一、引言
目前，在仪表中厂’泛大量地采用数字显示技术。数字式显示器件具有显示清晰，无读数误差等优点，但在实践应用中，其也暴露出一些缺点，如显示器出现闪烁问题，严重时使仪表读数无法进行。又如单一的数字显示所提供的信息量有限。本文比较了模拟显示技术与数字显示技术，分析了数字式显示技术存在的一些问题，在此基础上，提出了一种数字模拟混合式的仪表显示技术方案。
二、数字显示技术的两大问题
仪表上应用的数字显示技术所存在的不足之处归纳起来主要有这样二大问题:一是快速闪烁，使读数与记录难以进行，严重时，使显示功能完全失效。二是操作人员不做任何面板操作.难以从仪表面板下一眼获得测量范围、报警设定值、测量依与报警设定值的偏差等附加信息。以下给出具体分析并与模拟仪表作一比较。
经常会看到这样的情况，数字式显示仪表的数码管，特别是后几位或最后一位。工作时会出现快速的闪烁，严重时，对操作人员的视觉产生不良影响，破坏厂仪表人机工程学所要求的人体生理上视觉的适应性。快速的闪烁，使仪表的读数无法进行，显示器也就失去了显示的功能。
出现上述情况，是仪表设计者为了保证被测参数的动态变化能及时得到反映，将信号测量通道以及测量通道至显示器通道的低通滤波器时间常数选取偏小;另外.过高的测量分辨率也会产生这样的现象，高分辨率反映在显示器上就是其位数较多。当以上两种因素同时存在时，显示器更易产生闪烁。数字显示器在单片微机系统为核心的仪器仪表中应用更多，在这样的系统中，除了测量通道的时间常数偏小外，还可能是以下原因造成显示器快速闪烁:采样数据未经多点平均而直接送显示缓冲区，或是平均时间过短，或是显示器数据更新时间设计得偏小。固然，针对被测参数动态特性的信号采集与显示的小时间常数对于保证参数测量与显示的真实，准确性有利、高分辨率为高精度提供了条件，但当被测参数快速变化或是信号中夹杂着较强的高频干扰时，数字显示器上就会产生数据快速的变化而成为闪烁。闪烁严重时，读表人员从显示器上已不能正确获取信息。这样，一方面为保证测量的动态特性，要求测量通道至显示器的时问常数要小，而另一方面·车交小的时问常数又易产生闪烁，降低显示器显示信息的作用，故在信息显示的真实性与可用性之间存在着矛盾。
模拟显示技术的显示器大多是机械式指针，其本质结构上都具有一定的阻尼机构，时间常数相对数字式显示器来说要大得多，因而对信号有较强的滤波作用，故模拟式指针显示表头的读数给人感觉稳定，无闪烁现象.
数字式显示技术较之模拟式显示技术的另一大不足之处是:操作人员若不做面板操作，从数码显示器上只能读取被测参数这一个信息量，许多其它重要的附加信息不能一眼获得。
图1所示为数字显示表头与模拟显示表头的典型式样，下表给出了两种显示方式所显示的信息参数的差别，其中控制带为上限值减去下限值。
从上表可以看出，在模拟式显示表头上能够得到报警设定上、下限值，被测参数当前值与上、下限设定值的差别等这些重要的附加信息参数。而数字式表头则只能提供被测参数这一个信息。另外，当被测参数存在低频的波动时，从模拟表头上较方便地观察出波动的特性，如波动幅度，波动中间值，频率大小等.而从数字显示器上就难以快速、全面观察出这些特性。
三、数字模拟混合式显示技术
数字式显示技术的上述二大问题在实际应用中是广泛地存在着，并已引起仪表设计者和生产厂家的重视。下文提出的一种数字模拟混合式显示技术方案，能够解决这二大问题.所述的技术方案绝不是倒退到采用机械式模拟显示指针表头，而是借鉴模拟显示表的外观型式，将数字式与模拟式两种显示技术的优点加以综合利用。对数字显示器的闪烁问题，可选取合适的显示器通道时间常数来解决，在信息显示的真空性与可用性的矛盾之间取得一个合理的折衷。
图2所示为仪器仪表内部结构框图。其中转换通道是将被测信号转换为标准信号(如0} lOmADC或4一20mADC信号)，送至记录、控制等其它仪表或是计算机.为防止显示器闪烁，首先，根据精度指标的要求，选取合适的测量分辨率，不可片面追求无意义的高分辨率，以免显示器位数太多，容易闪烁。当测量范围过宽时，可对量程进行分段，以避免显示器位数过多。另外，重要的是信号测量通道直到显示器的显示通道时间常数不能太小.由于信号测量通道的时间常数(T,)为保证测量的动态性而不能太小，故主要靠设计、选取信号显示通道的时间常数(TZ)来实现。对于内含单片微计算机系统的仪器仪表来说，这个时间常数包括数据多次平均的个数和时间长度以及显示器数据更新的时间等多方面的因素。根据人的视觉适应性，无论数字仪表内是否含单片微机系统，建议时间常数TZ的选取应使显示器每隔1 ^-1. 5s更换一次数据。同时，仪表的说明书应写明此时间参数供仪表使用者读表时参考。当然，数据更新的时间间隔太大亦不行，那样会使被测参数显示的动态误差加大，给人造成参数不变，稳定的错觉。
对信号测量通道与转换通道，其时间常数之和T1+T2就按信号测量动态特性和抗干扰滤波的要求来选取，其相对TZ来说就可小得多.这样，从显示器上可读取无闪烁的测量参数值，而从转换通道又可得到动态误差较小的真实信号，供记录、控制、打印曲线使用.于是，解决了信息显示的真实性和可用性之间存在的矛盾。
对于数字显示器显示信息量单一的问题，除了在设计仪表面板时能让操作者通过简单的操作就可切换出量程，上、下限等附加信息外，另外一种方法就是借鉴模拟显示仪表的形式，对有关参数进行数字与模拟混合式显示.现叙述两种具体的实现方法。
第一种是将仪表面板设计成如图3所示的形式，被测参数可在数字显示器上精确显示出来，另设三排颜色不同的发光二极管光柱，分别指示被测参数、上限设定值和下限设定值的大致位置。
显然，内含单片微机系统的仪表仅作少量的软件和硬件开销，就可实现这种数字模拟混合式显示面板。
另一种方法是采用近年来出现的字符式液晶显示器件来构成仪表的显示面板。例如一种型号为EDM2004的字符式液晶显示器，其可在显示屏上显示4行字符，每行20个字符，每个字符由5X7点阵组成。显然，这样的显示器件更可以在显示器上同时提供多种信息参数，也可设计成如图3所示的数字模拟混合式显示形式。特别是这种显示器件还能显示一定的图案、曲线等，反映了当代先进的仪表显示技术向着图形化、数字模拟混合式发展的趋势。
上述数字模拟混合式显示技术方案增加仪表的成本不大，但是直观地提供了更多的信息、显示，仪表的功能大为提高，仪表更受用户欢迎，市场竞争力更强.故目前国内外不少仪表设计和生产厂家注意到本文所讨论的问题并采用了同上述的数字模拟混合式方案相类似的显示技术，丰富其产品犷显示功能。目前，已有现成等离子体光柱出售，y成为一种通用的仪表配件，可更精确地模拟显示出被测参数和上、下限报警设定值，使本文所提出的数字模拟混合式显示技术得以实现。
本文作者：叶林 刘健荣 孙键
