XI’AN JIAOTONG
UNIVERSITY
工业系统的测量
陈永森
工程训练中心
2004年 12月
,工程训练, 之一
讲义 V 1.1
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-1
第九讲 信号输出与显示
引言
?在我们获取测量结果之后，为了观察方便，需要显示装置把它显示出来。
?现实中常用的显示装置有指针式以及数字式显
示。数字式显示有起特有的优点，显示精度高、
惯性小。常用的数字显示方式有：数码管、液
晶等
?数字信号只有 2个状态（ 0与 1），为了表达更多
的数字，需要对其进行编码，常用的有 8421码、
余 3码等
?为了使用数字显示的优点，必须先把模拟信号
转换为数字信号，这中间涉及着模数转换（ A/D：
Analog/Digital），再将其译码，并驱动数字式
显示装置显示
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-2
第九讲 信号输出与显示
本讲内容（ 2课时）
?常用显示方式
?LED数码管
?训练内容 1：数码管直接控制显示
?训练内容 2：数码管译码显示
?训练内容 3：简易数字电压表
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-3
§ 9.1 常用显示方式
?指针式：把信号转变成指针的偏转扭矩，
根据指针在刻度盘上的位置给出测量结果
?简单、直观、易于看出数值变化趋势
?重复性差，两次读数不一定相同
?测量值较大时，指针偏转大，要求功率也相
应增大
?不耐震动
?数字式：把结果以数字形式显示
?精度高、分辨率高，读数方便
?不直观 (显示结果不知道占了量程的多少，指
针式一看即知 )
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-4
§ 9.1 常用显示方式
? 模拟显示：点阵、图形
? CRT(阴极射线显像管 ),电子枪、荧光屏
功率大、体积大、有辐射
? LED(发光二极管 ),点阵、数码管
单色：红、绿、蓝
半彩：红绿
全彩：红绿蓝
? TFT(LCD),液晶屏、背光源
小功率、轻、薄、无辐射
? PDP(等离子显示 ),发光原理类似日光灯，可理解为有
几十万个缩小了的荧光灯聚集发光
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-5
a b
cd
g
e
f
h
1 2 3 4 5
e d c h
g f a b
10 9 8 7 6
1 2 4 5 6 7 9 10
e d c h b a f g
e d c h b a f g
1 2 4 5 6 7 9 10
3,8
3,8
共 阴 极
共 阳 极
正常工作需加限流电阻
§ 9.2 LED数码管
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-6
a b
cd
g
e
f
h
a b
cd
g
e
f
h
a b
cd
g
e
f
h
显示 5：
a,c,d,f,g
显示 E：
a,d,e,f,g
不加电压，
不显示
§ 9.2 LED数码管
直接控制显示
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-7
?译码,二进制到十进制的转换
?8421BCD码 (BCD码 ),用四位二进制数的最小的十
个值表示一位十进制数，比较常用
Binary coded decimal
8421码 十进制数
0000 0
0001 1
0010 2
0011 3
0100 4
0101 5
0110 6
0111 7
1000 8
1001 9
例：一个四位二进制数
3 2 1 0A A A A
对应十进制数 Y是：
3 2 1 0
3 2 1 02 2 2 2Y A A A A? ? ? ?
§ 9.2 LED数码管
译码显示
8 4 2 1
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-8
?译码器,把 BCD码转换成十进制数输出的器件
X:{0000,0001,…,1001}
Y:{a,b,c,d,e,f,g}
Z:{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}
译码器
人
§ 9.2 LED数码管
译码显示
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-9
显示字符 字符段状态 (1表示亮,0表示不亮 )
a b c d e f g
0 1 1 1 1 1 1 0
1 0 1 1 0 0 0 0
2
3 1 1 1 1 0 0 1
4
5
6
7
8 1 1 1 1 1 1 1
9
1 1 0 1 1 0 1
0 1 1 0 0 1 1
1 0 1 1 0 1 1
1 0 1 1 1 1 1
1 1 1 0 0 0 0
1 1 1 1 0 1 1
§ 9.2 LED数码管
七段 LED数码管真值表
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-10
8位 DIP开关
+5V
1 2 3 4 5 6 7 8
8xR
共 阴 极七段 LED数码管
训练内容 1：数码管直接控制显示
?给训练板供电，通过手动控制一个 8为
DIP开关，完成一个七段 LED数码管数字
0～ 9的显示，并填写表 9-2
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-11
给训练板供电，通过手动控制一个 4为 DIP开关，完成
一个七段 LED数码管数字 0～ 9的显示
共阴极七段 LED数码管
4位 DIP开关
输入 BCD码
+5V
4xR
16 15 14 13 12 11 10 9
CD4543
1 2 3 4 5 6 7 8
+5V
+5V
3222 12 02
f g e d c b a
训练内容 2：数码管译码显示
译码器 CD4543
下拉电
阻
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-12
训练内容 3：简易数字电压表
3? 精度 A/D显示驱动芯片 —— ICL7107
?数字电压表的精度用术语,n位半”表示。譬如，
所谓,3位半”意思是有 4位十进制数字显示量
值，低 3位逢十进一，当低 3位满 9而又发生进位
时，最高位显示 1，此时达到当前量程下的满度，
显示 1999。
?“半位”指最高位只能显示 8段数码管中的“一
半”，即“－ 1.”4段。
?ICL7107是专为 3位半数字电压表设计的集成电
路芯片，用于一般场合测量、显示电压，如直
流稳压电源自备的输出显示屏所用。这种芯片
需要一个 1V电压作为基准电压。
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-13
调节电位器 W1，改变被测电压，观察简易电压表的显示。
可以与数字万用表同时测量的结果比较。
ICL7107
2W
10k?
1W
10k?1M?0 01,F?
5V?
5V?
H T V
W1的作用是
提供被测电压
W2的作用是调
整基准电压，必
须调到 1V
显示值是,
当 U2=1V，显示即为 U1的值
1
2
U
U
1U
2U
训练内容 3：简易数字电压表
UNIVERSITY
工业系统的测量
陈永森
工程训练中心
2004年 12月
,工程训练, 之一
讲义 V 1.1
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-1
第九讲 信号输出与显示
引言
?在我们获取测量结果之后，为了观察方便，需要显示装置把它显示出来。
?现实中常用的显示装置有指针式以及数字式显
示。数字式显示有起特有的优点，显示精度高、
惯性小。常用的数字显示方式有：数码管、液
晶等
?数字信号只有 2个状态（ 0与 1），为了表达更多
的数字，需要对其进行编码，常用的有 8421码、
余 3码等
?为了使用数字显示的优点，必须先把模拟信号
转换为数字信号，这中间涉及着模数转换（ A/D：
Analog/Digital），再将其译码，并驱动数字式
显示装置显示
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-2
第九讲 信号输出与显示
本讲内容（ 2课时）
?常用显示方式
?LED数码管
?训练内容 1：数码管直接控制显示
?训练内容 2：数码管译码显示
?训练内容 3：简易数字电压表
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-3
§ 9.1 常用显示方式
?指针式：把信号转变成指针的偏转扭矩，
根据指针在刻度盘上的位置给出测量结果
?简单、直观、易于看出数值变化趋势
?重复性差，两次读数不一定相同
?测量值较大时，指针偏转大，要求功率也相
应增大
?不耐震动
?数字式：把结果以数字形式显示
?精度高、分辨率高，读数方便
?不直观 (显示结果不知道占了量程的多少，指
针式一看即知 )
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-4
§ 9.1 常用显示方式
? 模拟显示：点阵、图形
? CRT(阴极射线显像管 ),电子枪、荧光屏
功率大、体积大、有辐射
? LED(发光二极管 ),点阵、数码管
单色：红、绿、蓝
半彩：红绿
全彩：红绿蓝
? TFT(LCD),液晶屏、背光源
小功率、轻、薄、无辐射
? PDP(等离子显示 ),发光原理类似日光灯，可理解为有
几十万个缩小了的荧光灯聚集发光
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-5
a b
cd
g
e
f
h
1 2 3 4 5
e d c h
g f a b
10 9 8 7 6
1 2 4 5 6 7 9 10
e d c h b a f g
e d c h b a f g
1 2 4 5 6 7 9 10
3,8
3,8
共 阴 极
共 阳 极
正常工作需加限流电阻
§ 9.2 LED数码管
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-6
a b
cd
g
e
f
h
a b
cd
g
e
f
h
a b
cd
g
e
f
h
显示 5：
a,c,d,f,g
显示 E：
a,d,e,f,g
不加电压，
不显示
§ 9.2 LED数码管
直接控制显示
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-7
?译码,二进制到十进制的转换
?8421BCD码 (BCD码 ),用四位二进制数的最小的十
个值表示一位十进制数，比较常用
Binary coded decimal
8421码 十进制数
0000 0
0001 1
0010 2
0011 3
0100 4
0101 5
0110 6
0111 7
1000 8
1001 9
例：一个四位二进制数
3 2 1 0A A A A
对应十进制数 Y是：
3 2 1 0
3 2 1 02 2 2 2Y A A A A? ? ? ?
§ 9.2 LED数码管
译码显示
8 4 2 1
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-8
?译码器,把 BCD码转换成十进制数输出的器件
X:{0000,0001,…,1001}
Y:{a,b,c,d,e,f,g}
Z:{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}
译码器
人
§ 9.2 LED数码管
译码显示
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-9
显示字符 字符段状态 (1表示亮,0表示不亮 )
a b c d e f g
0 1 1 1 1 1 1 0
1 0 1 1 0 0 0 0
2
3 1 1 1 1 0 0 1
4
5
6
7
8 1 1 1 1 1 1 1
9
1 1 0 1 1 0 1
0 1 1 0 0 1 1
1 0 1 1 0 1 1
1 0 1 1 1 1 1
1 1 1 0 0 0 0
1 1 1 1 0 1 1
§ 9.2 LED数码管
七段 LED数码管真值表
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-10
8位 DIP开关
+5V
1 2 3 4 5 6 7 8
8xR
共 阴 极七段 LED数码管
训练内容 1：数码管直接控制显示
?给训练板供电，通过手动控制一个 8为
DIP开关，完成一个七段 LED数码管数字
0～ 9的显示，并填写表 9-2
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-11
给训练板供电，通过手动控制一个 4为 DIP开关，完成
一个七段 LED数码管数字 0～ 9的显示
共阴极七段 LED数码管
4位 DIP开关
输入 BCD码
+5V
4xR
16 15 14 13 12 11 10 9
CD4543
1 2 3 4 5 6 7 8
+5V
+5V
3222 12 02
f g e d c b a
训练内容 2：数码管译码显示
译码器 CD4543
下拉电
阻
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-12
训练内容 3：简易数字电压表
3? 精度 A/D显示驱动芯片 —— ICL7107
?数字电压表的精度用术语,n位半”表示。譬如，
所谓,3位半”意思是有 4位十进制数字显示量
值，低 3位逢十进一，当低 3位满 9而又发生进位
时，最高位显示 1，此时达到当前量程下的满度，
显示 1999。
?“半位”指最高位只能显示 8段数码管中的“一
半”，即“－ 1.”4段。
?ICL7107是专为 3位半数字电压表设计的集成电
路芯片，用于一般场合测量、显示电压，如直
流稳压电源自备的输出显示屏所用。这种芯片
需要一个 1V电压作为基准电压。
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-13
调节电位器 W1，改变被测电压，观察简易电压表的显示。
可以与数字万用表同时测量的结果比较。
ICL7107
2W
10k?
1W
10k?1M?0 01,F?
5V?
5V?
H T V
W1的作用是
提供被测电压
W2的作用是调
整基准电压，必
须调到 1V
显示值是,
当 U2=1V，显示即为 U1的值
1
2
U
U
1U
2U
训练内容 3：简易数字电压表
