一种全国产化的数字显示装置的制作方法

1.本发明属于模数转换及显示技术领域，具体涉及一种全国产化的数字显示装置。


背景技术：

2.近年来，随着模数转换技术的不断革新，数字显示装置的精度也不断提高。但在一些军用领域，显示精度的提高受限于国产器件的性能，以及元器件禁用。
3.为了满足国产化的需求，实现高精度的数字显示，亟需设计一种全国产化的数字显示装置。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.为解决现有模数转换技术和国产化自主可控的问题，具体来讲就是核心硬件芯片无法实现国产，或者实现国产化以后，数字显示精度太低，无法满足系统要求的问题，设计一种全国产化的数字显示装置。
6.(二)技术方案
7.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种全国产化的数字显示装置，包括电源板和综合显示板；数字显示装置的综合显示板用于接收外部4ma～20ma输入的电流信号，经过信号调理以后，转换成0.8v～4v的电压信号，将0.8v～4v的电压信号进行a/d转换，然后将转换后的数据进行计算处理，并驱动显示器件显示与计算结果相应的参数；外部输入的+24vdc供电电源经过电源板的滤波和转换以后，可产生+5vdc、
±
15vdc的工作电源综合显示板所需的+5vdc、
±
15vdc的工作电源由电源板提供。
8.优选地，所述综合显示板包括主处理器电路cpu、电流信号采集电路、铁电存储器、光敏信号采集电路以及显示驱动电路；cpu片上集成12bitadc，可直接采集前端输入的直流电压信号；日夜状态离散量信号经驱动隔离后，从cpu的gpio口输入，由cpu进行日夜状态判断；通过cpu的i2c接口外接显示驱动电路和光敏信号采集电路，分别用于驱动数码管显示压力值或功率值和采集光敏信号，cpu外挂1颗铁电存储器，用于存储工作状态信息。
9.优选地，所述电流信号采集电路用于将毫安级电流信号调理转换成直流电压信号供cpu自带的a/d转换模块采集，输入电流信号范围是4ma～20ma，所述电流信号采集电路由取样电阻、低通滤波电路和比例放大电路构成，所述电流信号采集电路设置的取样电阻用于将输入4～20ma电流信号转换为0.8～4.0v的直流电压信号，低通滤波电路用于滤除直流电压信号中的干扰信号，比例放大电路的增益系数设置为1，用于抑制共模干扰放大差模信号，cpu通过自带的a/d转换模块采集调理后的直流电压信号，再通过自带的参数处理模块换算成对应压力或功率值供所述数码管显示。
10.优选地，所述铁电存储器用于存储装置的工作状态信息，在综合显示板进行上电自检和周期自检时，若检测到故障，则把故障时刻工作状态的相关数据存储到铁电存储器中，铁电存储器通过iic总线与cpu通讯，且在时钟信号的上升沿将数据传输到铁电存储器
中，实现装置的故障状态数据的存储。
11.优选地，所述光敏信号采集电路用于采集环境光强度信号，并将光强信号以16位数字量的形式输出到cpu去进行解算，处理器根据iic时序，在时钟信号的上升沿接收光敏信号并实现解算，从而判断当前日/夜模式。
12.优选地，所述显示驱动电路用于驱动数码管实时显示压力值或功率值，同时实现数码管亮度调节；通过i2c总线接收来自cpu发送过来的显示控制信号，经显示驱动电路内部解码后，可将待显示的数字信息和亮度强弱信号输出给数码管。
13.优选地，所述综合显示板的cpu包括自检测模块、a/d转换模块、参数处理模块、电压显示模块和日夜模式控制模块；
14.所述自检测模块用于完成上电自检测和周期自检，若自检正常则进入正常工作状态，显示相应的参数，若自检故障则在数码管的窗口中显示“eee”；
15.所述a/d转换模块用于对电压参数进行a/d转换；
16.所述参数处理模块用于根据相应的比例对a/d转换后的参数进行计算，得到显示所需的电压值，在计算处理过程中进行相应的滤波处理；
17.所述电压显示模块用于将计算所得的电压值显示在数码管上；
18.所述日夜模式控制模块用于采集光电池的输出电压，判断当前的日夜模式，实现日夜模式的调节。
19.优选地，所述电源板，包括接口防护电路、滤波电路、防反接电路、电源转换电路；电源板的滤波电路用于接收+24vdc的供电电源，吸收电源线上的尖峰电压，对从电源输入端引入的干扰信号进行抑制；同时抑制装置内部产生的噪声经电源线传导出去；防反接电路用于保护装置在输入电源反接时不损坏，电源转换电路由dc/dc转换器组成，用于产生+5vdc、
±
15vdc工作电源，提供给综合显示板；接口防护电路用于对输入电源线上的尖峰电压进行抑制，保护后级电路不损坏。
20.本发明还提供了一种利用所述装置实现的数字显示方法，包括以下步骤：
21.步骤1.外部+24vdc输入，数字显示装置上电，电源板转换出+5vdc、
±
15vdc工作电源给综合显示板；
22.步骤2.综合显示板上电，各个模块正常启动，cpu在自检过程中，数码管显示预设的默认数字null；
23.步骤3.外部4～20ma电流信号输入给数字显示装置的综合显示板；
24.步骤4.综合显示板内电流信号采集电路将电流信号调理转换成直流电压信号，供cpu自带的a/d转换模块采集；
25.步骤5.cpu对转换后的数据进行计算处理，并送给显示驱动电路；
26.步骤6.显示驱动电路将收到的数据送给数码管，进行正常的数字显示。
27.本发明还提供了一种所述的装置在模数转换及显示技术领域中的应用。
28.(三)有益效果
29.与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明的数字显示装置采集4ma～20ma的电流信号，并将电流信号进行处理转换成0.8v～4v的标准电压信号，由cpu对标准电压信号进行计算处理，并驱动显示器件显示相应的参数。所有芯片采用自主可控的国产化设计，自主可控，不受禁用影响；数字显示装置具有亮度自动日/夜切换功能，根据光敏器件对环
境光的检测，控制显示器件的显示亮度；针对4ma～20ma输入信号，采集精度可以达到
±
0.1ma，满足高精度采集的系统要求。
附图说明
30.图1为本发明实施例的方法所基于的数字显示装置原理框图；
31.图2为本发明实施例的方法所基于的综合显示板原理框图；
32.图3为本发明实施例的方法所基于的软件功能结构框图。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
34.下面结合图1所示的数字显示装置原理框图、图2所示的综合显示板原理框图以及图3所示的软件功能结构框图，对本发明方法作进一步描述。
35.如图1所示，本发明提供的一种数字显示装置根据模块化设计、简化设计和成熟设计的原则，综合结构和电气布局，划分为电源板和综合显示板两个核心模块。数字显示装置的综合显示板接收外部4ma～20ma输入的电流信号，经过信号调理以后，转换成0.8v～4v的标准电压信号进入a/d模数转换模块，然后将转换后的数据送给cpu，由cpu对标准电压信号进行计算处理，并驱动显示器件显示相应的参数。所有芯片采用自主可控的国产化设计，自主可控，不受禁用影响；同时数字显示装置还具有亮度自动日/夜切换功能，该功能是根据光敏器件对环境光的检测，控制显示器件的显示亮度；针对4ma～20ma输入信号，采集精度可以达到
±
0.1ma，满足高精度采集的系统要求。此外，综合显示板所需的+5vdc、
±
15vdc工作电源是由电源板提供的。外部输入的+24vdc经过电源板的滤波电路和转换电路以后，可以产生+5vdc、
±
15vdc工作电源。
36.进一步地所述电源板，主要由接口防护电路、滤波电路、防反接电路、电源转换电路等组成。电源板的滤波电路接收24vdc供电电源，吸收电源线上的尖峰，对从电源输入端引入的高频干扰信号进行抑制；同时有效地抑制产品内部产生的噪声经电源线传导出去，提高产品的抗干扰能力及系统的可靠性。防反接电路可以保护产品在输入电源反接时不损坏。电源转换电路主要由dc/dc转换器组成，用于产生+5vdc、
±
15vdc工作电源，提供给综合显示板。接口防护电路可以对输入电源线上的尖峰电压进行抑制，保护后级电路不损坏。
37.进一步地所述综合显示板，根据功能划分，主要可划分为主处理器电路cpu、电流信号采集电路、铁电存储器、光敏信号采集电路以及显示驱动电路。cpu选用成都华微公司基于armcortex-m3内核研制的处理器hwd32f103mlqfp64设计实现。该器件具有128kbytes的片内flash，20kbytes的片内ram，cpu主频最高可达72mhz，执行速率可达1.25dmips/mhz。hwd32f103mlqfp64处理器具有丰富的通讯接口以及集成的ad接口，基于该cpu开展设计，可在单颗芯片上同时实现模拟量采集、通讯接口的功能，使整个系统的功耗更低，体积更小，可靠性和系统性等整体性能更高。该cpu片上集成高精度12bitadc，可直接采集前端输入的直流电压信号；日夜状态(模式)离散量信号经驱动隔离后，从cpu的gpio口输入，由cpu进行日夜状态判断；通过cpu的i2c接口外接显示驱动电路和光敏信号采集电路，分别用于驱动数码管显示压力值或功率值(转速值)和采集光敏信号。cpu外挂1颗铁电存储器，用于存储
关键信息。还采用时钟、复位芯片为cpu提供工作必需的时钟信号和复位信号。
38.所述电流信号采集电路用于将毫安级电流信号调理转换成直流电压信号供cpu自带的a/d转换模块采集，输入电流信号范围是4ma～20ma。所述电流信号采集电路由取样电阻、低通滤波电路和比例放大电路构成。所述电流信号采集电路设置高精度的取样电阻，用于将输入4～20ma电流信号转换为0.8～4.0v的直流电压信号。低通滤波电路用于滤除直流电压信号中的高频干扰，比例放大电路具有高输入阻抗、低失调电压等特点，增益系数设置为1，能够有效抑制共模干扰放大差模信号。cpu通过自带的a/d转换模块采集调理后的直流电压信号，再通过自带的参数处理模块换算成对应压力或功率值供所述数码管显示。
39.所述铁电存储器的主要功能是存储产品工作状态信息，在综合显示板进行上电自检和周期自检时，如检测到故障，则把故障时刻工作状态的相关数据存储到铁电存储器中，铁电存储器选用深圳国微公司产sm9977串行电可擦除可编程只读存储器，4k
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8的组织构成。器件存储容量32kb，采用双线串行接口，具有10万次的擦写周期、40年的数据保持能力，芯片工作温度-55℃～+125℃，多用于数据存储设计场景。铁电存储器通过iic总线与cpu通讯，工作频率400khz，cpu根据iic时序，在时钟信号的上升沿将数据传输到铁电存储器中，实现产品的故障状态数据的存储。
40.所述光敏信号采集电路的主要功能是采集环境光强度信号，并将光强信号以16位数字量的形式输出到cpu去进行解算。所述光敏信号采集电路选用长春半导体厂生产的gdi-1001t72型光强度传感器，该传感器可利用它的高分辨率探测较大范围的光强度变化，其采用双线串行接口即iic总线，可输出16位数字信号。传感器工作温度-45℃～+85℃，总线时钟频率400khz。处理器根据iic时序，在时钟信号的上升沿接收光敏信号并实现解算，从而判断当前日/夜模式。
41.所述显示驱动电路的主要功能是驱动四位七段数码管实时显示压力值或功率值，同时实现数码管亮度调节。显示驱动电路的核心器件是南京沁恒微电子产的ch452a芯片，它可以动态驱动8位数码管或者64只led，具有bcd译码、闪烁、移位、段位寻址、光柱译码等功能。通过i2c总线接收来自cpu发送过来的显示控制信号，经ch452a芯片内部解码后，可将待显示的数字信息和亮度强弱信号输出给数码管，从而达到需要的显示效果。
42.如图3所示，数字显示软件主要由自检测模块、a/d转换模块、参数处理模块、电压显示模块和日夜模式控制模块，程序固化在综合显示板的cpu的flash中。
43.所述自检测模块：用于完成上电自检测和周期自检。若自检正常则进入正常工作状态，显示相应的参数，若自检故障则在数码管的窗口中显示“eee”。
44.所述a/d转换模块：用于对电压参数进行a/d转换；
45.所述参数处理模块：根据相应的比例对a/d转换后的参数进行计算，得到显示所需的电压值，在计算处理过程中进行相应的滤波处理；
46.所述电压显示模块：用于将计算所得的电压值显示在数码管上；
47.所述日夜模式控制模块：用于采集光电池的输出电压，判断当前的日夜模式，实现日夜模式的调节。
48.一种利用上述装置实现的数字显示步骤具体如下：
49.步骤1.外部+24vdc输入，数字显示装置上电，电源板转换出+5vdc、
±
15vdc工作电源给综合显示板；
50.步骤2.综合显示板上电，各个模块正常启动，cpu在自检过程中，数码管显示预设的默认数字null；
51.步骤3.外部4～20ma电流信号输入给数字显示装置的综合显示板；
52.步骤4.综合显示板内电流信号采集电路将电流信号调理转换成直流电压信号，供cpu自带的a/d转换模块采集；
53.步骤5.cpu对转换后的数据进行计算处理，并送给显示驱动电路；
54.步骤6.显示驱动电路将收到的数据送给数码管，进行正常的数字显示。
55.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。