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1、数字显示0100kPa压力测量系统电路设计目录摘要3关键字 31.引言 42.数字显示仪表的一般电路框图及对各部分要求 52.1 数字显示仪表的原理框图52.2 传感器输出信号的特点52.3 传感器信号的二次变换52.4 传感器信号二次变换的组成52.5传感器信号的调理62.6 DVM的概述83.数字显示0100kPa压力测量系统电路设计103.1 压力传感器供电电源设计及有关参数计算103.2 二次变换电子电路设计及参数计算123.3 基于MC14433的DVM电路设计及有关参数计算134.数字显示0100kPa压力测量系统电路设计 205.关于本毕业设计的进一步思考及总结 21参考文献 2
2、2数字显示0-100kPa压力测量系统电路设计 【摘要】本毕业设计课题首先设计出由传感器、传感器供电电路、传感器信号调理电路等单元电路组成的以直流电压信号为输出量的参量（压力）测量电路；同时，配套设计以MC14433为核心的数字式直流电压表。在上述参量（压力）测量电路、DVM的基础上对外围电路再进一步进行相应的扩展构成数字显示式压力测量系统。数字显示式压力测量系统使测量结果一目了然，保证了读数的客观性与准确性，符合人们的读数习惯，缩短了读数和记录的时间，减小了视觉疲劳。【关键词】 压力 数显 MC14433 DVM 数字显示0-100kPa压力测量系统电路设计1.引言在工农业生产、日常生活、医
3、疗等领域，对压力、温度等参量的测量及控制始终占据着重要地位。 随着科学技术的进步和电子工业的发展，国内外相继推出各种传感器、集成传感器、大规模集成电路及超大规模集成电路，这为开发各种数字仪表，智能数字仪表提供了极大的方便。在数字电压表的基础上配上温度、压力等传感器及相应的测量电路，即可构成一块数字显示式温度计、压力计等各种新型通用、专用数字仪表或测量系统。在工业生产中，为了高效安全生产，必须有效控制生产流程中诸如压力、流量、温度等主要参数。压力是工业生产过程中重要的参数之一，压力的检测和控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件、意义重大；压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用
4、于各种工业自控环节，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产控制、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。数字显示式参量测量系统使测量结果一目了然，保证了读数的客观性与准确性，符合人们的读数习惯，缩短了读数和记录的时间，减小了视觉疲劳。新型数字仪表以其高准确度、高分辨率、高性价比等优良特性而受到人们的青睐。新型数字仪表以其高准确度、高分辨率、高性价比等优良特性而受到人们的青睐。另外，在工农业生产、日常生活、医疗等领域，对温度的测量及控制始终占据着重要地位。 本次设计是压力的测量，即是将非电量转换为电量的输出。非电量的电测法是自动检测技术的重要组成部分，内容非常广泛。实际上非
5、电量电测法几乎可以用来测量各种非电量参数，这些参数被用来鉴定各种物理现象、化学现象和工业生产过程。目前普遍采用电子测量线路和电子测量仪表来测量各种非电量（包括除去电参数的一切物理量）是现代自动检测技术发展的一大特点。这是因为电测法有大家所熟知的一系列的优点。这些优点主要是：1）便于实现连续测量；2）便于实现远距离测量与控制；3）具有高的灵敏度和准确度；4）信号传输速度快；5）测量范围宽广，能够测量较大或较小的数值。通过各种传感器测得的电参量，不仅随着所测非电量的变化而变化，而且还与被测对象的其它物理和化学属性以及周围介质的物理属性有关。如金属导线的电阻不仅依赖于温度，并且与导线在拉力作用下的机
6、械变形有关。如果要利用导线的电阻与拉力的关系来测量拉力，则必须设法补偿因环境温度的变化而引起的导线电阻的变化。因此这不仅对传感器提出了许多要求，而且对测量装置的其它部分，如测量电路和二次仪表也提出了许多要求。 2.数字显示仪表的一般电路框图及对各部分要求2.1数字显示仪表的原理框图 工业生产过程中常用的数字式仪表有数字式温度计、数字式压力计、数字流量计、数字电子秤等。 数字式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。数字仪表的主要特点有：准确度高、分辨率高、无主观读数误差、测量速度快、能以数码形式输出结果。同时数字量传输信息，可使得传输距
7、离不受限制。 数字仪表按工作原理可分为：带微处理器的和不带微处理器的。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。数字显示仪表中由于直接观察到的是所测参数的绝对数字量，所以在数字式显示仪表中除模数（A/D）转换装置外，必须具有另一重要组成部分，即对被测参数的非线性函数的线性化及各种系数的标度变换。标度变换是将仪表显示的数字量和被测物理量统一起来；而线性化环节的作用是消除或减小敏感元件非线性对测量结果的影响，使输出的数字量与被测参数间保持良好的线性关系。其原理框图如图2-1-1所示。控 制 逻 辑译码、驱动显示非线
8、性校正及A/D转换放大电路测量电路设定机构比较环节信号输出控制模式图2-1-1数字显示仪表原理框图2.2传感器输出信号的特点传感器输出信号的特点； 1、传感器的输出会受温度的影响，有温度系数变化。 2、传感器的输出顺着输入物理量的变化而变化，但是他们之间的关系不一 定是线形比例关系。 3、传感器的动态范围很宽。 4、由于传感器的种类很多，输出的形式也多种多样。例如，尽管同样是温度传感器，热电偶顺温度变化输出的是不同的电压，热敏电阻顺温度变化其阻抗发生变化，而双金属温度传感器顺温度变化输出的是开关信号。 5、传感器的输出阻抗都比较高，这样传感器输出信号到测量电路时会产生较大的信号衰减。 6、传感
9、器的输出信号一般比较微弱，有的传感器输出的电压最小仅有0.19V。2.3传感器信号的二次变换 根据上述的传感器输出信号的特点来看，传感器输出的信号一般是能直接用于仪器、仪表显示作控制信号用，往往需要通过=专门的电子电路对传感器输出信号进行“加工处理”。如将微弱的信号给予放大，经过滤波器将有害的杂波信号滤掉，将非线性的特性曲线线性化，如有必要再加温度补偿电路。这种信号变换一般称为二次变换。完成二次变换的电路成为传感器电子电路，一般也成为测量电路，仪表电子电路或调理电路。2.4传感器二次变换的组成 2.4.1传感器电子电路的组成传感器电子电路主要是模拟电路，它与数字电路一样，是由一些单元电路组成。
10、这些单元电路有:各种信号放大电路、有源及无源滤波电路、绝对值检测电路、峰值保持电路、采样-保持电路、A/D及D/A变换电路、V/F及F/V变换电路、调制解调电路温度补偿电路及非线性特性化补偿电路等。传感器电子电路是一个中间环节，它的输入端接传感器，输出端接仪器、仪表显示器、记录仪或控制装置，其示意图为2.4.1所示传感器传感器电子线路显示器、记录仪控制装置等 2.4.1传感器电子电路示意图2.4.2.传感器电子电路的要求 传感器电子电路的设计要根据传感器输出的特性及仪器、仪表的显示器、打印机、记录仪或调节器、自动控制装置对信号的要求，并且还要考虑使用的环境条件及整个系统呢对它的要求等。在传感器
11、电子电路设计上，一般应满足下列要求： 1、在与传感器连接上，要考虑阻抗匹配问题，必要时加一级电压跟随器，并要考虑长电缆带来的电阻、电容及噪声影响。2、放大器的放大倍数（输出电压的幅值）要满足显示器、A/D变换器或I/O借口的要求。3、电子电路的设计要满足仪器、仪表或自动控制系统的精度要求、动态性能的要求及可靠性要求。4、电子电路中采用集成电路和其它元器件要满足仪器、仪表或自动控制装置的使用环境要求（如湿度、温度等），或某种特殊要求，如防爆要求。5、电子电路设计中营考虑外部或内部的温度影响，必要时加温度补偿电路。6、电子电路设计中（包括结构设计）应考虑内部或外部电磁场干扰，要相应采取措施解决，如
12、加屏蔽、加光电隔离等等。7、电子电路的结构、尺寸要与仪器、仪表或自动控制系统整体相协调。8、电子电路的电源电压、功耗要与总体想协调。9、电子电路的设计要考虑成本，满足经济性要求，使产品更有竞争力。2.5传感器信号的调理电路 信号调理是指测量系统的组成部分，它的输入时传感器的输出信号，输出为适合传输、显示、记录或者能更好的满足后续标准设备或装置要求的信号。例如传感器的输出电信号如果不在-10+10V之间，那么在接入模数转换器时，必须首先经过信号调理电路。信号调理电路通常具有放大，电平移动，阻抗匹配、滤波、解调功能。另外，从数据域的角度考虑，可以认为信号解调电路，可以实现数据域之间的变换。如图2.
13、5.1所示为数据域表示信息的量的名称。 2.5.1数据域表示信息的量的名称传感器输出信号通常可以分为模拟量和数字量两类。对模拟量信号进行调整匹配时，传感器的信号调理环节相对复杂些，通常需要放大电路、调制与解调电路、滤波电路、采样保持电路、A/D及D/A转换电路等。而对于数字量信号进行调理匹配时，通常只需使信号通过比较器电路及整形电路，控制计数器计数即可。图2.5.2、2.5.3分别为传感器输出为模拟电子量和数字量的信号调理过程示意图。2.5.2 传感器输出为模拟量的信号调理过程示意图传感器整形电路计数器存储器控制系统CPU总线2.5.3传感器输出为数字量的信号调理过程示意图测试系统的第二个环节
14、为信号的调理，图2.5.4所示为测量系统的信号传输过程。被测物理量精传感环节转换为电阻、电容、电感、或电压、电流、电荷等电量的变化，由于在测量过程中不可避免地遭受个种内外干扰因素的影响，为了正确使用被测信号，比北方最后驱动显示记录和控制仪器，需进一步将信号输入计算机进行数据处理，抑制干扰噪声，提高信噪比，使之利于进一步的传输和在后续环节中的处理。传感器信号处理电路数据传输识别控制显示报警记录2.5.4测试系统的信号传输过程 2.6 DVM的概述 2.6.1、概述 模拟式电压表具有电路简单、成本低、测量方便等特点，但测量精度较差，特别是受表头精度的限制，即使采用0.5级的高灵敏度表头，读测时的分
15、辨力也只能达到半格。再者，模拟式电压表的输入阻抗不高，测高内阻源时精度明显下降。数字电压表作为数字技术的成功应用，发展相当快。数字电压表（Digital VoIt Me-ter，DVM），以其功能齐全、精度高、灵敏度高、显示直观等突出优点深受用户欢迎。特别是以AD转换器为代表的集成电路为支柱，使DVM向着多功能化、小型化、智能化方向发展。DVM应用单片机控制，组成智能仪表；与计算机接口，组成自动测试系统。目前，DVM多组成多功能式的，因此又称数字多用表（Digital Multi Meter，DMM）。 DVM是将模拟电压变换为数字显示的测量仪器，这就要求将模拟量变成数字量。这实质上是个量化过程，即将连续的无穷多个模拟量用有限个数字表示的过程，完成这种变换的核心部
