電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告《電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告姓名：___________________學(xué)號(hào)：___________________班級(jí)：___________________目錄TOC\o"1-3"\h\u4026目錄 112251一．設(shè)計(jì)題目 226698二．設(shè)計(jì)目的 218167三．設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 223472設(shè)計(jì)原理 228980(1)傳感器測(cè)量電路 317359(2)放大電路 310235(3)A/D轉(zhuǎn)換電路 426417(4)傳感器供電電源 410060四、設(shè)計(jì)提示 427380(1)放大電路設(shè)計(jì) 423686(2)傳感器專用直流穩(wěn)壓電源 514561(3)單片機(jī)電路 67305(4)電路調(diào)試 99111(5)軟件設(shè)計(jì) 925551(6)仿真調(diào)試 148366五、設(shè)計(jì)總結(jié) 1614449六、注意事項(xiàng) 1617718附錄： 16一．設(shè)計(jì)題目壓力測(cè)量?jī)x二．設(shè)計(jì)目的1)使學(xué)生掌握電阻應(yīng)變傳感器的原理、選用及正確使用方法；了解壓力測(cè)量?jī)x的工作原理。2)提高學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。3)通過安裝、調(diào)試電路、軟件調(diào)試等實(shí)踐環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和分析問題、解決問題的能力。三．設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)原理壓力測(cè)量?jī)x由以下五個(gè)部分組成：傳感器、傳感器驅(qū)動(dòng)電源、前置放大器、濾波放大器、A/D轉(zhuǎn)換路、單片機(jī)系統(tǒng)、顯示器電路等組成。其原理框圖如圖1所示：電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器前置放大器A/D轉(zhuǎn)換器89C52單片機(jī)鍵盤接口壓力顯示濾波放大器傳感器驅(qū)動(dòng)電源圖1壓力測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)框圖(1)傳感器測(cè)量電路壓力傳感器的測(cè)量電路通常使用電橋測(cè)量電路，它將應(yīng)變電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，這就是可用的輸出信號(hào)。電橋電路由四個(gè)電阻組成，如圖2所示：橋臂電阻R1，R2，R3和R4，其中兩對(duì)角點(diǎn)接電源電壓偉U，另兩個(gè)對(duì)角點(diǎn)為橋路的輸出Uo，橋臂電阻為應(yīng)變電阻。當(dāng)R1R4=R2R3時(shí)，電橋平衡，則測(cè)量對(duì)角線上的輸出Uo為零。當(dāng)傳感器受到外界物體重量影響時(shí)，電橋的橋臂阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，則測(cè)量對(duì)角線上有輸出，Uo≠0。圖2傳感器電橋測(cè)量電路(2)放大電路壓力測(cè)量?jī)x的放大系統(tǒng)是把傳感器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行放大，放大的信號(hào)應(yīng)能滿足A/D轉(zhuǎn)換的要求。該系統(tǒng)使用的A/D轉(zhuǎn)換可用0809A/D轉(zhuǎn)換，所以放大器的輸出應(yīng)為0V～5V。為了準(zhǔn)確測(cè)量，放大系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證輸入級(jí)是高阻，輸出級(jí)是低阻，系統(tǒng)應(yīng)具有高的抑制共模干擾的能力。(3)A/D轉(zhuǎn)換電路傳感器的輸出信號(hào)放大后，通過A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。(4)傳感器供電電源參考圖2，設(shè)四個(gè)橋臂的初始電阻相等且均為R，當(dāng)有重力作用時(shí)，兩個(gè)橋臂電阻增加△R，而另外兩個(gè)橋臂的電阻減少，減小量也為△R。由于溫度變化影響使每個(gè)橋臂電阻均變化△RT。這里假設(shè)△R遠(yuǎn)小于R，并且電橋負(fù)載電阻為無(wú)窮大，則電橋的輸出為：Uo=U(R+△R+△RT)/(R-△R+△RT+R+△R+△RT)-U(R-△R+△RT)/(R+△R+△RT+R-△R+△RT)=U△R/（R+△RT）即Uo=U*△R/（R+△RT）說(shuō)明電橋的輸出與電橋的電源電壓E的大小和精度有關(guān)，還與溫度有關(guān)。如果△RT=0，則電橋的電源電壓U恒定時(shí)，電橋的輸出與△R/R成正比。當(dāng)△RT≠0時(shí)，即使電橋的電源電壓U恒定，電橋的輸出與△R/R也不成正比。這說(shuō)明恒壓源供電不能消除溫度影響。由于工藝過程不能使每個(gè)橋臂電阻完全相等，因此，在零壓力時(shí)，仍有電壓輸出。2.設(shè)計(jì)要求(1)以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)壓力測(cè)量系統(tǒng)。(2)傳感信號(hào)處理電路。該電路實(shí)現(xiàn)微伏級(jí)信號(hào)的放大、濾波。(3)A/D通道設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)傳感信號(hào)模擬量的轉(zhuǎn)換，單片機(jī)獲取壓力信息。(4)鍵盤及接口電路。(5)顯示電路。(6)滿足要求的系統(tǒng)軟件。四、設(shè)計(jì)提示(1)放大電路設(shè)計(jì)首先，由于傳感器測(cè)量范圍是0～100g，靈敏度約0.5mV/V，其輸出信號(hào)只有0～3mV左右；而A/D轉(zhuǎn)換的輸入應(yīng)為0V～5V，現(xiàn)取0V-4V對(duì)應(yīng)顯示0～100g，當(dāng)量為40mV/g，因此要求放大器的放大倍數(shù)約為1300倍，一般采用二級(jí)放大器組成。其次，在電路設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮電路抗干擾環(huán)節(jié)、穩(wěn)定性。選擇低失調(diào)電壓，低漂移，高穩(wěn)定性，經(jīng)濟(jì)性的芯片。電源電壓±5V。最后，電路中還應(yīng)有調(diào)零和調(diào)增益的環(huán)節(jié)；才能保證電子電平?jīng)]有稱重時(shí)顯示零讀數(shù)；測(cè)壓力時(shí)讀數(shù)正確反映被測(cè)壓力。(2)傳感器專用直流穩(wěn)壓電源傳感器的電源是+6.6V電壓。對(duì)于給定的傳感器其輸入電阻為1KΩ；輸出電阻為500Ω。(3)單片機(jī)電路單片機(jī)電路完成對(duì)A/D通道的數(shù)據(jù)采集，信號(hào)處理及顯示。按照要求查閱相關(guān)電路和元器件功能的資料，完成傳感器恒壓源、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)電路的設(shè)計(jì)，畫出電路圖。如下圖所示其PCB圖如下所示(4)電路調(diào)試調(diào)零：±5V電壓接到傳感器恒壓電路的輸入端，測(cè)量傳感器的輸出。在空載時(shí)，傳感器的輸出應(yīng)為零，但由于制造工藝誤差，輸出一般不為零，調(diào)節(jié)調(diào)零電路，使其輸出為零。定標(biāo)：當(dāng)傳感器放上100g的砝碼時(shí)，放大器的輸出應(yīng)為4V。小于4V或大于4V時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)放大器的增益。。加載正確的變化應(yīng)為：測(cè)量0～100g，輸出電壓變化約為0～4V.電路實(shí)物調(diào)試圖如下(5)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件主要包括：數(shù)據(jù)采集、非線性補(bǔ)償、數(shù)字濾波、傳感器建模、標(biāo)度變換、鍵盤顯示等模塊。源程序如下：#include"STC12C5A60S2.h"#include"intrins.h"#include"stdio.h"sbitp20=P2^0;sbitp21=P2^1;sbitp22=P2^2;sbitp23=P2^3;#definevcc 5.0; //基準(zhǔn)電壓#defineADC_POWER0x80;//adc電源控制#defineADC_FLAG0xef;//adc轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志位#defineADC_START0x08;//adc啟動(dòng)#defineSPEED0 0x00;//540時(shí)鐘周期#defineSPEED1 0x20;//360時(shí)鐘周期#defineSPEED2 0x40;//180時(shí)鐘周期#defineSPEED3 0x60;//90時(shí)鐘周期unsignedcharland[8]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80}; //設(shè)置P1ASF寄存器，選擇P1口功能(i/o口或ad)，0x00是P1口全為I/O口用unsignedcharADC_CHS[8]={0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07}; //adc通道輸入選擇,(其中SPEED1，SPEED0為1,1,90個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次)sbitrs=P3^2;//lcd寄存器選擇端sbitrw=P3^3;//lcd讀寫端sbite=P3^4;//lcd使能端unsignedcharlcd0[16];unsignedcharlcd1[16];unsignedcharline; //lcd行標(biāo)志voiddelay(unsignedintz) //延時(shí)0.1ms{ unsignedintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=132;y>0;y--);}voidwritecom(unsignedcharcom)//寫lcd指令{ rs=0;rw=0; P0=com; e=1; delay(15); //檢測(cè)忙信號(hào) e=0;}voidwritedat(unsignedcharda)//寫lcd數(shù)據(jù){ rs=1;rw=0; P0=da; e=1; delay(15); e=0;}floatadc(unsignedcharland_i) //adc轉(zhuǎn)換程序{ floattemp=0,sum=0; unsignedchari; P1ASF=land[land_i]; //P1口用途選擇 for(i=0;i<10;i++) { ADC_CONTR=ADC_CONTR|0x60|0x80|0x08|ADC_CHS[land_i];//開adc電源，選擇轉(zhuǎn)換周期，通道，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 //ADC_CONTR=ADC_CHS[land_i]+SPEED3+ADC_POWER+ADC_START; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); while(ADC_CONTR&0x10==0) ; //等待轉(zhuǎn)換完成 ADC_CONTR=ADC_CONTR&ADC_FLAG; //轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志位清零 temp=ADC_RES; //取高八位 temp=temp*16/4+ADC_RESL%4; //高八位數(shù)加低二位 sum=sum+temp; //ADC_CONTR=0x00; } sum=sum/10; sum=(sum/1024)*vcc; //轉(zhuǎn)換成模擬電壓值 returnsum;}charkeyscan() //矩陣按鍵{ unsignedcharkeye; P2=0x0f; if((P2&0x0f)!=0x0f) { delay(40); if((P2&0x0f)!=0x0f) { P2=0x7f; if(p20==0) keye='#'; if(p21==0) keye='*'; if(p22==0) keye=0; if(p23==0) keye='d'; P2=0xbf; if(p20==0) keye=7; if(p21==0) keye=8; if(p22==0) keye=9; if(p23==0) keye='c'; P2=0xdf; if(p20==0) keye=4; if(p21==0) keye=5; if(p22==0) keye=6; if(p23==0) keye='b'; P2=0xef; if(p20==0) keye=1; if(p21==0) keye=2; if(p22==0) keye=3; if(p23==0) keye='a'; } } returnkeye;}voidinitlcd() //lcd初始化{ writecom(0x01); //清屏 writecom(0x38); //8位總線，5*7點(diǎn)陣 writecom(0x0c); //開顯示，有光標(biāo)，閃爍 writecom(0x06);//AC自動(dòng)增一畫面不動(dòng) }voidinit_adc(void) //adc初始化{ P1ASF=0x00; //P1腳初始作I/O口 ADC_CONTR=0x00; AUXR1=0x00;}voiddisplay(unsignedcharline)//lcd顯示{ unsignedchari; switch(line) { case1: for(i=0;i<16;i++) { writecom(0x80+i); writedat(lcd0[i]); } break; case2: for(i=0;i<=16;i++) { writecom(0xc0+i); writedat(lcd1[i]); } break; default:break; } }voidmain(void){ floatvol=0,m=0; unsignedcharkey; //unsignedintk; initlcd(); //lcd初始化 init_adc(); //adc初始化 while(1) { key=keyscan(); vol=adc(7); m=vol/40*1000; sprintf(lcd0,"U:%.3fv",vol); sprintf(lcd1,"M:%.3fg",m); display(line); line++; display(line); } }(6)仿真調(diào)試將程序燒入到單片機(jī)內(nèi)后，接上電源，開始逐個(gè)放砝碼，記LCD上顯示的數(shù)據(jù)于表中。在調(diào)試過程中我們遇到了很大的一個(gè)問題，當(dāng)時(shí)測(cè)試時(shí)最大只能測(cè)試到20G的質(zhì)量砝碼，電壓也上不去了，我們檢查了下電路，看不出問題所在，直接找到了老師，沒過一會(huì)兒老師就發(fā)現(xiàn)了問題所在。原來(lái)是這塊板子的D4二極管方向接反了，隨后我們?nèi)ズ竺鎸⒔臃吹亩O管轉(zhuǎn)正，回到原來(lái)位置繼續(xù)調(diào)試，終