電子技術課程設計(數(shù)字電子秤)

課程名稱：電子技術課程設計設計題目：數(shù)字電子秤院系：專業(yè)：年級：姓名：指導教師：XXXX大學XX校區(qū)年月日課程設計任務書專業(yè)姓名學號開題日期：XX年X月X日完成日期：X年X月X日題目數(shù)字電子秤一、設計的目的1、設計簡易數(shù)字電子秤滿足一定的測量X圍并通過LED顯示出來；2、培養(yǎng)獨立分析問題和解決實際問題的能力；3、了解常用電子器件的類型和特性，并掌握合理選用的原則；4、學會電子電路的安裝與調(diào)試技能，掌握電子電路的測試方法及了解印刷線路板的設計，制作方法；5、學會撰寫課程設計總結報告；6、進一步熟悉電子儀器的使用方法；7、培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度；二、設計的內(nèi)容及1、測量X圍：0~199.9kg；2、用數(shù)字顯示被測重量，小數(shù)點位置對應不同的量程顯示；擴展：具有自動切換量程功能。三、指導教師評語四、成績指導教師(簽章)年月日目錄摘要1一、總體方案設計與論證21.1電子稱的基本結構21.2總體方案設計與論證3二、單元電路設計及參數(shù)計算42.1傳感器模塊42.1.1稱重傳感器的基本原理42.1.2稱重傳感器的測量電路62.2放大電路模塊82.2.1放大電路方案的選擇82.2.2INA126放大器基本介紹102.2.3放大電路的設計112.3A/D轉換模塊132.3.1A/D轉換芯片的選擇132.3.2A/D轉換芯片ICL7107簡介142.3.3ICL7107A/D轉換電路172.4數(shù)碼管顯示模塊182.4.1數(shù)碼管簡介182.4.2數(shù)碼管顯示電路192.4.3A/D轉換電路與顯示電路20三、總原理圖及元器件清單203.1總原理圖203.2元器件清單21四、安裝與調(diào)試214.1系統(tǒng)安裝214.2系統(tǒng)調(diào)試214.2.1調(diào)試儀器214.2.2系統(tǒng)調(diào)試21五、性能測試與結果分析21六、結論與心得體會216.1結論216.2心得體會21七、參考文獻21摘要隨著計量技術和電子技術的發(fā)展傳統(tǒng)純機械結構的桿秤、臺秤、磅秤等稱量裝置逐步被淘汰，電子稱量裝置電子秤、電子天平等以其準確、快速、方便、顯示直觀等諸多優(yōu)點而受到人們的青睞。電子秤采用現(xiàn)代傳感器技術、電子技術和計算機技術一體化的電子稱量裝置，才能滿足并解決現(xiàn)實生活中提出的“快速、準確、連續(xù)、自動”稱量要求，同時有效地消除人為誤差，使之更符合法制計量管理和工業(yè)生產(chǎn)過程控制的應用要求。本課程設計的電子秤是利用全橋測量原理，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。而由INA126構成的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。放大后的模擬電壓信號經(jīng)過A/D轉換電路變成數(shù)字量，A/D轉換電路采用A/D轉換芯片ICL7107實現(xiàn)。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測量結果，顯示電路采用四塊分立的七段LED顯示電路進行顯示。本設計中通過改變放大電路的增益，從而達到轉換量程的目的。由于被測物體的重量相差較大，根據(jù)不同的側重X圍要求，需對量程進行切換。將設計好的電路利用AltiumDesigner軟件進行電路圖繪制，并進行仿真，最后得到了較好的效果，具有一定的精度，從而證明了該電子稱設計方案可行。關鍵字：全橋測量INA126ICL7107A/D轉換LED總體方案設計與論證1.1電子稱的基本結構電子秤是利用物體的重力作用來確定物體質(zhì)量（重量）的測量儀器，也可用來確定與質(zhì)量相關的其它量大小、參數(shù)、或特性。不管根據(jù)什么原理制成的電子秤均由以下三部分組成：(1)承重、傳力復位系統(tǒng)它是被稱物體與轉換元件之間的機械、傳力復位系統(tǒng)，又稱電子秤的秤體，一般包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結構、吊掛連接部件和限位減振機構等。(2)稱重傳感器即由非電量（質(zhì)量或重量）轉換成電量的轉換元件，它是把支承力變換成電的或其它形式的適合于計量求值的信號所用的一種輔助手段。按照稱重傳感器的結構型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位計式、振弦式、空腔諧振器式等）和應變傳感器（電阻應變式、聲表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應的傳感器。對稱重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持單值對應，并有良好的線性關系；有較高的靈敏度；對被稱物體的狀態(tài)的影響要?。荒茉谳^差的工作條件下工作；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。(3)測量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測量裝置即處理稱重傳感器信號的電子線路（包括放大器、模數(shù)轉換、電流源或電壓源、調(diào)節(jié)器、補嘗元件、保護線路等）和指示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯器件等）。這部分習慣上稱載荷測量裝置或二次儀表。在數(shù)字式的測量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運算、變換、計數(shù)、寄存、控制和驅動顯示等環(huán)節(jié)。1.2總體方案設計與論證數(shù)字電子秤與普通秤的區(qū)別即是將物體的重量通過數(shù)字直接在LED數(shù)碼管或液晶顯示器上顯示出來。因此，首先需要傳感器將重量值轉化成電壓信號或電流信號，而一般經(jīng)傳感器產(chǎn)生的電壓信號或電流信號都是比較微弱的，需經(jīng)放大電路進行放大。放大后的電壓或電流信號均屬于模擬信號，要通過數(shù)碼管或液晶顯示器顯示，必須變成數(shù)字信號，因此，放大電路后再接一A/D轉換電路，將模擬信號轉換成數(shù)字信號以便于數(shù)碼顯示。方案一：通過傳感器產(chǎn)生電壓信號，經(jīng)放大電路把信號放大后輸入A/D轉換芯片進行A/D轉換，由于此芯片可直接用于數(shù)字顯示，故轉換后的數(shù)字量直接用數(shù)碼顯示器進行顯示即可。而量程切換通過修改放大系統(tǒng)的增益實現(xiàn)。原理方框圖如圖1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（傳感器）放大系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（傳感器）放大系統(tǒng)A/D轉換顯示切換量程圖1方案二：通過傳感器產(chǎn)生電壓信號，經(jīng)放大電路把信號放大后輸入A/D轉換芯片進行A/D轉換，然后把轉換后的數(shù)字信號輸入單片機由單片機進行數(shù)據(jù)處理和對A/D轉換的控制，再由單片機輸出顯示信號，通過顯示電路進行顯示。自動換擋功能通過單片機控制實現(xiàn)。該方案的原理方框圖如圖2所示。傳感器放大系統(tǒng)傳感器放大系統(tǒng)A/D轉換單片機顯示自動換擋電路圖2方案一的優(yōu)點是外部電路非常簡單，且同時能實現(xiàn)較高的精度。缺點是無法對A/D轉換進行控制。方案二可控制性好，電路簡單，缺點是數(shù)據(jù)量大且存儲器存儲容量有限。而單片機需要編寫程序進行數(shù)據(jù)處理，較復雜。因此，基于簡單原則、本專業(yè)尚未學單片機的原因，設計總體方案采用方案一。該方案主要包括四個模塊：傳感器模塊、放大模塊、A/D轉換模塊、數(shù)碼顯示模塊。單元電路設計及參數(shù)計算2.1傳感器模塊2.1.1稱重傳感器的基本原理稱重傳感器在受到壓力或拉力時會產(chǎn)生電信號，受到不同壓力或拉力是產(chǎn)生的電信號也隨著變化，而且力與電信號的關系一般為線性關系。稱重傳感器主要由彈性體、電阻應變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋。傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準確度就越高。按照稱重傳感器的結構型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位計式、振弦式、空腔諧振器式等）和應變傳感器（電阻應變式、聲表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應的傳感器。應變片式電阻傳感器是以應變片為傳感器元件,它具精度高，測量X圍廣;使用壽命長,性能穩(wěn)定可靠;結構簡單、尺寸小、重量輕,價格便宜等優(yōu)點.電阻應變片的工作原理是基于電阻應變效應,即導體產(chǎn)生機械形變時,它的電阻值相應發(fā)生變化.電阻應變式傳感器就是將被測物的質(zhì)量的變化轉換成電阻值的變化，再經(jīng)相應的電橋電路轉換為被測物質(zhì)量值相對應的電壓信號。電阻應變式傳感器由感壓裝置、電阻應變片和惠更斯電橋電路三部分組成，應變片式電阻傳感器應用很廣.本設計采用SP20C-G501電阻應變式傳感器，該傳感器結構簡單、靈敏度高。電阻應變片有絲式和箔式.設有一根長為的電阻絲,它在未受力時的原始電阻值為電阻絲在外力的作用下,將引起電阻的相對變化為其中為電阻絲的軸向應變.可見在電阻絲拉伸比例極限內(nèi),電阻的相對變化與應變成正比,可通過電阻或電壓的變化測應變,從而測量重量.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。電阻應變式傳感器安裝示意圖如圖3圖3應變式傳感器安裝示意圖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：(1)電阻絲溫度系數(shù)引起的。(2)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X圍內(nèi)使用。2.1.2稱重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0.000001—0.001，所以，電阻應變片的電阻變化X圍為0.0005—0.1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最常用的是橋式測量電路。它將應變阻值的變化轉換為電壓或電流的變化，這就是可用的輸出信號。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Ui，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，或者就有電壓輸出，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。全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應變片接入電橋對邊，當應變片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其變化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4時，其橋路輸出電壓Uout＝KUiε。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。測量電路是電子秤設計電路中是一個重要的環(huán)節(jié)，在制作的過程中應盡量選擇好元件，調(diào)整好測量的X圍的精確度，以避免減小測量數(shù)據(jù)的誤差。全橋測量基本電路如圖4.圖4其中輸出電壓電子秤的傳感器在不加負荷時，橋路的電阻應平衡，也就是電橋初始平衡狀態(tài)輸出應為零。但實際上橋路各臂阻值不可能絕對相同，接觸電阻及導線電阻也有差異，致使輸出不為零。因此必須設置調(diào)零電路使初始狀態(tài)達到平衡，即輸出為零?？稍趫D4中增加一個調(diào)零電橋，如圖5圖5全橋測量電路其測量條件如表1激勵電壓9VDC～12VDC靈敏度2±0.1mV/V輸入阻抗405±10Ω輸出阻抗350±3Ω極限過載X圍150%安全過載X圍120%使用溫度X圍-20℃～+60℃表12.2放大電路模塊2.2.1放大電路方案的選擇壓力傳感器輸出的電壓信號為毫伏級（0~2mv），所以對運算放大器要求很高。考慮以下幾種方案可以采用：方案一：利用普通低溫漂運算放大器構成多級放大器。普通低溫漂運算放大器構成多級放大器會引入大量噪聲。由于A/D轉換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號就會直接影響最后的測量精度。所以，此中方案不宜采用。方案二：由高精度低漂移運算放大器構成差動放大器。差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放(如OP07)做成一個差動放大器。如圖6.圖6差動放大器電阻R1、R2電容C1、C2、C3、C4用于濾除前級的噪聲，C1、C2為普通小電容，可以濾除高頻干擾，C3、C4為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。優(yōu)點：輸入級加入射隨放大器，增大了輸入阻抗，中間級為差動放大電路，滑動變阻器R6可以調(diào)節(jié)輸出零點，最后一級可以用于微調(diào)放大倍數(shù)，使輸出滿足滿量程要求。輸出級為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比較符合應用要求。缺點：此電路要求R3、R4相等，誤差將會影響輸出精度，難度較大。實際測量，每一級運放都會引入較大噪聲，對精度影響較大。方案三：采用專用儀表放大器，如：INA126，INA121等。此類芯片內(nèi)部采用差動輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口非常簡單。以INA126為例,其實際管腳圖如圖7所示：圖7INA126管腳圖基于以上分析，我決定采用制作方便而且精度很好的專用儀表放大器INA126。2.2.2INA126放大器基本介紹INA126是低功耗、高精度的通用儀表放大器。它通用的3運放（3-opamp）設計和體積小巧使其應用X圍廣泛。反饋電流（Current-feedback）輸入電路即使在高增益條件下(G=100時200kHz)也可提供較寬的帶寬。單個外部電阻可實現(xiàn)從1至10000的任一增益選擇INA126提供工業(yè)標準的增益等式（gainequation）。INA126用激光進行修正微調(diào)，具有非常低的偏置電壓(50mV)，溫度漂移0.5μV/°C和高共模抑制在G=100時120dB）其電源電壓低至±2.25V且靜態(tài)電流只有700uA，是電池供電系統(tǒng)的理想選擇，內(nèi)部輸入保護能經(jīng)受±40V電壓而無損壞。INA126的封裝為8引腳塑料DIP和SO-8表面襯底封裝，規(guī)定溫度X圍為–40°C至+85°C。其特點如表2低偏置電壓最大50μV低溫度漂移最大0.5μV/°C低輸入偏置電流最大5nA高共模抵制CMR最小120dB低靜態(tài)電流700μA寬電源電壓X圍±2.25至±18V8引腳塑料DIP和SO-8封裝輸入保護至±40V表22.2.3放大電路的設計INA126其內(nèi)部結構如圖7所示圖7因此直接在1、8兩管腳間接一電阻便構成基本放大電路了，INA126連接的基本電路如圖8所示圖8放大器增益，通過改變的大小來改變放大器的增益。考慮到濾波情況，由此可在基本放大電路前端接一濾波電路，如圖9所示圖9INA126構成的放大電路及濾波電路通過調(diào)節(jié)的阻值來改變放大倍數(shù)。微弱信號被分別放大后從INA126的第6腳輸出。A/D轉換器ICL7107的輸入電壓變化X圍是-200mV～+200mV，傳感器的輸出電壓信號在0～2mv左右，因此放大器的放大倍數(shù)在100～200左右，可將接成的滑動變阻器。2.3A/D轉換模塊2.3.1A/D轉換芯片的選擇A/D轉換器的主要技術指標：(1)分辨率(Resolution)：分辨率是指數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辨率又稱精度，通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。(2)轉換速率(ConversionRate)：轉換速率是指完成一次從模擬轉換到數(shù)字的AD轉換所需的時間的倒數(shù)。(3)量化誤差(QuantizingError)：由于AD的有限分辨率而引起的誤差，即有限分辨率AD的階梯狀轉移特性曲線與無限分辨率AD（理想AD）的轉移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1個或半個最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。(4)偏移誤差(OffsetError)：輸入信號為零時輸出信號不為零的值，可外接電位器調(diào)至最小。(5)滿刻度誤差(FullScaleError)：滿度輸出時對應的輸入信號與理想輸入信號值之差。(6)線性度(Linearity)：實際轉換器的轉移函數(shù)與理想直線的最大偏移，不包括以上三種誤差。由上面對傳感器量程和精度的分析可知,A/D轉換器誤差應在以下。12位A/D精度：10Kg/4096=2.44g；14位A/D精度：10Kg/16384=0.61g考慮到其他部分所帶來的干擾,12位A/D無法滿足系統(tǒng)精度要求。所以需要選擇14位或者精度更高的A/D。方案一：逐次逼近型A/D轉換器，如：ADS7805、ADS7804等。逐次逼近型A/D轉換，一般具有采樣/保持功能。采樣頻率高，功耗比較低，是理想的高速、高精度、省電型A/D轉換器件。高精度逐次逼近型A/D轉換器一般都帶有內(nèi)部基準源和內(nèi)部時鐘，基于單片機構成的系統(tǒng)設計時僅需要外接幾個電阻、電容。但考慮到所轉換的信號為一慢變信號，逐次逼近型A/D轉換器的快速的優(yōu)點不能很好的發(fā)揮，且根據(jù)系統(tǒng)的要求，14位AD足以滿足精度要求，太高的精度就反而浪費了系統(tǒng)資源，所以此方案并不是理想的選擇。方案二：雙積分型A/D轉換器：如：ICL7135、ICL7109等。雙積分型A/D轉換器精度高，但速度較慢(如：ICL7135,ICL7107),具有精確的差分輸入，輸入阻抗高（大于），可自動調(diào)零，超量程信號，全部輸出于TTL電平兼容。雙積分型A/D轉換器具有很強的抗干擾能力。對正負對稱的工頻干擾信號積分為零，所以對50HZ的工頻干擾抑制能力較強，對高于工頻干擾（例如噪聲電壓）已有良好的濾波作用。只要干擾電壓的平均值為零，對輸出就不產(chǎn)生影響。尤其對本系統(tǒng)，緩慢變化的壓力信號，很容易受到工頻信號的影響。故而采用雙積分型A/D轉換器可大大降低對濾波電路的要求。作為電子秤，系統(tǒng)對A/D的轉換速度要求并不高，精度上14位的AD足以滿足要求。另外雙積分型A/D轉換器較強的抗干擾能力，和精確的差分輸入，低廉的價格使其成為一種不錯的選擇。由于整體方案采用的是方案一，即A/D轉換器直接驅動數(shù)碼顯示，再考慮到其優(yōu)點和缺點，最終選擇了雙積分型A/D轉換器ICL7107。2.3.2A/D轉換芯片ICL7107簡介ICL7107是高性能、低功耗的三位半A/D轉換電路，包含七段譯碼器、顯示驅動器、參考源和時鐘系統(tǒng)?？梢灾苯域寗覮ED數(shù)碼管，是一塊應用非常廣泛的集成電路。ICL7107將高精度、通用性和真正的低成本很好地結合在一起，它有低于10μV的自動校零功能，零漂小于1μV/oC，低于10pA的輸入電流，極性轉換誤差小于一個字。31/2位雙積分型A/D轉換器ICL7107的基本特點：①ICL7107是31/2位雙積分型A/D轉換器，屬于CMoS大規(guī)模集成電路，它的最大顯示值為士1999，最小分辨率為100uV，轉換精度為0.05士1個字。②能直接驅動共陽極LED數(shù)碼管，不需要另加驅動器件，使整機線路簡化，采用士5V兩組電源供電，并將第21腳的GND接第30腳的IN。③在芯片內(nèi)部從V+與之間有一個穩(wěn)定性很高的2.8V基準電源，通過電阻分壓器可獲得所需的基準電壓VREF。④能通過內(nèi)部的模擬開關實現(xiàn)自動調(diào)零和自動極性顯示功能。⑤輸入阻抗高，對輸入信號無衰減作用。⑥整機組裝方便，無需外加有源器件，配上電阻、電容和LED共陽極數(shù)碼管，就能構成一只直流數(shù)字電壓表頭。⑦噪音低，溫漂小，具有良好的可靠性，壽命長。⑧芯片本身功耗小于15mw（不包括LED）。⑨不設有一專門的小數(shù)點驅動信號。使用時可將LED共陽極數(shù)數(shù)碼管公共陽極接V+。⑩可以方便的進行功能檢查。ICL7107芯片及各引腳如圖10所示圖10ICL7107各管腳功能：V＋和V-分別為電源的正極和負極；A1-G1,A2-G2，A3-G3：分別為個位、十位、百位筆畫的驅動信號，依次接個位、十位、百位LED顯示器的相應筆畫電極。AB4：千位筆畫驅動信號。接千位LED顯示器的相應的筆畫電極。BP/GND：電源地Oscl-OSc3：時鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器。第38腳至第40腳電容量的選擇是根據(jù)下列公式來決定：Fosl=0.45/RCBsE838：模擬信號公共端，簡稱“模擬地”，使用時一般與輸入信號的負端以及基準電壓的負極相連。TEST：測試端，該端經(jīng)過500歐姆電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱“邏輯地”或“數(shù)字地”。VREF＋、VREF-：基準電壓正負端。CREF：外接基準電容端。INT：27是一個積分電容器，必須選擇溫度系數(shù)小不致使積分器的輸入電壓產(chǎn)生漂移現(xiàn)象的元件。IN＋和IN-：模擬量輸入端，分別接輸入信號的正端和負端。AZ：積分器和比較器的反向輸入端，接自動調(diào)零電容CAz。如果應用在200mV滿刻度的場合是使用0.47μF，而2V滿刻度是0.047μF。BUF：緩沖放大器輸出端，接積分電阻Rint。其輸出級的無功電流(idlingcurrent)是100μA，而緩沖器與積分器能夠供給20μA的驅動電流，從此腳接一個Rint至積分電容器，其值在滿刻度200mV時選用47K，而2V滿刻度則使用470K。POL:極性2.3.3ICL7107A/D轉換電路TEST為數(shù)字地，與VCC相接可進行測試，因此，可在第37引腳外接一開關與VCC相連。A/D轉換電路如圖11.圖11A/D轉換電路2.4數(shù)碼管顯示模塊2.4.1數(shù)碼管簡介常見的數(shù)碼管由七個條狀和一個點狀發(fā)光二極管管芯制成，叫七段數(shù)碼管，如圖12(a)圖12LED數(shù)碼管中各段發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是正向壓降較大，正向電阻也較大。在一定X圍內(nèi)，其正向電流與發(fā)光亮度成正比。由于常規(guī)的數(shù)碼管起輝電流只有1～2mA，最大極限電流也只有10～30mA，所以它的輸入端在5V電源或高于TTL高電平(3.5V)的電路信號相接時，一定要串加限流電阻，以免損壞器件。7段LED數(shù)碼管是利用7個LED（發(fā)光二極管）外加一個小數(shù)點的LED組合而成的顯示設備，可以顯示0~9等10個數(shù)字和小數(shù)點，這類數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陽極就是把所有LED的陽極連接到共同接點，而每個LED的陰極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點）；共陰極則反之如圖12(b)、(c)所示。圖中的8個LED分別與圖中的a~DP各段相對應，通過控制各個LED的亮滅來顯示數(shù)字。對于單個數(shù)碼管來說，從它的正面看進去，左下角那個腳為1腳，以逆時針方向依次為1~10腳，左上角那個腳便是10腳了，上面圖12中的字母分別與這10個管腳一一對應。2.4.2數(shù)碼管顯示電路由于所選用的芯片ICL7107已經(jīng)具有譯碼功能且其內(nèi)部有驅動LED陽極數(shù)碼管的電路，因此可選擇4個共陽極數(shù)碼管，將其共陽極端接VCC，而其余管腳直接與ICL7107對應的腳相連即可。數(shù)碼管顯示電路如圖13圖13LED數(shù)碼管顯示電路2.4.3A/D轉換電路與顯示電路由于ICL7107的量程X圍為-200~200，即最大值為200，所以4個數(shù)碼管依次對應百、十、個、小數(shù)位。其中個位的小數(shù)點應該顯示，因此，直接將個位的DP腳與地相連即可，其余三個數(shù)碼管的DP腳直接懸空即可。A/D轉換電路與顯示電路如圖14圖14A/D轉換電路與數(shù)碼管顯示電路總原理圖及元器件清單3.1總原理圖結合上述四個模塊，用AltiumDesigner軟件可繪出總原理圖如圖153.2元器件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注Rp1、RG1、R12POT4MM-21K各1電位器R2、R3、R4、R5CF120-1CB120各1電阻應變片R6、R7AXIAL-0.3750各1電阻R8AXIAL-0.31M1電阻R9AXIAL-0.347K1電阻R10AXIAL-0.3100K1電阻R11AXIAL-0.324K1電阻C1、C2、C3RAD-0.30.1F各1瓷片電容C4、C5RB7.6-15220F各1電解電容C6RAD-0.30.02F1瓷片電容C7RAD-0.30.47F1瓷片電容C8RAD-0.30.22F1瓷片電容C9RAD-0.3100pF1瓷片電容S1SPST-21按鈕開關U1ICL71071A/D轉換器U2INA1261儀表放大器DS1、DS2、DS3、DS4LEDDIP-10各1LED數(shù)碼管安裝與調(diào)試4.1系統(tǒng)安裝將電阻絲排成網(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，按圖3所示安裝稱重傳感器。其余模塊按照相應模塊的電路圖焊接電路板并安裝。4.2系統(tǒng)調(diào)試4.2.1調(diào)試儀器可調(diào)直流電源，可調(diào)X圍：0~200mV ；萬用表，精度：0.1mV；砝碼若干。4.2.2系統(tǒng)調(diào)試傳感器模塊：托盤空載，調(diào)節(jié)Rp1,用萬用表測量輸出電壓直至為0，然