數(shù)字電子秤數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) - 副本 - 副本

1、 河南城建學(xué)院河南城建學(xué)院河南城建學(xué)院電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 實(shí)用電子稱 姓 名： 徐貴超 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 0914121 指導(dǎo)老師： 樊曉虹 所在院系：電氣與信息工程學(xué)院 2014 年年 06 月月 19 日日 摘要摘要本設(shè)計(jì)分五個(gè)模塊：電源模塊、數(shù)據(jù)采集及放大模塊、模板（A/D)轉(zhuǎn)換模板、自動(dòng)換擋模塊、顯示模塊。本電路應(yīng)用壓敏電阻構(gòu)成秤重電橋來(lái)采集電壓的微小變化，經(jīng)過(guò)放大電路放大后送入 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 CC7107，對(duì)輸入電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出；顯示模塊直接連接數(shù)碼管構(gòu)成，顯示實(shí)際測(cè)量值。同時(shí)根據(jù)輸出，自動(dòng)判斷出所加壓力的大小來(lái)改變量程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋

2、。外部電路非常簡(jiǎn)單，方便制作。本課程設(shè)計(jì)的電子秤以乘法器為主要部件，利用全橋測(cè)量原理，通過(guò)對(duì)電路輸出電壓和標(biāo)準(zhǔn)重量的線性關(guān)系，建立具體的數(shù)學(xué)模型，將電壓量綱（V）改為重量綱（g）即成為一臺(tái)原始電子秤。其中測(cè)量電路中最主要的元器件就是電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器是傳感器中應(yīng)用最多的一種，本設(shè)計(jì)采用全橋測(cè)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(yùn)放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，以滿足 A/D 轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求。CC7106 A/D 轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字信號(hào)輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出

3、測(cè)量結(jié)果。本系統(tǒng)是針對(duì)是電子稱的自動(dòng)稱重、自動(dòng)計(jì)價(jià)、數(shù)據(jù)處理進(jìn)行研究的。為了闡明用單片機(jī)是如何對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換、計(jì)算問(wèn)題進(jìn)行了研究。討論了單片機(jī)控制系統(tǒng)中關(guān)鍵的中斷、計(jì)算問(wèn)題，結(jié)果表明通過(guò)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)更完善。本文在給出智能電子稱硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了電子稱的軟件控制方法。由于單片機(jī)控制的電子稱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，深受人們的喜愛(ài)，本文將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)討論。 目錄目錄第一節(jié)摘要.21.1 本設(shè)計(jì)的任務(wù)和主要內(nèi)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(shè)計(jì).52.1 電阻應(yīng)變式傳感器的選擇.52.2 三運(yùn)放大電路的設(shè)計(jì).72.3 集成 A/D 轉(zhuǎn)換器 CC71

4、06 . 72.4 LED 顯示電路的設(shè)計(jì).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(shè)計(jì)總結(jié).13第五節(jié) 參考文獻(xiàn).141.11.1 本設(shè)計(jì)的任務(wù)和主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)的任務(wù)和主要內(nèi)容設(shè)計(jì)任務(wù)： 設(shè)計(jì)一數(shù)字電子秤，其技術(shù)要求如下： 1） 測(cè)量范圍：0-1.999kg; 0-19.99kg; 0-199.9kg; 0-1999kg。 2） 用數(shù)字顯示被測(cè)重量，小數(shù)點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)不同量程顯示。3） 具有自動(dòng)切換量程功能。 1.21.2 設(shè)計(jì)思路及原理框圖設(shè)計(jì)思路及原理框圖1.設(shè)計(jì)思路1）用電子稱稱重的過(guò)程是把被測(cè)物體的重量通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。由于這一信號(hào)通常都非常小，需要

5、進(jìn)行放大，放大后的模擬信號(hào)經(jīng)模/數(shù)變換轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，再通過(guò)譯碼顯示器顯示出重量。由于被測(cè)物體的重量相差很大，根據(jù)不同的測(cè)量范圍要求，可由電路自由切換量程，同時(shí)，顯示器的小數(shù)點(diǎn)數(shù)位對(duì)應(yīng)不同量程而變化，即可實(shí)現(xiàn)電子稱的要求。2）稱重的準(zhǔn)確程度首先取決于傳感器輸出的信號(hào)，電子稱的傳感器通常使用電橋，它將應(yīng)變電阻轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)或電流信號(hào)?；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(shè)計(jì)硬件的設(shè)計(jì)2.12.1 傳感器的選擇傳感器的選擇2.1.12.1.1 電阻應(yīng)變式傳感器的組成以及原理電阻應(yīng)變式傳感器的組成以及原理電阻應(yīng)變式傳感器是將被測(cè)量的力，通過(guò)它產(chǎn)

6、生的金屬?gòu)椥宰冃无D(zhuǎn)換成電阻變化的元件。由電阻應(yīng)變片和測(cè)量線路兩部分組成。常用的電阻應(yīng)變片有兩種：電阻絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片，本設(shè)計(jì)中采用的是電阻絲應(yīng)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(dǎo)線，線柵上面粘有覆蓋層，起保護(hù)作用。電阻應(yīng)變片也會(huì)有誤差，產(chǎn)生的因素很多，所以測(cè)量時(shí)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(cè)元件材料的線膨脹系數(shù)的不同引起的。對(duì)于因溫度變化對(duì)橋接零點(diǎn)和輸出，靈敏度的影響，即使采用同一批應(yīng)變片，也 會(huì)因應(yīng)變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差，所以對(duì)要求精度較高的傳感器，必

7、須進(jìn)行溫度補(bǔ)償，解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當(dāng)溫度系數(shù)的自動(dòng)補(bǔ)償片，并從外部對(duì)它加以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點(diǎn)。產(chǎn)生非線性誤差的原因很多，一般來(lái)說(shuō)主要是由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定，通過(guò)線性補(bǔ)償，也可得到改善。 滯后和蠕變是關(guān)于應(yīng)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(nèi)使用。 全橋測(cè)量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，?dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1R2R3R4，其變化值 R1R2R3R4時(shí)，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(yīng)變式

8、傳感器的測(cè)量電路電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路常規(guī)的電阻應(yīng)變片 K 值很小，約為 2，機(jī)械應(yīng)變度約為 0.0000010.001，所以，電阻應(yīng)變片的電阻變化范圍為 0.00050.1 歐姆。所以測(cè)量電路應(yīng)當(dāng)能精確測(cè)量出很小的電阻變化，在電阻應(yīng)變傳感器中做常用的是橋式測(cè)量電路。 橋式測(cè)量電路有四個(gè)電阻，其中任何一個(gè)都可以是電阻應(yīng)變片電阻，電橋的一個(gè)對(duì)角線接入工作電壓 U，另一個(gè)對(duì)角線為輸出電壓 Uo。其特點(diǎn)是：當(dāng)四個(gè)橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)的關(guān)系時(shí)，電橋輸出為零，或則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計(jì)來(lái)測(cè)量，所以電橋能夠精確地測(cè)量微小的電阻變化。 測(cè)量電路是電子秤設(shè)計(jì)電路中是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，我們?cè)谥谱鞯倪^(guò)程中應(yīng)

9、盡量選擇好元件，調(diào)整好測(cè)量的范圍的精確度，以避免減小測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差。圖 2.1.2-1 全橋測(cè)量電橋圖它由電阻應(yīng)變片電阻 R1、R2、R3、R4 組成測(cè)量電橋，R1R2R3R4350，加熱絲阻值為 50 左右，測(cè)量電橋的電源由穩(wěn)壓電源 Uin供給。將差動(dòng)放大器調(diào)零，合上電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)電橋平衡電位 RW1，使數(shù)顯表顯示 0.00V。將 10 只標(biāo)準(zhǔn)砝碼全部置于傳感器的托盤(pán)上，調(diào)節(jié)電位器 RW3（增益即滿量程調(diào)節(jié)）使數(shù)顯表顯示為 0.200V(2V 檔測(cè)量)或0.200V。拿去托盤(pán)上的所有砝碼，調(diào)節(jié)電位器 R W4（零位調(diào)節(jié)）使數(shù)顯表顯示為0.0000V。重復(fù) 2、3 步驟的標(biāo)定過(guò)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(tái)原始的電子秤。2.22.2 三運(yùn)放大電路三運(yùn)放大電路本次課程設(shè)計(jì)中，需要一個(gè)放大電路，我們將采用三運(yùn)放大電路，主要的元件就是三運(yùn)放大器。在許多需要用 A/D 轉(zhuǎn)換和數(shù)字采集的單片機(jī)系統(tǒng)中，多數(shù)情況下，傳感器輸出的模擬信號(hào)都很微弱，必須通過(guò)一個(gè)模擬放大器對(duì)其進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，才能滿足 A/D 轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)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(yùn)放大電路結(jié)構(gòu)圖2.32.3 CC7106CC7106 A/DA/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器CC7106 為雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)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(qiáng)、轉(zhuǎn)換精度高等優(yōu)點(diǎn)。可直接驅(qū)動(dòng)液晶顯示器。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(jié)構(gòu)圖，圖 2.3-2 為其外引腳排列圖，各引腳功能說(shuō)明如下：Vdd、Vee：分別為電源的正、負(fù)端。單電源供電時(shí)，常取 Vdd=9V。a 1 g1:個(gè)位筆段驅(qū)動(dòng)端。a 2 g2：十位筆段驅(qū)動(dòng)器。a 3 g3：百位筆段驅(qū)動(dòng)器。bc 4:千位 b、c 筆段驅(qū)動(dòng)器。PM:負(fù)極性顯示輸出端，接千位的 g 端，當(dāng) PM 為負(fù)值時(shí)，顯示為負(fù)號(hào)。BP：液晶顯示器背面公共電極端，輸出為 50HZ

12、 方波。VREF+、VREF-；基準(zhǔn)電壓的正負(fù)端。CREF:基準(zhǔn)電容端，在兩個(gè) CREF 之間接基準(zhǔn)電容。COM:模擬信號(hào)公共端。使用時(shí)，與輸入信號(hào)負(fù)端及基準(zhǔn)電壓負(fù)端相連。TEST：數(shù)字地和測(cè)試端，還用來(lái)測(cè)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(shí)鐘振動(dòng)器外接元件端。用以外接阻容元件或石英晶體組成振動(dòng)器。 圖 2.3-2cc7106 外引腳排列圖 圖 2.3-1cc7106 電路結(jié)構(gòu)圖2.3.22.3.2 CC7106CC7106A/D 轉(zhuǎn)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(yùn)算放大器和過(guò)零比較器等。（2） 分頻器：將主震蕩頻率 fosc 進(jìn)行分頻，從而獲得技術(shù)頻率 fcp 和液晶顯示器背面電極的方波頻率等。（3） 計(jì)數(shù)器：個(gè)位、十位和百位都輸出 8421BCD 碼，千位只有 0 和 1 兩個(gè)數(shù)碼，所以，最大記數(shù)容量為 1999。（4） 鎖存器：用以存放計(jì)數(shù)結(jié)果。（5） 譯碼器：將鎖存器輸出的代碼轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)液晶顯示器的七段字形碼。（6） 驅(qū)動(dòng)器：內(nèi)有異或門(mén)，可提高負(fù)載能力，產(chǎn)生合適的電平驅(qū)動(dòng)液晶顯示器。（7） 邏輯控制：產(chǎn)生控制信號(hào)，協(xié)調(diào)各部分電路工作。2.42.4 顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路設(shè)計(jì)如圖所示為由 A/D 轉(zhuǎn)換器 CC7106 組成的數(shù)字

14、電壓表，電源電壓為 9V。測(cè)量范圍為：0-1.999kg; 0-19.99kg; 0-199.9kg; 0-1999kg 共四檔。輸入阻抗實(shí)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(kāi)關(guān) 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(kāi)關(guān) S1 動(dòng)端對(duì)地電阻為 RX 時(shí)，則 Vx =V1RX /R1。V1 為 V 1+ 和 V1- 端輸入的被測(cè)電壓。圖中，R1、C1 為主振蕩器的定時(shí)元件。R2 和 RP 為基準(zhǔn)電壓 VREF 的分壓電路，用以調(diào)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(guò)載能力。R4、C5 為積分電阻和積分電容，它和內(nèi)部運(yùn)算放大器構(gòu)成積分器。C4 為自動(dòng)調(diào)零電容，C2 為基準(zhǔn)電容。R10、R11、R12、三個(gè)異或門(mén)和開(kāi)關(guān) S2 用以控制小數(shù)點(diǎn)。2.52.5 總體電路結(jié)構(gòu)圖總體電路結(jié)構(gòu)圖 2.5-1 總體電路結(jié)構(gòu)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(gè)）通用電阻81 K512 K210 K27 K29 K156 K190 K1900 K11M5120 K1電阻器24 K1異或門(mén)74LS863二極管IN41482三極管90144單刀雙擲開(kāi)關(guān)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(shè)計(jì)總結(jié)第四節(jié)：設(shè)計(jì)總結(jié) 本次設(shè)計(jì)用到了組合邏輯電路，A/D 轉(zhuǎn)換器，組合邏輯電路等已學(xué)基礎(chǔ)邏輯數(shù)字電路，它既檢驗(yàn)了我們的學(xué)習(xí)成果，也給我們提供了寶貴的實(shí)踐機(jī)會(huì)，促進(jìn)我們對(duì)數(shù)電這一門(mén)有趣 生動(dòng)的電學(xué)專業(yè)課有了更深層次的理解和感悟。更是我們認(rèn)識(shí)到數(shù)電這一門(mén)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(cè)量信息（物理量、化學(xué)量、生物量等）按而傳感器作為測(cè)控系統(tǒng)中對(duì)象信息的入口，越來(lái)越一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)輸出的器件或裝置本次課設(shè)中的半橋電子秤就是在以上儀器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成的。因此，只有充分了解有關(guān)智能儀器、傳感器以及各部分之間的關(guān)系才能達(dá)到要求。本此設(shè)計(jì)就誤差要求而言是 0.001，因而選取的重力傳感器因滿足設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要求又不浪費(fèi)資源。其次是數(shù)據(jù)采集處理階段，此階段是對(duì)傳感器發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行量化、采集，主要分為信號(hào)放大、采集，信號(hào)采集時(shí)需注意的地方