數(shù)字電子秤報(bào)告

1、. 測(cè)控儀器課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 電子秤的設(shè)計(jì)與制作 專 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 姓 名： 鄧 楊 學(xué) 號(hào)： 200706010220 指導(dǎo)教師組： 吳建平 成毅 時(shí) 間： 2010年1月 數(shù)字電子秤的設(shè)計(jì)與制作摘要本設(shè)計(jì)主要由電源、傳感器、LM324集成運(yùn)放、ICL7107芯片、LED顯示組成，在秤盤(pán)上放上一定質(zhì)量的待測(cè)物，對(duì)其重量進(jìn)行測(cè)量并將結(jié)果輸出到LED顯示。電源主要用于給系統(tǒng)供電，LM324運(yùn)放用于對(duì)傳感器接受的小信號(hào)進(jìn)行放大，ICL7107用于完成整個(gè)系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)LED，LED用于顯示待測(cè)重物的質(zhì)量。整個(gè)系統(tǒng)可用于測(cè)量一定質(zhì)量范圍的重物并將其顯示，另外還可以實(shí)現(xiàn)不同量程之間

2、的轉(zhuǎn)換。關(guān)鍵字：電源 傳感器 LM324集成運(yùn)放 LED顯示 ICL7107芯片第一章 設(shè)計(jì)目標(biāo)與要求1.1設(shè)計(jì)目標(biāo) 盡可能地對(duì)一定質(zhì)量范圍的重物進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，并將其測(cè)量結(jié)果用LED顯示。 對(duì)不同范圍的重物進(jìn)行200g和2000g的不同量程間進(jìn)行切換測(cè)量。 掌握并熟習(xí)如何對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。1.2基本要求 傳感器部分：需要對(duì)待測(cè)重物的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(電壓或者電流)。 運(yùn)放部分：對(duì)弱電信號(hào)進(jìn)行放大。 ICL系統(tǒng)處理部分：實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬電信號(hào)的數(shù)字轉(zhuǎn)換，并驅(qū)動(dòng)LED。 LED部分：對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行顯示。第2章 系統(tǒng)原理 本設(shè)計(jì)通過(guò)傳感器對(duì)待測(cè)物進(jìn)行信號(hào)的收集(對(duì)非電信號(hào)進(jìn)行電信號(hào)的轉(zhuǎn)換)，利用集成運(yùn)放

3、對(duì)收集的弱電信號(hào)進(jìn)行放大，利用ICL集成處理芯片對(duì)經(jīng)過(guò)放大的電信號(hào)進(jìn)行處理，最后利用LED對(duì)結(jié)果進(jìn)行顯示。2.1系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖如圖2-1所示圖2-1 系統(tǒng)框圖 .;2.2 系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖如圖2-2所示。 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 電源電路本系統(tǒng)采用±5V直流電作為電源系統(tǒng),具體采用實(shí)驗(yàn)室的電壓源，通過(guò)二個(gè)電源實(shí)現(xiàn)±5V,具體做法是：將一個(gè)電源的正極做為+5端，將其負(fù)端、地、另外一個(gè)電源的正極相連做為地端，將第二個(gè)電源的負(fù)端做為-5端 。3.2 傳感器 此部分采用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)成的傳感器，對(duì)待測(cè)物的重量進(jìn)行電信轉(zhuǎn)換。3.3 LM324集成運(yùn)放 采用LM324集成運(yùn)放芯片中

4、的三個(gè)運(yùn)放再加上外圍一些電阻，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大，U1-U2為傳感器信號(hào)輸入端，R為放大倍數(shù)調(diào)節(jié)電位器，U3為差分放大級(jí)。對(duì)上述電路進(jìn)行分析，可得如下： (U4-U5)/R=(U3-U4)/R3=(U5-U6)/R4可推知：U0=1+(R3+R4)/R*(U2-U1)3.4 ICL7107處理芯片做為三位半LCD/LED顯示A/D轉(zhuǎn)換器-ICL7107，它包含有七段譯碼器、顯示驅(qū)動(dòng)器、參考源和系統(tǒng)時(shí)鐘，ICL7107可直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。查閱ICL7107集成芯片的PDF資料，可知其正常的工作電壓，典型接法等一些工作條件。其主要包括A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換主要利用ICL7107加少量外圍元件組成

5、。7107內(nèi)部采用雙積分型A/D，每個(gè)轉(zhuǎn)換周期分三個(gè)階段：自動(dòng)校零、信號(hào)積分、反積分。轉(zhuǎn)換分兩步： 第一步，開(kāi)關(guān)S合到輸入端IN，積分器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行固定時(shí)間T1的積分，積分結(jié)束時(shí)電容兩端的電壓與Vin成正比。 第二步，開(kāi)關(guān)S合到基準(zhǔn)電壓Vref端，積分器向反方向積分。當(dāng)積分器輸出電壓變?yōu)榱銜r(shí)反向積分過(guò)程結(jié)束。假如此過(guò)程經(jīng)過(guò)的時(shí)間為T(mén)2，令計(jì)數(shù)器在T2這段時(shí)間里對(duì)固定頻率的時(shí)鐘脈沖記數(shù)。Vin與Vref的比等于T1與T2的比即兩段時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)的比，輸入電壓Vin為模擬量，脈沖數(shù)為數(shù)字量，這樣就實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。其中對(duì)積分電阻選擇47K，積分電容選擇0.10.22uF之間。其對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸出為：

6、1000*(Vin/Vref).基準(zhǔn)電壓：通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)選取基準(zhǔn)電壓。具體接腳為1，32，35，36引腳。時(shí)鐘電路：采用RC振蕩器來(lái)獲得芯片工作需要的時(shí)鐘信號(hào)。具體接腳為38，39，40接上相應(yīng)的電容和電阻。系統(tǒng)頻率=0.45/RC.ICL7107具體電路如下圖：3.5 LED顯示 查閱ICL7107集成芯片資料可知，其驅(qū)動(dòng)的LED為未編碼的共陽(yáng)LED數(shù)碼管。其具體接法如上圖所示。3.6 量程切換量程切換電路利用了電阻分壓的原理， 可以利用不同的分壓比來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的量程，可以利用不同的分壓比來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的量程之間的切換。 本電路具備一個(gè)Kg量程和一個(gè)200g量程，2000和200是十倍的關(guān)系，所

7、以只需要分壓電阻分得一個(gè)十分之一的電壓就可作為Kg的檔。由于實(shí)際電阻存在很大的誤差，我們 不可能利用兩個(gè)固定電阻來(lái)獲取需要的十分之一的電壓，所以我們一般都用一個(gè)固定電阻串接一個(gè)可調(diào)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)我們的電路。 第4章 系統(tǒng)焊接與調(diào)試4.1 電路焊接 在焊接電路板之前，準(zhǔn)備好所需要的元器件。另外需要知道焊接的一些方法，具體如下：焊接要遵循以下原則：(若有飛線，一般先焊接飛線) 1. 先低位元件再高位元件 2. 先小型元件后體積大的元件 3. 先阻容元件后IC的規(guī)則。 焊接要領(lǐng) 烙鐵頭與兩被焊件的接觸方式：烙鐵應(yīng)與水平成45度角；焊絲的供給方法：被焊件升溫達(dá)到焊料的熔化溫度是立即送上焊錫絲，焊接位置在烙

8、鐵與被焊件之間并盡量靠近焊盤(pán)，焊錫供給量不宜太多也不宜太少；按照原理圖正確的焊接元器件后，需要用酒精對(duì)電路板進(jìn)行清洗，然后再檢查整個(gè)電路板，看是否有虛焊，沒(méi)焊，錯(cuò)焊等錯(cuò)誤，確保無(wú)誤后才便于后面的調(diào)試。4.2 硬件調(diào)試 調(diào)試之前務(wù)必保證電路焊接無(wú)誤，即沒(méi)有虛焊，漏焊，錯(cuò)焊的錯(cuò)誤。為了便于調(diào)試本電路設(shè)計(jì)了三個(gè)測(cè)試點(diǎn)，它們分別為T(mén)est1、Test2、Test3。其中Test1為運(yùn)放差分放大級(jí)輸出電壓測(cè)試點(diǎn)， Test2為量程轉(zhuǎn)換分壓比測(cè)試點(diǎn)， Test3為基準(zhǔn)電壓測(cè)試點(diǎn)。 調(diào)試原理: LED顯示的數(shù)值=1000*Vin/Vref。其中:Vin: 運(yùn)放差分放大級(jí)輸出電壓 Vref: 基準(zhǔn)參考電壓。調(diào)

9、試設(shè)定基準(zhǔn)參考電壓Vref為100mV. 調(diào)試步驟:(1) 調(diào)整量程:準(zhǔn)確連接好電源和傳感器輸入線，事先放一定質(zhì)量的重物(建議:稍微多一點(diǎn)，但不要超過(guò)200g重量)，采用2Kg量程，然后看LED顯示顯示的測(cè)得值(備注:此時(shí)不是重物的實(shí)際重量)，并顯示待較穩(wěn)定后，按開(kāi)關(guān)鍵切換到200g，觀察LED顯示值并記錄，然后調(diào)電位器R23，使2個(gè)量程測(cè)量所得到的值盡量地接近。數(shù)據(jù)如下所示：2Kg：146 146 146 146 146 146200g: 135 129 136 145 145 146(2) 顯示調(diào)零：將第一步中的重物取下，觀察LED顯示是否為零，不是零則調(diào)電位器R16，使LED顯示接近0.

10、記錄數(shù)據(jù)如下： -3.2 -0.4 0.5 0.3 0.1 0.1 0 0(3) 調(diào)基準(zhǔn)電壓：在第二步的基礎(chǔ)上，用電位器測(cè)ICL7107的36引腳電壓，通過(guò)調(diào)電位器R3使36引腳上的電壓為100mV.(4) 調(diào)運(yùn)放增益：在秤盤(pán)中添加明確質(zhì)量的重物，觀察LED顯示的測(cè)量值是否與實(shí)際重物值吻合，通過(guò)調(diào)電位器R8使LED顯示值和實(shí)際值接近，甚至相等。然后適當(dāng)?shù)販p砝碼，觀察和調(diào)整，使系統(tǒng)基本能準(zhǔn)確測(cè)量。測(cè)試數(shù)據(jù)如下所示:(加32個(gè)20g的砝碼：實(shí)際重量640)632g-調(diào)整增益電位器R8，LED顯示值為：637g 639g 641g 640g減的砝碼個(gè)數(shù)：0 1 2 3 6 10 12 20 25 28 30實(shí)際砝碼個(gè)數(shù)：32 31 30 29 26 22 20 12 7 4 2LED顯示數(shù)值：640 618 599 580 519 441 400 241 140 78 40第5章 收獲與體會(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，從原理到焊接，以及電路板測(cè)試，我都感覺(jué)有很大的收獲，主要為以下幾點(diǎn)：第一 明確設(shè)計(jì)電路的整個(gè)流程。第二，通過(guò)焊接電路板，使我的焊接水平得到一定的鞏固和提升。第三，焊接完成后，通過(guò)不斷的硬件測(cè)試，我更加熟練地掌握了硬件測(cè)試的方法。能夠快速的找出一些焊接錯(cuò)誤和問(wèn)題，并加以改正。總的來(lái)說(shuō)，本次課程設(shè)計(jì)鍛煉了我的動(dòng)手能力、測(cè)試糾錯(cuò)的能力，并學(xué)會(huì)了ICL7107芯片的使用。當(dāng)然