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電子技術畢業(yè)論文-數(shù)字電子秤課程設計
目錄
第一節(jié) 緒論………………………………………………………3
1.1本設計的任務和主要內容…………………………………3 1.2基本工作原理及原理框圖………………………………… 第二節(jié) 硬件電路的設計………………………………………………4
2.1 電阻應變式傳感器的選擇……………………………………4 2.2 三運放大電路的設計……………………………………………5 2.3 ADC0809 A/D轉換器…………………………………………5 2.4 LED顯示電路的設計………………………………………………7 2.5 總體工作電路原理圖……………………………………………… 第三節(jié) 軟件的設計……………………………………………………9 第四節(jié) 設計總結…………………………………………………………15 參考書籍…………………………………………………………………16 程序附圖……………………………………………………………………17
數(shù)字電子秤設計
第一節(jié) 緒論
本課程設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準重量的線性關系，建立具體的數(shù)學模型，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變式傳感器。電阻應變式傳感器是傳感器中應用最多的一種，本設計采用全橋測量電路，使系統(tǒng)產生的誤差更小，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行一定倍數(shù)的放大，以滿足A/D轉換器對輸入信號電平的要求。ADC0809 A/D轉換的作用是把模擬信號轉變成數(shù)字信號，進行模數(shù)轉換，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果。
1.1本設計的任務和主要內容
設計的主要內容如下：
1) 運用電阻應變式傳感器并采用全橋測量電路
2) 設計一款電子秤，用LED液晶顯示器顯示被稱物體的質量
3) 電路由全橋測量電橋，三運放大電路，A/D轉換電路，LED顯示電路 4) 寫出詳細的實驗報告 1.2基本工作原理及原理框圖
基本工作原理框圖如下：
圖 1.2-1 基本工作原理框圖
電路方框圖如下：
圖1.2-2 電路方框圖
第二節(jié) 硬件的設計
2.1 傳感器的選擇
2.1.1 電阻應變式傳感器的組成以及原理
電阻應變式傳感器是將被測量的力，通過它產生的金屬彈性變形轉換成電阻變化的元件。由電阻應變片和測量線路兩部分組成。常用的電阻應變片有兩種：電阻絲應變片和半導體應變片，本設計中采用的是電阻絲應變片，為獲得高電阻值，電阻絲排成網(wǎng)狀，并貼在絕緣的基片上，電阻絲兩端引出導線，線柵上面粘有覆蓋層，起保護作用。
電阻應變片也會有誤差，產生的因素很多，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，即使采用同一批應變片，也會因應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，必須進行溫度補償，解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當溫度系數(shù)的自動補償片，并從外部對它加以適當?shù)难a償。非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點。產生非線性誤差的原因很多，一般來說主要是由結構設計決定，通過線性補償，也可得到改善。 滯后和蠕變是關于應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)定的溫度范圍內使用。
圖1.2-3應變式傳感器安裝示意圖
全橋測量電路中，將受力性質相同的兩應變片接入電橋對邊，當應變片
初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其變化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4時，其橋路輸出電壓Uout＝KEε。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 電阻應變式傳感器的測量電路
常規(guī)的電阻應變片K值很小，約為2，機械應變度約為0.000001—0.001，所以，電阻應變片的電阻變化范圍為0.0005—0.1歐姆。所以測量電路應當能精確測量出很小的電阻變化，在電阻應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Uo。其特點是：當四個橋臂電阻達到相應的關系時，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計電路中是一個重要的環(huán)節(jié)，我們在制作的過程中應盡量選擇好元件，調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。
它由電阻應變片電阻R1、R2、R3、R4組成測量電橋，R1＝R2＝R3＝R4＝350Ω，加熱絲阻值為50Ω左右，測量電橋的電源由穩(wěn)壓電源Uin供給。將差動放大器調零，合上電源開關，調節(jié)電橋平衡電位RW1，使數(shù)顯表顯示0.00V
。將
圖 1.2-4 全橋測量電橋圖
圖 1.2-5 三運放大電路結構圖
10只標準砝碼全部置于傳感器的托盤上，調節(jié)電位器RW3（增益即滿量程調節(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，調節(jié)電位器R W4（零位調節(jié)）使數(shù)顯表顯示為0.0000V。重復2、3步驟的標定過程，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行一定倍數(shù)的放大，才能滿足A/D轉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。
圖 1.2-6 三運放大電路結構圖
2.3 ADC0809 A/D轉換器
ADC0809是帶有8位A/D轉換器、8路多路開關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轉換器，可以和單片機直接接口。 2.3.1 ADC0809的內部邏輯結構：
由上圖可知，ADC0809由一個8路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉換完的數(shù)字量，當OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數(shù)據(jù)。 2.3.2 引腳結構：
IN0－IN7：8條模擬量輸入通道
ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，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行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。
數(shù)字量輸出及控制線：11條
ST為轉換啟動信號：當ST上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉換；在轉換期間，ST應保持低電平。EOC為轉換結束信號。當EOC為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行A/D轉換。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換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。 CLK為時鐘輸入信號線：因ADC0809的內部沒有時鐘電路，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應用說明：
1) ADC0809內部帶有輸出鎖存器，可以與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) 是否轉換完畢，我們根據(jù)EOC信號來判斷。
6) 當EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE為高電平，轉換的數(shù)據(jù)就輸出給單
片機了。
2.4 LED顯示電路設計 2.4.1 LED顯示器結構與原理
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)光二極管陽極并接。
2.4.2 LED顯示器與顯示方式
在單片機應用系統(tǒng)中使用LED顯示塊構成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的I/O口線控制。
圖 2.4-1LED顯示電路圖
2.4
總體工作電路原理圖
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