電子技術(shù)課程設(shè)計論文數(shù)字電子秤

1、南華大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計論文課題：數(shù)字電子秤學(xué)院：機械工程學(xué)院 專業(yè)：測控技術(shù)與儀器班級：052班姓名：學(xué)號：指導(dǎo)老師： 2011年1月1日 摘要:本設(shè)計分五個模塊：電源模塊、數(shù)據(jù)采集及放大模塊、模數(shù)（a / d）轉(zhuǎn)換模塊、自動換檔模塊、顯示模塊。本電路應(yīng)用壓敏電阻構(gòu)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(zhuǎn)換芯片中，對輸入電壓信號進(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。外部電路非常簡單，方便制作。關(guān)鍵字： 模數(shù)（a / d）轉(zhuǎn)換 秤重電橋 壓敏電阻 自動換檔abstract：the

2、design of the five modules: power modules, data acquisition and enlarge module (a / d) converter module, automatic transmission module, display modules. application of this circuit varistor a weighing bridge for the collection of small changes in voltage, the amplifier amplified into a / d converter

3、 chip, the input voltage signal into digital output modules directly connected to a digital control that the actual measured values. at the same time according to output, automatically determine the size of the pressure to change the range for automatic shift. external circuit is very simple, conven

4、ient production.keyword:digital (a / d)converter weighing bridge varistor automatic transmission 引言在生活中經(jīng)常都需要測量物體的重量，于是就用到秤，但是隨著社會的進(jìn)步、科學(xué)的發(fā)展，我們對其要求操作方便、易于識別。隨著計量技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展傳統(tǒng)純機械結(jié)構(gòu)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(zhǔn)確、快速、方便、顯示直觀等諸多優(yōu)點而受到人們的青睞。電子秤向提高精度和降低成本方向發(fā)展的趨勢引起了對低成本、高性能模擬信號處理器件需求的增加。大多數(shù)電子秤是以1:3,000

5、或1:10,000的分辨率輸出最終的稱重值，使用12 bit14 bit的模數(shù)轉(zhuǎn)換器很容易滿足要求。設(shè)計中主要考慮峰峰值（pp）噪聲分辨率、adc的動態(tài)范圍、增益漂移和濾波。通過分析近年來電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國內(nèi)外市場的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術(shù)性能趨向是速率高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組合性。 目錄首節(jié) 方案設(shè)計和論證5 0.1總體設(shè)計方案與比較5第一節(jié) 設(shè)計原理71.1本設(shè)計的任務(wù)和主要內(nèi)容71.2基本工作原理及原理框圖8第二節(jié) 硬件電路的設(shè)計92.1

6、電阻應(yīng)變式傳感器的選擇82.2 三運放大電路的設(shè)計122.3 adc0809 a/d轉(zhuǎn)換器122.4 led顯示電路的設(shè)計142.5 總體工作電路原理圖17第三節(jié) 軟件的設(shè)計183.1 力加載（全橋電路）-數(shù)字電子秤203.2 電路元件21第四節(jié) 設(shè)計總結(jié)和感想22 參 考 文 獻(xiàn)23首節(jié) 方案設(shè)計和論證0.1 總體設(shè)計方案與比較方案一：通過秤重電橋產(chǎn)生電壓信號，經(jīng)放大電路把信號放大后輸入a/d轉(zhuǎn)換芯片cc7107進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，由于此芯片可直接用于數(shù)字顯示，故轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量直接用數(shù)碼顯示器進(jìn)行顯示。此方案的優(yōu)點是外部電路非常簡單，但同能實現(xiàn)較高的精度。缺點是無法對a/d轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)采集

7、電路 a/d轉(zhuǎn)換電路放大電路顯示電路圖 0.1.1 基本工作原理框圖方案二：該數(shù)顯電子秤電路部分為電阻應(yīng)變式傳感器r1及ic2、ic3組成的測量放大電路，和ic1及外圍元件組成的數(shù)顯面板表。傳感器r1采用e350zaa箔式電阻應(yīng)變片，其常態(tài)阻值為350o。測量電路將r1產(chǎn)生的電阻應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。ic3將經(jīng)轉(zhuǎn)換后的弱電壓信號進(jìn)行放大，作為ad轉(zhuǎn)換器的模擬電壓輸入。ic4提供l22v基準(zhǔn)電壓，它同時經(jīng)r5、r6及rp2分壓后作為a/d轉(zhuǎn)換器的參考電壓。3-1/2位a/d，轉(zhuǎn)換器icl7126的參考電壓輸人正端，由rp2中間觸頭引入，負(fù)端則由rp3的中間觸頭引入。兩端參考電壓可對傳感器非線

8、性誤差進(jìn)行適量補償。該方案的電路原理圖如下：圖 0.1.2 電路原理圖元件選擇lic1選用icl7126集成塊；ic2、ic3選用高精度低溫標(biāo)精密運放op-07;ic4選用lm38512v集成塊。2傳感器ri選用e350zaa箔式電阻應(yīng)變片，其常態(tài)阻值為350o，。3各電阻元件宜選用精密金屬膜電阻。4rpi選用精密多圈電位器，rp2、rp3經(jīng)調(diào)試后可分別用精密金屬膜電阻代替。5電容中c1選用云母電容或瓷介電容。該數(shù)顯電子秤具有易于制作，成本低廉，體積小巧，實用等特點，但是其測量精度不夠方案三：本課設(shè)計的電子秤以單片機為主要部件，利用全橋測量原理，通過對電路輸出電壓和標(biāo)準(zhǔn)重量的線性關(guān)系，建立具體

9、的數(shù)學(xué)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(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(jìn)行一定倍數(shù)的放大，以滿足a/d轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求。adc0809 a/d轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)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測量結(jié)果。該方案利用了單片機技術(shù)，便于編寫我們自己想要的程序，運用范圍更廣，市場更大，此方案的優(yōu)點是可控制性好，性能穩(wěn)定，測量準(zhǔn)確，使用方

10、便等 綜上所述，我們采用方案三比較合適，以下是方案三的詳細(xì)闡述第一節(jié) 設(shè)計原理1.1 本設(shè)計的任務(wù)和主要內(nèi)容設(shè)計的主要任務(wù)和內(nèi)容如下：1) 運用電阻應(yīng)變式傳感器并采用全橋測量電路將壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏π盘?) 設(shè)計一款電子秤，將電力信號通過a/d 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，并用7段led液晶顯示器顯示被稱物體的質(zhì)量3) 電路由全橋測量電橋，三運放大電路，a/d轉(zhuǎn)換電路，led顯示電路組成4) 繪制出其詳細(xì)的電路原理圖和工作原理圖5) 寫出詳細(xì)的實驗報告1.2 基本工作原理及原理框圖基本工作原理框圖如下：傳感器三運放大器adc0809 a/d轉(zhuǎn)換器80318155led顯示器圖 1.2-1 基本工作原

11、理框圖電路方框圖如下：電阻應(yīng)變式傳感器輸出信號三運放大電路放大信號顯示電路a/d轉(zhuǎn)換電路圖1.2-2 電路方框圖第二節(jié) 硬件的設(shè)計2.1 傳感器的選擇2.1.1 電阻應(yīng)變式傳感器的組成以及原理電阻應(yīng)變式傳感器是將被測量的力，通過它產(chǎn)生的金屬彈性變形轉(zhuǎn)換成電阻變化的元件。由電阻應(yīng)變片和測量線路兩部分組成。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

12、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(yīng)變片，也會因應(yīng)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(jìn)行溫度補償，解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當(dāng)溫度系數(shù)的自動補償片，并從外部對它加以適當(dāng)?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(jié)構(gòu)設(shè)計決定，通過線性補償，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。圖1.2-3應(yīng)變

13、式傳感器安裝示意圖全橋測量電路中，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，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。2.1.2 電阻應(yīng)變式傳感器的測量電路常規(guī)的電阻應(yīng)變片k值很小，約為2，機械應(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。所以測量電路應(yīng)當(dāng)能精確測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(yīng)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

14、uo。其特點是：當(dāng)四個橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)的關(guān)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(shè)計電路中是一個重要的環(huán)節(jié)，我們在制作的過程中應(yīng)盡量選擇好元件，調(diào)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 1.2-4 全橋測量電橋圖圖 1.2-5 三運放大電路結(jié)構(gòu)圖它由電阻應(yīng)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(diào)零，合上電源開關(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上，調(diào)節(jié)

15、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檔測量)或0.200v。拿去托盤上的所有砝碼，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)定過程，一直到精確為止，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。2.2 三運放大電路本次課程設(shè)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(zhuǎn)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(jìn)行一定倍數(shù)的放大，才能滿足a/d轉(zhuǎn)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。

16、圖 1.2-6 三運放大電路結(jié)構(gòu)圖2.3 adc0809 a/d轉(zhuǎn)換器adc0809是帶有8位a/d轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的cmos組件。它是逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。 2.3.1 adc0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)：由上圖可知，adc0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個a/d轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存a/d轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)oe端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 2.3.2 引腳結(jié)構(gòu)：in0in7：8條模擬量輸入通

17、道 adc0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05v，若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線：4條 ale為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ale線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將a，b，c三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。a，b和c為地址輸入線，用于選通in0in7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。 cba選擇的通道000in0001in1010in2011in3100in4101in5110in6111in7數(shù)字量輸出及控制線：11條

18、st為轉(zhuǎn)換啟動信號：當(dāng)st上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，st應(yīng)保持低電平。eoc為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)eoc為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。oe為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。oe1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；oe0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。d7d0為數(shù)字量輸出線。 clk為時鐘輸入信號線：因adc0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500khz， vref（），vref（）為參考電壓輸入。 2.3.3 adc0809應(yīng)用說明：1) adc0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與

19、8031直接相連。 2) 初始化時，使st和oe信號全為低電平。 3) 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到a，b，c端口上。 4) 在st端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。 5) 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)eoc信號來判斷。 6) 當(dāng)eoc變?yōu)楦唠娖綍r，這時給oe為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。 2.4 led顯示電路設(shè)計 2.4.1 led顯示器結(jié)構(gòu)與原理 led顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段led。這種顯示塊有共陰極與共陽極兩種。共陰極led顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地。當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮；共陽極led顯示塊的發(fā)光二

20、極管陽極并接。2.4.2 led顯示器與顯示方式 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用led顯示塊構(gòu)成n位led顯示器。n位led顯示器有n根位選線和8*n根段選線。根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。段選線控制字符選擇，位選線控制顯示位的亮，暗。led顯示器有靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示兩種方式。我們使用的為動態(tài)顯示 led動態(tài)顯示方式。 在多位led顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個8位i/o口控制，而共陰極點或共陽極點分別由響應(yīng)的i/o口線控制。圖 2.4-1led顯示電路圖2.5 總體工作電路原理圖 第三節(jié) 軟件的設(shè)計;adc0809通道in0地址 7ff8h;81

21、55 pa口地址 7f01h; pb口地址 7f02h flag bit 7fh org 0000h ajmp main org 0013h ajmp int1main： setb it1 setb ea setb ex1 lcall ad_sort lcall bcd_sort lcall disled lcall delay_lo ajmp mainad_sort: mov r0,#60h setr flag movx dptr,#7ff8h movx dptr,await: jb flag,wait retint1: movx a,dptr mov r0,a clr flag ret1d

22、lsled: mov r3,#01h mov a,r3loop: mov dptr,#7f01h movx dptr,a inc dptr mov a,r0 add a,#0dh movc a,a+pcdir1: movx dptr,a lcall tim2 inc r0 mov a,r3 jb acc.1,loop1 rl a mov r3,a ajmp looploop1: rettim2: mov r7,#04hdlt1: mov r6,#ffhdlt2: djnz r6,dlt2 djnz r7,dlt1 retbcd_sort: mov a,r0 rl a mov b,#10h di

23、v ab mov r0,b inc r0 mov r0,aretdelay_lo:push 0push 1push 2mov 0,#01h;delay_lo1:mov 1,#00hdelay_lo2:mov 2,#0b2h; djnz 2,$ djnz 1,delay_lo2 djnz 0,delay_lo1 pop 2 pop 1 pop 0 ret end3、附錄3.1 力加載（全橋電路）-數(shù)字電子秤采用全橋測量電路，經(jīng)過三運放大電路進(jìn)行信號放大，具有精度高，性能穩(wěn)定，測量準(zhǔn)確，使用方便等優(yōu)點?；驹恚罕驹O(shè)計由以下四部分組成：電阻應(yīng)變傳感器、信號放大系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、顯示器。測量過程是

24、把被測物體的重量通過傳感器將重量信號轉(zhuǎn)化為電壓信號輸出，放大系統(tǒng)把來自傳感且微弱信號放大，放大后的電壓信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，數(shù)字量通過數(shù)字顯示器顯示重量。傳感器的測量電路我們選用全橋測量電路，應(yīng)變電阻作為橋臂電阻接在電橋電路中。無壓力時，電橋平衡，輸出電壓為零；有壓力時，電橋的橋臂電阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，有相應(yīng)電壓輸出。三運放大電路是把傳感器的微弱信號放大，以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換的要求，為保證測量的準(zhǔn)確，放大器應(yīng)該盡量做到高阻輸入低阻輸出，因此一般選用運算系統(tǒng)組成放大電路。3.2 電路元件：adc0809 （a/d轉(zhuǎn)換芯片）、led數(shù)碼管、三運放大器、k為2的電阻應(yīng)變片若干、滑動變阻器（1k2k）、電阻、電容若干第四節(jié) 設(shè)計總結(jié)和感想 在電子技術(shù)的課程設(shè)計中，我花了大量的時間和精力進(jìn)行資料查閱和方案