CN2050157U - 通用数字显示仪表 - Google Patents

Abstract

一种供工业自动化领域用的通用数字显示仪表。它由机壳、电源、主电路组成。主电路中有输入信号变换电路，A/D转换电路，显示电路，其特征在于，输入信号变换电路制成接插件式电路，在A/D转换电路与显示电路之间设数字标尺电路；数字标尺电路存贮显示范围内的显示数据，A/D转换电路输出的二进制数作为读出数字标尺电路所存贮的数据的地址码。本实用新型使用方便、通用性强，可准确显示输入的任何非线性参数。

Description

本实用新型涉及一种供工业自动化领域用的通用数字显示仪表。

当前在工业自动化领域使用的数字显示仪表存在如下问题：1、显示精度不高。由于大规模集成电路A／D转换器的数字显示范围是固定的（0～1999），往往大于实际生产中所要显示的数值范围，这就出现了用大档次的显示仪表显示窄范围的数值的矛盾，矛盾结局是使仪表的分辨率和精度下降。现有的数字显示仪表的准确度大多和原有的模拟显示仪表不相上下，约为正、负0.5％左右。没有使数字仪表准确度高的优点充分发挥出来。2、显示非线性参数困难。A／D转换器输出的数字量与输入的模拟量是严格成线性关系的，如果要显示非线性参数例如：用“S”分度号热电偶测量温度。就必须对信号采取线性化措施。而线性化电路一般比较复杂，调整也比较麻烦，不利于批量生产，也是误差的主要来源。对于某些非线性严重的参数甚至无法在全量程实现准确的线性化，只能在量程的某一区间保证准确度。3、仪表通用性差。目前，不同用途的数字显示仪表，电路完全不同，工作原理也有很大差别，这就给使用部门的维护、检修、备机、备件的贮存，带来很多困难，因而影响了数字显示仪表的推广应用。

本实用新型的目的在于提供一种测量准确度可达正、负0.1％、能准确地显示任何非线性参数、通用性强的数字显示仪表。

本实用新型是这样实现的：它由机壳、电源和主电路组成。其关键性的改革是在主电路。现有数字显示仪表的主电路是由输入信号变换电路，A／D转换电路、显示电路组成。本实用新型为解决通用性，输入信号变换电路制成易于更换的接插件式电路。为提高显示精度和显示输入的任何非线性参数，在A／D转换电路与显示电路之间接入数字标尺电路。数字标尺电路的作用是，将显示范围所需要的数据存入该电路中，形成只读不取的数据。输入信号经A／D变换电路输出的二进制数作为读出数字标尺电路所存贮的数据的地址码。数字标尺电路中的存贮数据被读出后，送往显示电路。由于A／D转换电路的测量范围能够被充分利用，所以测量精度高。由于输入信号的非线性参数仅是在数值上和数字标尺电路所存贮的数据的地址码产生对应关系，所以输入非线性信号时，无需把它们线性化，即可精确地显示出其数值。

为了能依据用户的显示要求，改变仪表显示范围，将数字标尺电路中存贮的数据存贮于数字标尺电路中的只读存贮器中，不同的显示范围，使用不同的只读存贮器，但其在数字标尺电路中的接法均相同。

本实用新型由于部分采用插件式电路或插座式结构，所以使用方便，通用性强。由于引入数字标尺电路，提高了仪表的显示精度，并能精确显示非线性参量。

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。

图1是通用数字显示仪表原理框图。

图2是通用数字显示仪表原理电路图。

图3是输入信号变换电路之一：4～20mA或1～5V直流电压信号变换电路。

图4是输入信号变换电路之二：毫伏信号变换电路。

图5是输入信号变换电路之三：热电偶信号变换电路。

图6是输入信号变换电路之四：热电阻信号变换电路。

在图2中，虚框A1是输入信号变换电路，虚框A2是A／D转换电路，A3是数字标尺电路，A4是显示电路。输入信号变换电路有五种，五种电路均制成接插件式电路，便于通用及更换。图2中的输入信号变换电路是第五种输入信号变换电路：0～10mA直流电流信号变换电路。该输入信号变换电路及图3～图5所示的四种输入信号变换电路均为公知电路，不再赘述。虚框A1和图3～图6中，正、负端子是输入信号变换电路输入端。A、B、C、D、E和F端子是接插板的外接线端子，通过这些端子把输入信号变换电路和下一级电路A／D转换电路连接起来。更换接插板，A～F这几个端子之中可有若干个悬空。虚框A2显示的A／D转换电路中，用IC1作为精密基准电压源，用12位双积分A／D转换单片集成电路IC2构成A／D转换器，把从输入信号转换电路输出端得到的约0～409.6mV的电压信号转变为12位二进制数形式的数字量，该数字量作为下一级电路数字标尺电路中的只读存贮器地址码的主要部分，用以指出显示数据在存贮器中存放的位置。该A／D转换电路类似模拟仪表中指针所起的作用。本装置所用的A／D转换电路亦是一个公知电路。本实用新型的关键电路是虚框A3显示的数字标尺电路。它由5块集成电路构成。由IC3构成只读存贮器，其中存贮着仪表要显示的数据。只读存贮器中的数据是用计算机装置写入固化的。由IC4～IC7构成数据读出电路。数字标尺电路在IC2的控制下工作。A／D转换器的时钟脉冲从IC2的端子25输出送到IC5的输入端14，IC2的STATUS端2与IC5的RESET端15相连，IC2完成A／D转换一次后，STATUS端2变为低电平，IC5开始对时钟脉冲计数，每一个脉冲前进一步。在IC4组成的两个触发器的协助之下，按规定的时序完成只读存贮器相应地址内数据的读出和锁存。工作过程如下：1、片迭接通。2、低位数据读出锁存。3、换为高位数据地址。4、高位数据读出锁存。5、片迭关断。6、IC5自锁等待下次A／D转换开始。下一次A／D转换开始后，STATUS端2变为高电平，IC5清零，为下一次循环作好准备。这样，从IC6、IC7的输出端就可得到4位并行BCD码。把4位BCD码送往显示电路，就可得到4位数字显示。这部分电路在整个仪表中的作用，就像模拟显示仪表的标尺一样，只要在只读存贮器内存入不同的内容，就可得到不同的显示范围和分度特性的标尺。虚框A4是公知的显示电路，它由IC8～IC11四片BCD码七段显示驱动器，限流电阻R6～R33，LE1～LE4数码管组成。从数字标尺电路输出的高、低位数据相应分别进入IC8～IC11显示驱动器，在数码管上即可得到相应的数字显示。图2～图6中，各集成电路块中的数字均为接线端。

把BCD码由数字标尺电路的输出端引出，可以实现定值控制，并可连接智能打印机打印记录，还可与计算机系统相连接。

整个电路装在一个机壳中，后面板上有外接线、电源接线端子。显示电路可做成接插板式电路，以便利检修，更换。集成电路芯片全部用插座安装，以便于大批量生产、使用，更换和维护。

经测试本装置分辨率可达4096分之一，仪表的准确度可优于正、负0.1％，可准确的显示输入仪表的任何非线性参数。因本装置中的大部分集成电路采用CMOS电路，故功耗低。仪表的抗干扰性能、可靠性均较好。

本实用新型采用的一组数据如下：

在图2中，

IC1        MC1403

IC2        ICL7109

IC3        27128

IC4        CD4001

IC5        CD4017

IC6        74LS377

IC7        74LS377

IC8～IC11        74LS47

LE1～LE4        LA8011

R1        RJ1／4W24KΩ

R2        RJ1／4W2KΩ

R3        RJ1／4W100KΩ

R4        RJ1／4W1KΩ

R5        RJ1／4W20KΩ

R6～34        RJ1／4W200Ω

C1        1μf

C2        0.22μf

C3        0.33μf

C4        1μf

C5        20pf

C6        20pf

W1        200Ω

Y1        2兆欧姆

R101        RJ1／2W39Ω

在图3中，

R201        RJ1／2W    250Ω

R202        RJ1／4W    1.8MΩ

R203        RJ1／4W    200KΩ

R204        RJ1／4W    24KΩ

R205        RJ1／4W    1KΩ

W201        200Ω        精密电位器

在图4中，

R301        RJ1／4W    100KΩ

R302        RJ1／4W    100KΩ

R303        RJ1／4W    43KΩ

R304        RJ1／4W    1KΩ

C301        1μf    63V

C302        0.1μf

C303        0.1μf

C304        220pf

IC301        7650

在图5中，

R401        RJ1／4W        100KΩ

R402        RJ1／4W        100Ω

R403        RJ1／4W        20Ω

R404        RJ1／4W        51Ω

R405        RJ1／4W        100KΩ

R406        RJ1／4W        2KΩ

R407        RJ1／4W        390KΩ

R408        RJ1／4W        20KΩ

RCU G R₀＝53Ω

W401        20KΩ        精密电位器

W402        10Ω        精密电位器

W403        25KΩ        精密电位器

C401        1μf

C402        0.1μf

C403        0.1μf

C404        220pf

IC401        7650

在图6中，

R501        RJ1／4W        100Ω

R502        RJ1／4W        20KΩ

R503        RJ1／4W        10KΩ

R504        RJ1／4W        20KΩ

R505        RJ1／4W        100KΩ

R506        RJ1／4W        3KΩ

R507        RJ1／4W        1MΩ

W501        5.1KΩ        精密电位器

W502        10KΩ        精密电位器

C501        0.1μf

C502        0.1μf

IC501        7650

Claims (5)

1、一种供工业自动化测量领域用的通用数字显示仪表，它由机壳、电源、主电路组成，主电路中有输入信号变换电路，A/D转换电路，显示电路，其特征在于，输入信号变换电路制成易于更换的接插件式电路，在A/D转换电路与显示电路之间是数字标尺电路；数字标尺电路存贮显示范围所需的数据，A/D转换电路输出的二进制数作为读出数字标尺电路所存贮的数据的地址码。

2、根据权利要求1所规定的通用数字显示仪表，其特征在于，其中的输入信号变换电路是：0～10mA直流电流信号变转电路，4～20mA或1～5V直流电压信号变换电路，毫伏信号变换电路，热电偶信号变换电路和热电阻信号变换电路。

3、根据权利要求1所规定的通用数字显示仪表，其特征在于，其中的数字标尺电路是由只读存贮器，数据读出电路组成。

4、根据权利要求3所规定的通用数字显示仪表，其特征在于，其中的只读存贮器是由集成电路IC3组成。

5、根据权利要求3所规定的通用数字显示仪表，其特征在于，其中数据读出电路是由一片集成电路IC5，一片内含四个或非门的集成电路IC4和集成电路IC6、IC7组成。

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