數(shù)字電子秤數(shù)字電路課程設計說明書 - 副本 - 副本

1、 河南城建學院河南城建學院河南城建學院電子技術基礎課程設計報告電子技術基礎課程設計報告 實用電子稱 姓 名： 徐貴超 學 號： 專業(yè)班級： 0914121 指導老師： 樊曉虹 所在院系：電氣與信息工程學院 2014 年年 06 月月 19 日日 摘要摘要本設計分五個模塊：電源模塊、數(shù)據(jù)采集及放大模塊、模板（A/D)轉換模板、自動換擋模塊、顯示模塊。本電路應用壓敏電阻構成秤重電橋來采集電壓的微小變化，經(jīng)過放大電路放大后送入 A/D 轉換芯片 CC7107，對輸入電壓信號進行轉換成數(shù)字量輸出；顯示模塊直接連接數(shù)碼管構成，顯示實際測量值。同時根據(jù)輸出，自動判斷出所加壓力的大小來改變量程，實現(xiàn)自動換擋

2、。外部電路非常簡單，方便制作。本課程設計的電子秤以乘法器為主要部件，利用全橋測量原理，通過對電路輸出電壓和標準重量的線性關系，建立具體的數(shù)學模型，將電壓量綱（V）改為重量綱（g）即成為一臺原始電子秤。其中測量電路中最主要的元器件就是電阻應變式傳感器。電阻應變式傳感器是傳感器中應用最多的一種，本設計采用全橋測量電路，使系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差更小，輸出的數(shù)據(jù)更精確。而三運放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號進行一定倍數(shù)的放大，以滿足 A/D 轉換器對輸入信號電平的要求。CC7106 A/D 轉換的作用是把模擬信號轉變成數(shù)字信號，進行模數(shù)轉換，然后把數(shù)字信號輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出

3、測量結果。本系統(tǒng)是針對是電子稱的自動稱重、自動計價、數(shù)據(jù)處理進行研究的。為了闡明用單片機是如何對采樣數(shù)據(jù)進行處理，對數(shù)據(jù)的采集和轉換、計算問題進行了研究。討論了單片機控制系統(tǒng)中關鍵的中斷、計算問題，結果表明通過軟件設計實現(xiàn)更完善。本文在給出智能電子稱硬件設計的基礎上，詳細分析了電子稱的軟件控制方法。由于單片機控制的電子稱結構簡單，成本低廉，深受人們的喜愛，本文將對此進行詳細討論。 目錄目錄第一節(jié)摘要.21.1 本設計的任務和主要內容.41.2 基本工作原理及原理框圖.4第二節(jié)硬件電路的設計.52.1 電阻應變式傳感器的選擇.52.2 三運放大電路的設計.72.3 集成 A/D 轉換器 CC71

4、06 . 72.4 LED 顯示電路的設計.102.5 總體工作電路原理圖.11第三節(jié) 電路元件列表.12第四節(jié) 設計總結.13第五節(jié) 參考文獻.141.11.1 本設計的任務和主要內容本設計的任務和主要內容設計任務： 設計一數(shù)字電子秤，其技術要求如下： 1） 測量范圍：0-1.999kg; 0-19.99kg; 0-199.9kg; 0-1999kg。 2） 用數(shù)字顯示被測重量，小數(shù)點位置對應不同量程顯示。3） 具有自動切換量程功能。 1.21.2 設計思路及原理框圖設計思路及原理框圖1.設計思路1）用電子稱稱重的過程是把被測物體的重量通過傳感器轉換成電壓信號。由于這一信號通常都非常小，需要

5、進行放大，放大后的模擬信號經(jīng)模/數(shù)變換轉變成數(shù)字量，再通過譯碼顯示器顯示出重量。由于被測物體的重量相差很大，根據(jù)不同的測量范圍要求，可由電路自由切換量程，同時，顯示器的小數(shù)點數(shù)位對應不同量程而變化，即可實現(xiàn)電子稱的要求。2）稱重的準確程度首先取決于傳感器輸出的信號，電子稱的傳感器通常使用電橋，它將應變電阻轉變成電壓信號或電流信號?；竟ぷ髟砜驁D如圖 1.2-1 所示： 圖 1.2-1 基本原理工作框圖第二節(jié)第二節(jié) 硬件的設計硬件的設計2.12.1 傳感器的選擇傳感器的選擇2.1.12.1.1 電阻應變式傳感器的組成以及原理電阻應變式傳感器的組成以及原理電阻應變式傳感器是將被測量的力，通過它產(chǎn)

6、生的金屬彈性變形轉換成電阻變化的元件。由電阻應變片和測量線路兩部分組成。常用的電阻應變片有兩種：電阻絲應變片和半導體應變片，本設計中采用的是電阻絲應變片，為獲得高電阻值，電阻絲排成網(wǎng)狀，并貼在絕緣的基片上，電阻絲兩端引出導線，線柵上面粘有覆蓋層，起保護作用。電阻應變片也會有誤差，產(chǎn)生的因素很多，所以測量時我們一定要注意，其中溫度的影響最重要，環(huán)境溫度影響電阻值變化的原因主要是：A.電阻絲溫度系數(shù)引起的。B.電阻絲與被測元件材料的線膨脹系數(shù)的不同引起的。對于因溫度變化對橋接零點和輸出，靈敏度的影響，即使采用同一批應變片，也 會因應變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差，所以對要求精度較高的傳感器，必

7、須進行溫度補償，解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當溫度系數(shù)的自動補償片，并從外部對它加以適當?shù)难a償。非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點。產(chǎn)生非線性誤差的原因很多，一般來說主要是由結構設計決定，通過線性補償，也可得到改善。 滯后和蠕變是關于應變片及粘合劑的誤差。由于粘合劑為高分子材料，其特性隨溫度變化較大，所以稱重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內使用。 全橋測量電路中，將受力性質相同的兩應變片接入電橋對邊，當應變片初始阻值：R1R2R3R4，其變化值 R1R2R3R4時，其橋路輸出電壓 UoutKE。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善。2.1.22.1.2 電阻應變式

8、傳感器的測量電路電阻應變式傳感器的測量電路常規(guī)的電阻應變片 K 值很小，約為 2，機械應變度約為 0.0000010.001，所以，電阻應變片的電阻變化范圍為 0.00050.1 歐姆。所以測量電路應當能精確測量出很小的電阻變化，在電阻應變傳感器中做常用的是橋式測量電路。 橋式測量電路有四個電阻，其中任何一個都可以是電阻應變片電阻，電橋的一個對角線接入工作電壓 U，另一個對角線為輸出電壓 Uo。其特點是：當四個橋臂電阻達到相應的關系時，電橋輸出為零，或則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計來測量，所以電橋能夠精確地測量微小的電阻變化。 測量電路是電子秤設計電路中是一個重要的環(huán)節(jié)，我們在制作的過程中應

9、盡量選擇好元件，調整好測量的范圍的精確度，以避免減小測量數(shù)據(jù)的誤差。圖 2.1.2-1 全橋測量電橋圖它由電阻應變片電阻 R1、R2、R3、R4 組成測量電橋，R1R2R3R4350，加熱絲阻值為 50 左右，測量電橋的電源由穩(wěn)壓電源 Uin供給。將差動放大器調零，合上電源開關，調節(jié)電橋平衡電位 RW1，使數(shù)顯表顯示 0.00V。將 10 只標準砝碼全部置于傳感器的托盤上，調節(jié)電位器 RW3（增益即滿量程調節(jié)）使數(shù)顯表顯示為 0.200V(2V 檔測量)或0.200V。拿去托盤上的所有砝碼，調節(jié)電位器 R W4（零位調節(jié)）使數(shù)顯表顯示為0.0000V。重復 2、3 步驟的標定過程，一直到精確為

10、止，把電壓量綱 V 改為重量綱 g，就可以稱重。成為一臺原始的電子秤。2.22.2 三運放大電路三運放大電路本次課程設計中，需要一個放大電路，我們將采用三運放大電路，主要的元件就是三運放大器。在許多需要用 A/D 轉換和數(shù)字采集的單片機系統(tǒng)中，多數(shù)情況下，傳感器輸出的模擬信號都很微弱，必須通過一個模擬放大器對其進行一定倍數(shù)的放大，才能滿足 A/D 轉換器對輸入信號電平的要求，在此情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器。 Rw1圖 2.2-1 三運放大電路結構圖2.32.3 CC7106CC7106 A/DA/D 轉換器轉換器CC7106 為雙積分式 A/D 轉換器，它將數(shù)字電路和模擬電路集成在

11、一塊芯片上，為大規(guī)模集成電路。具有輸入阻抗高、功耗低、抗干擾能力強、轉換精度高等優(yōu)點?？芍苯域寗右壕э@示器。2.3.12.3.1 CC7106CC7106 的引腳功能的引腳功能下圖 2.3-1 為 CC7106 的電路結構圖，圖 2.3-2 為其外引腳排列圖，各引腳功能說明如下：Vdd、Vee：分別為電源的正、負端。單電源供電時，常取 Vdd=9V。a 1 g1:個位筆段驅動端。a 2 g2：十位筆段驅動器。a 3 g3：百位筆段驅動器。bc 4:千位 b、c 筆段驅動器。PM:負極性顯示輸出端，接千位的 g 端，當 PM 為負值時，顯示為負號。BP：液晶顯示器背面公共電極端，輸出為 50HZ

12、 方波。VREF+、VREF-；基準電壓的正負端。CREF:基準電容端，在兩個 CREF 之間接基準電容。COM:模擬信號公共端。使用時，與輸入信號負端及基準電壓負端相連。TEST：數(shù)字地和測試端，還用來測試顯示器的筆段。IN+、IN-：模擬電壓輸入端。AZ：外接校零電容端。BUF:外接積分電阻端。INT：外接積分電容端。OSC1OSC3：時鐘振動器外接元件端。用以外接阻容元件或石英晶體組成振動器。 圖 2.3-2cc7106 外引腳排列圖 圖 2.3-1cc7106 電路結構圖2.3.22.3.2 CC7106CC7106A/D 轉換器 CC7106 主要由以下幾部分組成：（1） 模擬電路：

13、主要包括組成積分器的運算放大器和過零比較器等。（2） 分頻器：將主震蕩頻率 fosc 進行分頻，從而獲得技術頻率 fcp 和液晶顯示器背面電極的方波頻率等。（3） 計數(shù)器：個位、十位和百位都輸出 8421BCD 碼，千位只有 0 和 1 兩個數(shù)碼，所以，最大記數(shù)容量為 1999。（4） 鎖存器：用以存放計數(shù)結果。（5） 譯碼器：將鎖存器輸出的代碼轉換成驅動液晶顯示器的七段字形碼。（6） 驅動器：內有異或門，可提高負載能力，產(chǎn)生合適的電平驅動液晶顯示器。（7） 邏輯控制：產(chǎn)生控制信號，協(xié)調各部分電路工作。2.42.4 顯示電路設計顯示電路設計如圖所示為由 A/D 轉換器 CC7106 組成的數(shù)字

14、電壓表，電源電壓為 9V。測量范圍為：0-1.999kg; 0-19.99kg; 0-199.9kg; 0-1999kg 共四檔。輸入阻抗實際上為電阻分壓器的總組織，即 R1=R5+R6+R7+R8+R9=10M。各擋量程由開關 S1 控制， 圖 2.4 部分顯示電路衰減后的電壓 Vx 為電壓表輸入的基本電壓，并送到 CC7106 的 IN +、IN- 端。如開關 S1 動端對地電阻為 RX 時，則 Vx =V1RX /R1。V1 為 V 1+ 和 V1- 端輸入的被測電壓。圖中，R1、C1 為主振蕩器的定時元件。R2 和 RP 為基準電壓 VREF 的分壓電路，用以調節(jié)VREF 的大小。FU

15、 為熔斷絲、R3 為限流電阻，它和 C3 組成輸入濾波電路，用以提高電路的抗干擾能力和過載能力。R4、C5 為積分電阻和積分電容，它和內部運算放大器構成積分器。C4 為自動調零電容，C2 為基準電容。R10、R11、R12、三個異或門和開關 S2 用以控制小數(shù)點。2.52.5 總體電路結構圖總體電路結構圖 2.5-1 總體電路結構圖 第三節(jié)第三節(jié) 電路元件列表電路元件列表元件名稱規(guī)格數(shù)量（個）通用電阻81 K512 K210 K27 K29 K156 K190 K1900 K11M5120 K1電阻器24 K1異或門74LS863二極管IN41482三極管90144單刀雙擲開關JKG16257

16、01J2100pF10.1F10.01F10.47F1電容0.22F19V1直流電源15V1 電路元件列表圖 第四節(jié)：設計總結第四節(jié)：設計總結 本次設計用到了組合邏輯電路，A/D 轉換器，組合邏輯電路等已學基礎邏輯數(shù)字電路，它既檢驗了我們的學習成果，也給我們提供了寶貴的實踐機會，促進我們對數(shù)電這一門有趣 生動的電學專業(yè)課有了更深層次的理解和感悟。更是我們認識到數(shù)電這一門課程的博大精深。 傳感器好比人體“五官”的工程模擬物，它是一種能將特定的被測量信息（物理量、化學量、生物量等）按而傳感器作為測控系統(tǒng)中對象信息的入口，越來越一定規(guī)律轉換成某種可用信號輸出的器件或裝置本次課設中的半橋電子秤就是在以上儀器的基礎上設計而成的。因此，只有充分了解有關智能儀器、傳感器以及各部分之間的關系才能達到要求。本此設計就誤差要求而言是 0.001，因而選取的重力傳感器因滿足設計要求，在節(jié)省的原則下，盡量選取合適的重力傳感器，做到既滿足設計要求又不浪費資源。其次是數(shù)據(jù)采集處理階段，此階段是對傳感器發(fā)出的信號進行量化、采集，主要分為信號放大、采集，信號采集時需注意的地方