數(shù)字電子稱系統(tǒng)設(shè)計

1、河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院課 程 設(shè) 計學(xué)生姓名： 孫俊濤 學(xué) 號： 學(xué) 院：電氣工程系 專 業(yè)： 電氣自動化 題 目： 電子綜合應(yīng)用實踐：指導(dǎo)教師:2011年6月15 i目錄1簡易數(shù)字電子稱系統(tǒng)設(shè)計概述.2簡易數(shù)字電子稱.2.1 傳感器電路的設(shè)計.2.1.1傳感器原理.2.1.2 設(shè)計內(nèi)容.2.2 運算放大器的設(shè)計.2.3 模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 . x2.3.1雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器 . x2.3.2 ICL7107A/D轉(zhuǎn)換器簡介 . x2.3.3 CL7107的A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程. x2.4 數(shù)字顯示電路的設(shè)計 . x2.5 電源部分的設(shè)計. x2.5.1 電源電路的結(jié)構(gòu)及各部

2、分作用. x2.5.2 參數(shù)計算. xx2.6 電路校驗. xx3設(shè)計總電路圖. xxv4設(shè)計的PCB板圖 . 錯誤！未定義書簽5方案仿真. 錯誤！未定義書簽6元件清單.參考文獻(xiàn).致謝. 錯誤！未定義書簽 ii摘 要以前人們用手工稱來計量物體的輕重，而如今是數(shù)字時代，數(shù)字器件的便捷逐漸取代了古老的手工稱。數(shù)字電子稱根據(jù)其量程可用于許多場合，能方便地讀出物體的質(zhì)量，還能進(jìn)行千克、市斤的轉(zhuǎn)換，復(fù)位清零操作等，很多數(shù)字電子稱還能直接讀出物體的價格。將壓力傳感器、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器及顯示電路組合起來，便能制成體積小、精度高、經(jīng)久耐用的簡易數(shù)字電子稱。此外，該電路稍加改造，還可演變出很多電路，如數(shù)顯

3、電流表、數(shù)字溫度計等。關(guān)鍵詞：AD521；ICL7107；傳感器；電子稱1簡易數(shù)字電子稱系統(tǒng)設(shè)計概述簡易數(shù)字電子稱系統(tǒng)是由壓力傳感器（電阻應(yīng)變式稱重傳感器）、運算放大器、3位半模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換器、數(shù)字顯示器等主要部分組成。在測量壓力時，把外界壓力信號通過傳感器轉(zhuǎn)換成電壓信號，該電壓信號經(jīng)過運算放大器放大后經(jīng)過模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，數(shù)字量送顯示器顯示。使用過程說明：通電后，首先清零，數(shù)碼管均顯示零，將物體（重量范圍在0.11 kg）放在電子稱上，由于電阻應(yīng)變片受到壓力發(fā)生形變，阻值發(fā)生相應(yīng)變化，傳感器輸出一個電壓值1。此電壓值經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，數(shù)碼管顯示一個讀數(shù)，該

4、讀數(shù)便為該物體的重量。按下千克、市斤的轉(zhuǎn)換開關(guān)，則能實現(xiàn)相應(yīng)的單位轉(zhuǎn)換功能。主要技術(shù)指標(biāo)：iii（1）稱量范圍：0.11kg；（2）誤差：±0.10g（或±1個字）；（3）千克、市斤轉(zhuǎn)換；（4）LED（LCD）數(shù)碼顯示：3位半。（5）復(fù)零調(diào)節(jié)。iv2簡易數(shù)字電子稱1）組成按照系統(tǒng)設(shè)計要求，設(shè)計該系統(tǒng)主要由4個模塊組成：壓力傳感器（電阻應(yīng)變式稱重傳感器）、運算放大器、模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換器、數(shù)字顯示器等主要部件組成。2）原理及框圖在測量壓力時，把外界壓力信號通過傳感器轉(zhuǎn)換成電壓信號，該電壓信號經(jīng)過適當(dāng)處理后經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，數(shù)字量送顯示器顯示1。復(fù)零調(diào)

5、節(jié)電路是將數(shù)字顯示器清零，測試轉(zhuǎn)換電路是實現(xiàn)千克和市斤之間的轉(zhuǎn)換。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1 簡易數(shù)字電子稱的結(jié)構(gòu)框圖2.1 傳感器電路的設(shè)計2.1.1傳感器原理導(dǎo)體或半導(dǎo)體在外界作用下產(chǎn)生機(jī)械形變時，其阻值將發(fā)生相應(yīng)的變化，這種現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)”2。根據(jù)應(yīng)變效應(yīng)將應(yīng)變片粘貼于被測材料上，使其在受到外界應(yīng)力作用時，引起應(yīng)變片的變形，并使其阻值發(fā)生 v變化。通過測量雙差動全橋電路將應(yīng)變片阻值的變化轉(zhuǎn)換成電壓的輸出，就可確定被測材料機(jī)械量的變化。根據(jù)傳感器理論可知，設(shè)長為L、截面積為S、電阻率為的電阻絲，已知其阻值為：R=LS（1）當(dāng)電阻絲兩端有機(jī)械應(yīng)力P時，、L、S都會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電阻發(fā)

6、生變化。其金屬絲的應(yīng)變靈敏系數(shù)K為：K=1+2+c(1-2) （2）比例系數(shù)稱為泊松比，c為金屬晶格結(jié)構(gòu)的比例系數(shù)，一般在-12（鎳）+6（鉑）范圍。在彈性形變范圍內(nèi)，K決定于泊松比和比例系數(shù)c；在塑性形變范圍內(nèi)，因=0.5，所以K=23。在電子秤的實際應(yīng)用中，應(yīng)變式傳感器包括兩個主要部分：一個是彈性敏感元件亦稱彈性體，利用它把被測物理量質(zhì)量轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值。本設(shè)計采用鋁合金作為彈性體的材值。另一個是應(yīng)變片，由于金屬材料的應(yīng)變片穩(wěn)定性好，在很大范圍內(nèi)保持常數(shù)，所以一般采用金屬電阻應(yīng)變片。電子秤在秤臺結(jié)構(gòu)上一個顯著的特點是一個相當(dāng)大的秤臺只在中間裝置一塊專門設(shè)計的傳感器組來感應(yīng)物料重量。當(dāng)秤

7、臺上放置物料時，應(yīng)變片產(chǎn)生電阻應(yīng)變R（應(yīng)變片受拉時為R+R，應(yīng)變片受壓時為R-R）。為了顯示和記錄，通常將應(yīng)變片組成雙差動全橋電路。雙差動全橋電路具有較高的靈敏度，良好的線性關(guān)系和適應(yīng)溫度變化的補(bǔ)償能力。2.1.2 設(shè)計內(nèi)容vi1）結(jié)構(gòu)及原理圖本方案選用雙孔梁彈性稱重傳感器如圖2（a），其同一截面正反兩面粘貼應(yīng)變片，組成差動工作形式的電橋輸出如圖2（b），即采用兩片受壓（R1、R3），兩片受拉（R2、R4）的四片應(yīng)變片，且使相同受力狀態(tài)的兩應(yīng)變片接入電橋的相對臂上。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、容易加工、粘貼應(yīng)變片方便、靈敏度較高，適用于測量小載荷的傳感器中。圖2 （a） 雙孔梁彈性稱重傳感器 （b）全橋

8、電路2）Uo與Ui的關(guān)系全橋輸出應(yīng)接在高輸入電阻的放大器上，故可把電橋看成開路工作狀態(tài)，此時全橋的輸出表達(dá)式3：R1R1R3-R2R4R4Uo= -U=Ui （3） iR+RR+RR+RR+R23412341電橋平衡條件為：R1R3=R2R4（4）設(shè)R1=R2=R3=R4=R，且R1=R2=R3=R4=R，則當(dāng)應(yīng)變片受到力的作用時，輸出電壓為：viiR1+R1R4+R4UO= -UiR1+R1+R2+R2R3+R3+R4+R4R+RR-R= -Ui （5） 2R2RR=UiR=KUi為應(yīng)變系數(shù)，一般為500×10-62000×10-6；相當(dāng)于1040kgf/mm2。若梁的自

9、由端有一被測力如圖2（a），則應(yīng)變片感受的應(yīng)變?yōu)椋?（6）式中:l應(yīng)變計中心處距受力點距離；b懸臂梁寬度；h懸臂梁厚度；E懸臂梁材料的彈性模量。由式（5）和（6）得： blP2EhUo=KUi=KblUiP2Eh（7）其中P=mg，代入（7）式中得：blUimg （8） Eh2bl由于K、E、b、l、h、g、Ui都是固定常量，設(shè)K0=K2gUi，則EhUo=K可得出物體的質(zhì)量和輸出電壓的線性關(guān)系：Uo=K0m（9）viii例如，假設(shè)放置一個質(zhì)量為200g的物體，一般K=2，若取g=10N/kg，Ui=1V，=100010-6，則輸出電壓Uo=2mV。綜上，可設(shè)計出傳感器電路如圖3所示，其中R2

10、、R3為調(diào)零電阻，調(diào)節(jié)R2，使沒有對傳感器施加壓力時，輸出電壓為零；R4、R5為分壓電阻，調(diào)節(jié)R4，為電路提供Ui=1V的電壓。圖3 傳感器電路2.2 運算放大器的設(shè)計由于稱重傳感器輸出的信號往往較弱，而且其中還包含工頻、靜電和電磁耦合等共模干擾，對這種信號的放大就需要放大電路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗3。經(jīng)分析篩選出以下兩種小信號放大電路。方案一：下圖4所示的電路是為提高測量精度所設(shè)計的高輸入電阻放 ix大電路。它用3個OP07構(gòu)成差分放大電路。OP07構(gòu)成的差分放大電路有很高的共模抑制比，能很好地消除共模影響，但如果正負(fù)電源不平衡，就會造成失調(diào)。而且此方案需要采用過

11、多的集成運放和分立器件，穩(wěn)定性難以保證，調(diào)試也有較大困難，故不予采用。圖4 高輸入電阻放大電路方案二：采用AD公司推出的單片精密測量儀用放大器AD521。這種單片測量放大器具有性能優(yōu)異、體積小、電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點。AD521具有高輸入阻抗，低失調(diào)電流，高共模抑制比的特點，其增益可以在0.11000范圍內(nèi)調(diào)整，增益的調(diào)整不需要精密的外接電阻，各種增益參數(shù)已進(jìn)行了內(nèi)部補(bǔ)償3。它能很好地抑制工頻、靜電和電磁耦合等引起的共模干擾和電源電壓噪聲，其管腳功能與基本接法如圖5所示。x圖5 AD521的管腳功能和基本接法在圖5（b）中，Rp用來調(diào)節(jié)放大器零點，調(diào)整方法是將管腳4和6接到10k電位器的兩

12、個固定端，滑動端接電源負(fù)端。Rg為外接增益電阻，Rs為外接反饋電阻。測量放大器增益的計算公式為：Ku=UoRs= UiRg（10）放大倍數(shù)Ku在0.1到1000范圍內(nèi)調(diào)整，選用Rs100k時，可以得到較穩(wěn)定的放大倍數(shù)。取Rg1k，則放大器增益Ku為100。在使用AD521（或任何其他測量放大器）時，都要特別注意為偏置電流提供回路。為此，輸入端（1或3）必須與電源的地線構(gòu)成回路?？梢灾苯酉噙B，也可以通過電阻相連。比較兩種方案，我選用AD521作為本設(shè)計的放大電路（增益為100），放大后的信號送到模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的輸入端。畫出放大電路圖如圖6所示。xi圖6 放大電路若輸入AD521放大器的電壓是

13、2mV，則放大后輸出電壓為：Uo=KuUi=1002mV=200mV由于下面A/D轉(zhuǎn)換電路的量程為200mV，故需要對放大器輸出的200mV電壓進(jìn)行分壓，可接入一分壓電阻R1=100。則流過輸出電路的電流約為2mA。因為設(shè)計要求能實現(xiàn)市斤、千克的轉(zhuǎn)換，故加入電阻R2=10和電位器R3（最大阻值為20），調(diào)節(jié)R3，使加在A點的電壓為40mV，加在B點的電壓為20 mV。當(dāng)S1接到A點時，顯示的是市斤；當(dāng)三S1接到B點時，顯示的是千克。xii2.3 模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計2.3.1雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器1）特點雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有很強(qiáng)的抗干擾能力。對正負(fù)對稱的工頻干擾信號積分為零，所

14、以對50Hz的工頻干擾抑制能力較強(qiáng)，對高于工頻干擾（例如噪聲電壓）已有良好的濾波作用。尤其對本系統(tǒng)，傳感器輸出的是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(zhuǎn)換器可大大降低對濾波電路的要求。另外雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有價格低廉、精度高、輸入阻抗高（大于103M）、可自動調(diào)零、超量程信號、全部輸出與TTL電平兼容等優(yōu)點3。雖然轉(zhuǎn)換速度較慢，但對稱量影響并不大。2）芯片選擇作為電子秤，系統(tǒng)對A/D的轉(zhuǎn)換速度要求并不高，精度上14位的A/D足以滿足要求。綜合分析其優(yōu)點和缺點，我選擇使用ICL7107對信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。2.3.2 ICL7107A/D 轉(zhuǎn)換器簡介1）結(jié)構(gòu)特

15、點及芯片圖 13位雙積分A/D轉(zhuǎn)換器ICL7107是CMOS大規(guī)模集成電路芯片，2片內(nèi)已經(jīng)集成了模擬電路部分和數(shù)字電路部分，所以只要外接少量元件就1可實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。它內(nèi)部集成了3位A/D轉(zhuǎn)換、譯碼驅(qū)動等多種功能的2CMOS電路，并設(shè)有參考電壓、獨立模擬開關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動、 xiii自動調(diào)零電路等，可直接驅(qū)動LED數(shù)碼管。利用它可以組裝成各種體積小、重量輕的數(shù)字儀表1。其芯片如下圖7所示。圖7 ICL7107芯片2）外圍電路及引腳功能ICL7107的外圍電路如圖8所示：xiv圖8 ICL7107的外圍電路圖各引腳功能如下：1端：U+=5V，電源正端。26端：U-5V，電源負(fù)端。119端：

16、bc4，千位數(shù)筆段驅(qū)動輸出端，由于3位的計數(shù)滿量程顯示2為“1999”，所以bc4輸出端應(yīng)接千位數(shù)顯示器顯示“1”字的b和c筆段。20端：POL，極性顯示端（負(fù)顯示），與千位數(shù)顯示器的g筆段相連接（或另行設(shè)置的負(fù)極性筆段）。當(dāng)輸入信號的電壓極性為負(fù)時，負(fù)號顯示，如“19.99”；當(dāng)輸入信號的電壓極性為正時，極性負(fù)號不顯示，如“19.99”。21端：GND，與正負(fù)電源的公共地端相連接。xv27端：INT，積分器輸出端，外接積分電容C5（一般取C5=0.22F）。 28端：BUF，輸入緩沖放大器的輸出端，外接積分電阻R4（一般取R447k）。29端：CAZ，積分器和比較器的反相輸入端，接自校零電容

17、C4（取C40.47F）。30、31端：IN、IN，輸入電壓低、高端。由于兩端與高阻抗運算放大器相連接，可以忽略輸入信號的注入電流，輸入信號應(yīng)經(jīng)過1M電阻R3和0.01F電容C3組成的濾波電路輸入，以濾除干擾信號。28端：個位數(shù)顯示器的筆段驅(qū)動輸出端，各筆段輸出端分別與個位數(shù)顯示器對應(yīng)的筆段ag相連接。914、25端：十位數(shù)顯示器的筆段驅(qū)動輸出端，各筆段輸出端分別與十位數(shù)顯示器對應(yīng)的筆段ag相連接。1518、2224端：百位數(shù)顯示器的筆段驅(qū)動輸出端，各筆段輸出端分別與百位數(shù)顯示器對應(yīng)的筆段ag相連接。32端：COM，模擬公共電壓設(shè)置端，一般與輸入信號的負(fù)端，負(fù)基準(zhǔn)電壓端相接。33、34端：Cr

18、ef-、Cref+，基準(zhǔn)電容負(fù)壓、正壓端，它被充電的電壓在反相積分時，成為基準(zhǔn)電壓，通常取Cref0.1F。35、36端：Uref-、Uref+，外接基準(zhǔn)電壓低、高位端，由電源電壓分壓得到。Rp和R2是分壓電阻。37端：TEST，數(shù)字地設(shè)置端及測試端，經(jīng)過芯片內(nèi)部的500電阻與GND相連。xvi38、39、40端：OSC13，產(chǎn)生時鐘脈沖的振蕩器的引出端，外接R1、C1元件。振蕩器主振頻率fosc與R1C1的關(guān)系為：fosc 0.45 （11） R1C12.3.3 ICL7107的A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程ICL7107的A/D轉(zhuǎn)換過程大致分兩個階段：即對被測電壓定時積分和對基準(zhǔn)電壓定值積分。各階

19、段的工作過程如圖（9）：圖9 ICL7107A/D轉(zhuǎn)換原理圖1）對被測電壓定時積分如圖9（a），設(shè)tt1時，開關(guān)S1接通被測電壓Ux，反向積分器A1對Ux 積分，其輸出電壓UO開始線性上升（如圖9（b）。當(dāng)UO0時，則過零比較器A2翻轉(zhuǎn)，輸出的正跳變脈沖打開閘門，時鐘脈沖進(jìn)入計數(shù) xvii器計數(shù)。經(jīng)過規(guī)定時間T1或計數(shù)器預(yù)置的數(shù)N1（例如預(yù)置1000個脈沖數(shù)）后計滿溢出時，（即tt2）產(chǎn)生溢出脈沖。這時通過邏輯控制電路使開關(guān)S1接通基準(zhǔn)電壓Uref，斷開被測電壓Ux。則定時積分階段宣告結(jié)束，對基準(zhǔn)電壓Uref的定值積分開始。定時積分階段積分器的輸出電壓的表達(dá)式為：1t2Uo=-Uxdt （12

20、） RCt1定時積分階段結(jié)束時，積分器的輸出電壓Uom為Uom=UxUNT1=x1 （13） RCRCf0N1。 f0式中，f0計數(shù)脈沖的頻率，N1計數(shù)器的預(yù)置數(shù)， T1=2）對基準(zhǔn)電壓定值積分設(shè)tt2時，開關(guān)S1接通基準(zhǔn)電壓Uref（如圖9（a）。反向積分器A1對Uref積分，輸出電壓UO 開始線性下降。當(dāng)UO下降到UO0時（即tt3），如圖9（b），過零比較器A2再次翻轉(zhuǎn)，輸出的負(fù)跳變脈沖關(guān)閉閘門，計數(shù)器停止計數(shù)，邏輯控制電路使開關(guān)S2閉合，積分電容C快速放電，使積分器恢復(fù)到零狀態(tài)，則定值積分階段結(jié)束。在定值積分階段，積分器的輸出電壓UO的表達(dá)式為：Uo=Uom-1t3Urefdt （14

21、） t2RC定值積分階段結(jié)束時，積分器的輸出電壓UO為：Uo=Uom-UrefRCT2 （15） xviii式中，T2定值積分的時間，可以通過計數(shù)器累計的時鐘脈沖數(shù)N2來計算，即T2=N2 （16） f0由式（15）可得：UomUrefN2 （17） =T2=RCRCf0Uref由式（13）和（17）可得：Ux=UrefT2Uref= N2 （18） T1N1可見，ICL7107被測電壓Ux與參考電壓Uref之間有著嚴(yán)格的比例關(guān)系1。若N1固定為1000，應(yīng)設(shè)定Uref為100mV，則被測電壓Ux的值可直接以計數(shù)器的計數(shù)值N2來顯示。輸出讀數(shù)（N2）=Ux1000 （19） Uref在放大器輸

22、出端，若S1接到A端，此時輸出電壓為40mV，則在顯示電路中將顯示“0400”；若S1接到B端，此時輸出電壓為20 mV，則在顯示電路中將顯示“0200”。2.4數(shù)字顯示電路的設(shè)計1）七段數(shù)碼管顯示原理七段數(shù)碼管在工業(yè)控制中有著很廣泛的應(yīng)用,例如用來顯示溫度、數(shù)量、重量、日期、時間等，具有顯示醒目、直觀的優(yōu)點。 xix七段數(shù)碼管可分為共陰極和共陽極的數(shù)碼管，對于共陰極的數(shù)碼管只有當(dāng)其輸入端輸入高電平時二極管才會發(fā)光；而共陽極的數(shù)碼管只有當(dāng)輸入端輸入低電平時二極管才會發(fā)光。其具體工作原理可敘述如下：首先將數(shù)碼管要顯示的8分為七段如圖10所示。圖10 數(shù)碼管位置圖這七段分別由七個發(fā)光二極管構(gòu)成，還

23、有一個發(fā)光二極管用來顯示小數(shù)點。各段LED顯示器需要由驅(qū)動電路驅(qū)動，且驅(qū)動一個二極管點亮需要約3mA的電流。根據(jù)數(shù)碼（0，1，2，3，4，5，6，7，8，9）來決定七段中的某一段或幾段進(jìn)行顯示，例如：如果數(shù)碼為0，則要點亮a、b、c、d、e、f段。對于其它的數(shù)字可依次類推。2）顯示方式的選擇因為芯片ICL7107采用雙電源供電，能輸出較大的電流，適合于驅(qū)動發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼顯示器，并且ICL7107芯片內(nèi)部包括7段譯碼，可以用硬件譯碼的方法直接驅(qū)動發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼顯示器，所以顯 xx示方式采用共陽極數(shù)碼管LED顯示。七段 LED數(shù)碼管共陽級顯示如下圖11。dpecb圖11 共陽極

24、顯示原理ICL7107沒有專門的小數(shù)點驅(qū)動信號，使用時可將共陽極數(shù)碼管的公共陽極接U+，小數(shù)點接GND時點亮，接U+時熄滅1。3）外圍電阻的選擇由于每個二極管需要約3mA電流驅(qū)動，四個數(shù)碼管共有25個二極管需要驅(qū)動，故需要的總電流為253=75mA，所以在5V電源處需加一個100的電阻R1。由式（19），若Uref為100mV，則輸出讀數(shù)和輸入電壓間是十倍的關(guān)系，故需要將十位上的小數(shù)點點亮，才能使所稱物體的質(zhì)量和顯示的讀數(shù)相等。點亮該小數(shù)點的方法是將一個1.5k的電阻接地。具體電路如下圖12。xxi100圖12 顯示電路2.5 電源部分的設(shè)計2.5.1 電源電路的結(jié)構(gòu)及各部分作用1）電源電路框

25、圖及原理在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。小功率穩(wěn)壓電源的組成可以用如圖13表示，它是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成5。圖13 電源電路的結(jié)構(gòu)框圖U電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰慕涣麟妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓5。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動（一般有±10%左右的波動）、負(fù)載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載和溫度變化時，維持輸出穩(wěn)定的直流電壓5。xxii2）整流

26、電路整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電，完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。常見的幾種整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流電路5。本設(shè)計選用單相橋式整流電路，如圖14，其中Tr是電源變壓器，R1是要求直流供電的負(fù)載電阻，四只整流二極管（D1D4）接成電橋的形式。圖14 單相橋式整流電路3）濾波電路濾波電路用于濾除整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器L，以及由電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路5。常用的結(jié)構(gòu)如圖15所示。本設(shè)計濾波電路選用（a）中的電容濾波。xxiii圖15 濾波電路的基本形式

27、4）穩(wěn)壓電路在本設(shè)計中，穩(wěn)壓電路采用三端集成穩(wěn)壓器組成。三端集成穩(wěn)壓器只有輸入、輸出和公共引出端。78L××系列為正電壓輸出，79L××系列為負(fù)電壓輸出。本設(shè)計使用了7815、7805、7915、7905四個三端集成穩(wěn)壓器，其中7815、7805分別輸出15V、5V直流電源，7915、7905分別輸出15V、5V直流電源。2.5.2 參數(shù)計算1）變壓器的參數(shù)計算A保證穩(wěn)壓器在電網(wǎng)電量低時仍處于穩(wěn)壓狀態(tài)，要求：UiUomax+(Ui-Uo)min（20）式中，(Ui-Uo)min是穩(wěn)壓器的最小輸入輸出壓差，典型值為3V。按一般電源指標(biāo)的要求，當(dāng)輸入交流電壓

28、220V變化±10%時，電源應(yīng)穩(wěn)壓。所以穩(wěn)壓電路的最低輸入電壓：UiUomax+(Ui-Uo)min/0.9 （21）xxivV+V3/0.=8.989由于Uomax5V（或15V），所以有Ui5（15V+3V/0.9=20），取值9V（或18V）。B另一方面，為保證穩(wěn)壓器安全工作，要求：UiUomin+(Ui-Uo)max（22）式中，(Ui-Uo)max是穩(wěn)壓器的最大輸入輸出壓差，典型值為35V可見9V（或18V）在所需范圍內(nèi)。C由于IiIimax=0.5A，變壓器副邊P4.5W，變壓器的效率=0.7，則原邊功率P6W，由以上分析可見，選購副邊電壓為9V（或18V），輸出電流1A

29、，功率為9W（18W）的變壓器。2）濾波電容C的計算5RLIC=(35)T 2（23）（式中T為輸入交流信號周期；RLI為整流濾波電路的等效負(fù)載電路）因此有C(35)TIimax/2Uimin=18003000F 取C7、C8=2200µF（C1、C2=1000uF） 接入電容C3、C4、C9、C10用于消除波紋電壓，C5、C6、C11、C12用來抑制穩(wěn)壓器自激。綜上，畫出電源部分的電路如圖16所示。xxvT1T1AC220V圖16 電源部分電路圖2.6 電路校驗1）傳感器電路的調(diào)零如圖3，即當(dāng)應(yīng)變片不受力作用時，調(diào)節(jié)R2，輸出電壓為零。 2）放大電路調(diào)零如圖6，當(dāng)放大器輸入為零時，

30、調(diào)節(jié)Rp，使輸出電壓為零。 3）ICL7107A/D轉(zhuǎn)換電路的調(diào)試如圖8，主要調(diào)試工作為基本量程200mV時的基準(zhǔn)電壓Uref=100mV的調(diào)整1。調(diào)整Rp，用數(shù)字電壓表進(jìn)行測量，看基準(zhǔn)電壓Uref是否等于100mV。調(diào)試后對電路工作狀態(tài)的檢查步驟為： A零電壓測量（此操作可當(dāng)作復(fù)零操作）xxvi將正輸入端與負(fù)輸入端短接，即將31、30腳短接，LED應(yīng)顯示“0000”；B基準(zhǔn)電壓的測量將IN+與Uref（31與36腳）短接，讀數(shù)應(yīng)為“100.0±1”。C顯示器筆段的測試將TEST與U+短接，即將37、1腳短接，LED應(yīng)顯示“1888”。D負(fù)號與溢出功能的檢查將正輸入端與U-短接，即將

31、31、26腳短接，應(yīng)顯示負(fù)號和顯示千位的“1”字，而百、十、個位各段均不亮。xxvii3設(shè)計總電路圖T1T16元件清單表1 元件清單編 號1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25續(xù)表1元件名稱 七段數(shù)碼顯示器 應(yīng)變傳感器 穩(wěn)壓集成塊 穩(wěn)壓集成塊 穩(wěn)壓集成塊 穩(wěn)壓集成塊 變壓器 單刀雙擲開關(guān) 整流二極管 運算放大器 A/D轉(zhuǎn)換器 電位器 電位器 電位器 電位器 電解電容 電解電容 瓷介電容 瓷介電容 瓷介電容 瓷介電容 瓷介電容 瓷介電容 瓷介電容 電阻規(guī) 格 LED BHR-10 7805 7815 7905 7905 DS18B20 SW SPDT 1N4007 AD521 ICL7107 10k 4.3k 20 1k 2200uF 1000uF 0.33 uF 1uF 0.1uF 100pF 0.22uF 0.47uF 0.01uF 1k數(shù) 量 4 1 1 1 1 1 2