器输出为1，并使该位保持为1；反之，则比较器输出为零，并使输出锁存器的对应位清零(亦即去掉这一位)。如此进行下去，直至最低位的推测信号Ui参与比较为止。此时，输出锁存器的最后状态(亦即D／A转换器的数字输入)即为对应于待转换模拟输入信号的数字量。将该数字量输出就完成了A／D转换过程。二进制计数器EndofConversion反转端12)双积分型A／D转换器(1)基本原理双积分型A／D转换器的原理如图10-4所示，其工作过程分为采样和测量两个阶段。图10-4双积分型A／D转换器原理图①采样阶段：开始工作前

5、，开关K接地，积分器的起始输出电压为零。采样阶段开始，控制电路发出的控制脉冲将开关K与被测电压Vx接通，使积分器对Vx进行积分。与此同时，计数器开始计数。经过一段预先设定的时间t1后，计数器计满N1值，计数器复零并发出一个溢出脉冲，使控制电路发出控制信号将开关K接向与被测电压极性相反的基准电压(+VR或-VR)，采样阶段至此结束。t1,N1积分器的输出电压V0从开始时的0V，经t1时间积分到VA1则被测电压Vx在t1时间间隔的平均值Vx为结合以上两式得在t1时间的V01值为(10-1)V01图10-4双积分型A／D转换器原理图②测量阶段:当

6、开关K接向基准电压后，积分器开始反方向积分（放电过程），其输出电压从原来的V01值开始下降。与此同时，计数器又从零开始计数。当积分器输出电压下降至零时，检零比较器动作，使控制电路发出控制信号，计数器停止计数。此时，计数器的计数值N2即为A／D转换的结果。在这一段时间t2内，是用基准电压VR与积分电容C上已有电压V01进行比较，此时的V0为t2,N2由于基准电压VR是固定值，则由上式得把式(10-2)代入上式得V02由于采样积分时间tl和基准电压VR是固定值，所以反向积分时间t2与被测电压Vx在tl时间内的平均值Vx成正比，因而完成了Vx到

7、t2的转换；又由于在反向积分时间内，门电路是打开的，因而计数器计下了t2时间内由时钟脉冲所发出的脉冲数N2，这脉冲数N2与反向积分时间t2的大小成正比关系，这就完成了t2到脉冲数(数字量)N2的转换，因而最后完成了被测电压的平均值到数字显示值N2的转换，即（K为常数）(10-3)当然还要进行系数的标度变换，以确定一个单位被测电压对应多少个脉冲数，或一个脉冲对应的被测电压是多少。图10-5是积分器输出电压V。的波形图。VA2VA1Vx2Vx1Vx2>Vx1VA2>VA1图10-5双积分型A／D转换器波形图由图可知，输入的被测电压Vx越大，则积分

8、器输出的最大值VA也越大，因而对应的反向积分时间t2也越长；即当Vx2>Vx1时，则VA2>VA1，对应的t2>t’2，当然对应的数字量N2>N’2，从而完成了电压