電子綜合應用實踐 數(shù)字電子秤設計

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1、中北大學 課 程 設 計 說 明 書 學生姓名： 學 號： 學 院： 信息與通信工程學院 專 業(yè)： 電子信息科學與技術 題 目： 電子綜合應用實踐： 數(shù)字電子秤設計 指導教師: 職稱: 2010 年 1 月 4 日 中北大學

2、課程設計任務書 09/10 學年第 一 學期 學 院： 信息與通信工程學院 專 業(yè)： 電子信息科學與技術 學 生 姓 名： 學 號： 學 生 姓 名： 學 號： 學 生 姓 名： 學 號： 學 生 姓 名： 學 號： 課程設計題目：

3、 電子綜合應用實踐： 數(shù)字電子秤設計 起 迄 日 期： 2010年1月4 日～2010年1月15日 指 導 教 師： 系 主 任： 下達任務書日期: 2010 年1 月 4 日 課 程 設 計 任 務 書 1．設計目的： 針對電子線路課程要求，對學生進行實用型電子線路設計、安裝、調(diào)試

4、等各環(huán)節(jié)的綜合性訓練，培養(yǎng)學生運用課程中所學的理論與實踐緊密結(jié)合，獨立地解決實際問題的能力。 2．設計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術參數(shù)、條件、設計要求等）： 設計內(nèi)容: 設計一個數(shù)字電子秤，組裝及調(diào)試各單元電路及系統(tǒng)電路，用數(shù)字表顯示稱重結(jié)果。 設計要求及技術指標： ① 測量范圍：0~1.999kg、0~19.99kg、0~199.9kg； ② 用數(shù)字顯示被測重量，小數(shù)點位置對應不同的量程顯示。 3．設計工作任務及工作量的要求〔包括課程設計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等〕： 1 電路原理圖. 2 仿真結(jié)果. 3 課程設計說明書.

5、 課 程 設 計 任 務 書 4．主要參考文獻： l 要求按國標GB 7714—87《文后參考文獻著錄規(guī)則》書寫，例： 1 傅承義，陳運泰，祁貴中.地球物理學基礎.北京：科學出版社，1985 （5篇以上） 5．設計成果形式及要求： 1電路原理圖 2課程設計說明書 6．工作計劃及進度： 2010年 1 月 4 日 ~ 1月7 日 了解設計題目，查找資料、學習相關軟件；

6、 1月8日 ~ 1月13 日 確定各題目要求計算相關參數(shù)，具體設計； 1月14日 ~ 1月15 日 整理設計說明書， 答辯。 系主任審查意見： 簽字： 年 月 日 目 錄 一、設計方案簡介 ………………………………… 06 設計內(nèi)容、設計要求、軟件學習、實驗流程圖、電路系統(tǒng)概述、實驗電路結(jié)構(gòu)及分塊原理 二、設計條件及主要參數(shù)表 ……………………… 09 傳感器系統(tǒng)、放大系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換及顯示系統(tǒng) 三

7、、設計主要參數(shù)計算 …………………………… 10 各部分工作原理圖 四、設計結(jié)果 ……………………………………… 12 五、設計評述 ……………………………………… 13 心得體會 六、參考文獻 ……………………………………… 14 參考相關資料 一、設計方案簡介 數(shù)字電子稱通過傳感器將被測物體的重量轉(zhuǎn)換成模擬的電壓信號，較小的電壓信號通過應用放大系統(tǒng)進行準確、線性的放大，以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求。放大電路采用四運放集成電路LM324中的三個運放組成的儀表用放大電路。儀表用放大器具備足夠大的放大

8、倍數(shù)、高輸入電阻和高共模抑制比的特點。放大后的模擬電壓信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字量，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片7107實現(xiàn)。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，顯示電路采用四塊分立的七段LED顯示電路進行顯示。本設計中通過改變放大電路的增益，從而達到轉(zhuǎn)換量程的目的。由于被測物體的重量相差較大，根據(jù)不同的側(cè)重范圍要求，需對量程進行切換。 1、 設計內(nèi)容 （1） 制作一個具有數(shù)字顯示功能的數(shù)字電子稱； （2） 調(diào)試數(shù)字電子稱的歌單元電路及系統(tǒng)電路； （3） 掌握數(shù)字電路的設計、組裝與調(diào)試方法； （4） 熟悉集成電路7107的使用方法； （5） 采用電

9、阻應變式傳感器； 2、 設計要求 (1)測量范圍：0~1.999kg、0~19.99kg、0~199.9kg (2)用數(shù)字顯示被測重量，小數(shù)點位置對應不同的量程顯示。 3、PROTEL軟件學習： （1）首先建立一個專用文件夾，用以集中存放相關電路設計文件，便于管理； （2）當直接雙擊“PROTEL99SE”圖標后，進入第一層“Design Explorer”設計管理器窗口； （3）在這個窗口中，可對設計數(shù)據(jù)庫建立等操作，首先要建立一個新的設計數(shù)據(jù)庫。點擊File/New命令出現(xiàn)建立新的設計數(shù)據(jù)庫路徑對話框； （4）建立設計數(shù)據(jù)庫后，就要建立需要的各種電路設計文件。在進入

10、一個設計數(shù)據(jù)庫后，執(zhí)行File/New命令后彈出新文檔對話框，選擇要增加文件類型后單擊OK，新建電路設計文件及添加到了設計數(shù)據(jù)庫中。 （5）文件的操作。在設計數(shù)據(jù)管理窗口中，在選擇電路設計文件上單擊右鍵后，彈出快捷菜單，可對其文件進行操作。 （6）當建立電路文件后可對其進行電路設計（編輯）工作，即雙擊電路原理圖文件就進入了電路原理圖編輯窗口； （7）放置元件。在電路原理圖編輯窗口放置電子元件。首先要裝入需要的數(shù)據(jù)元件庫，操作方法：單擊設計數(shù)據(jù)管理窗口中的Browse Sch中的 Libraris命令進入元件庫和元件管理器，然后單擊 Add/Remove按鈕，選擇\Design Explo

11、rer 99SE\Library\Sch路徑，再選擇所用的元件庫文件，單擊Add按鈕增加到元件庫管理器，單擊OK，就可以看到選擇的元件庫已裝到元件庫管理器窗口中。 （8）當元件管理器裝入元件庫后就可以放置元件，在元件瀏覽區(qū)中，用鼠標左鍵單擊要放置的元件，然后單擊元件瀏覽區(qū)中的Place按鈕，鼠標上便附加了光標和浮動的被選中元件。把光標移動到要放置的位置后，單擊左鍵，這個元件就放置好了。在放置元件的過程如要轉(zhuǎn)動元件方向，按一次空格鍵元件就逆時針轉(zhuǎn)90。 （9）布線。選擇所需要的連線工具將電路連接起來。 （10）編輯元件的屬性（元件名、封裝、參數(shù)等），鼠標左鍵雙擊要編輯元件，就彈出選中元件屬

12、性設置對話窗口，根據(jù)需要對元件屬性進行設置。 （11）電器規(guī)則檢查，主要是檢查元件之間的相互連接。單擊菜單Tool/ERC,啟動電氣規(guī)則檢查設置對話框窗口，單擊OK按鈕就開始進行檢查。 （12）元件報告表的產(chǎn)生，點擊菜單Report/Bill of Material，啟動元件生成表，點擊Next系統(tǒng)將生成元件報告表文件 。 （13）生成網(wǎng)絡表。啟動建立網(wǎng)絡表菜單Design/Create Netlist后出現(xiàn)網(wǎng)絡表設置對話框窗口，設置好后點擊OK，即生成網(wǎng)絡表格文件。 4實驗流程圖 電阻應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

13、5電路系統(tǒng)概述： （1）利用由電阻應變式傳感器組成的測量電路測出物體的重量信號。 （2）由放大器電路把傳感器輸出的微弱電壓信號進行一定倍數(shù)的放大，放大后的電壓信號送到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中。 （3）由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路把接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳送到顯示電路。 （4）由電路顯示數(shù)據(jù)。 6、實驗電路結(jié)構(gòu)及分塊原理 由于本實驗設計要求可將實驗電路基本分為四個組成部分，即傳感器、放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、顯示電路和切換量程系統(tǒng)。 數(shù)字電子秤的原理框圖如下所示: 二、設計條件及主要參數(shù)表 根據(jù)實驗的組成部分，我們分以下四個部分進行介紹： 一．傳感器 電子秤

14、傳感器的測量電路通常使用電橋測量電路，它將應變阻值的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，這就是可用的輸出信號。 電橋電路有四個電阻組成，如下圖所示： 電子秤的傳感器在不加負荷時，橋路的電阻應平衡，也就是電橋初始平衡狀態(tài)輸出應為零。但實際上橋路各臂阻值不可能絕對相同，接觸電阻及導線電阻也有差異，致使輸出不為零。因此必須設置調(diào)零電路使初始狀態(tài)達到平衡，即輸出為零。 二．放大系統(tǒng) 電子秤的放大系統(tǒng)是把傳感器輸出的弱信號放大，放大的信號應能滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換的要求，該系統(tǒng)使用的模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸入量是應是0到1.999V。 為了測量準確，放大系統(tǒng)設計時應保證輸入級是高阻，輸出級

15、是低阻，系統(tǒng)應具有很高的抑制共模干擾的能力，系統(tǒng)的放大倍數(shù)應根據(jù)被測物體的重量對應傳感器的輸出量，然后把傳感器的輸出量按一定的比例相應放大，如果測量的重量相差較遠，可以設置量程轉(zhuǎn)換來切換量程，切換量程，切換量程電路有手動和自動兩種。 三．模數(shù)轉(zhuǎn)換及顯示系統(tǒng) 傳感器的輸出信號放大后，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。該數(shù)字量由顯示器顯示。 由于大規(guī)模集成電路的廣泛應用，3又1/2位和4又1/2位A/D轉(zhuǎn)換以運用于各種測量系統(tǒng)。顯示系統(tǒng)有由發(fā)光二極管（LED）組成的和液晶顯示屏（LCD）型的。 四．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。在單片機應用系統(tǒng)中

16、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。 三、設計主要參數(shù)計算 各部分工作原理圖 一．放大系統(tǒng)原理圖 圖 1 加入量程功能的儀表用放大電路 圖2 放大電路的調(diào)零電路 二．模數(shù)轉(zhuǎn)換原理圖 圖 3 7107A/D轉(zhuǎn)換器外接電路圖 三．總體工作原理圖 圖4 總體工作電路原理圖 四、設計結(jié)果 設計仿真結(jié)果PCB板如下所示: 五、設計評

17、述 數(shù)字電子秤課程設計心得 這次課程設計的主要任務是設計一個數(shù)字電子秤，組裝及調(diào)試各單元電路及系統(tǒng)電路，用數(shù)字表顯示稱重結(jié)果。 回顧起此次課程設計，至今我仍感慨頗多，可以說，這次課程設計比較不容易，因為很多內(nèi)容還未進行學習，但是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。這次設計使自己有機會使用到原來所學知識，并且可以有更深的認識，可以時候收獲不小。 在設計的過程中可以說得是困難重重，這畢竟是第一次做數(shù)電課程設計，難免會遇到過各種各樣的問題，設計的過程中我發(fā)現(xiàn)了自己的不足

18、之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。也提醒自己要更加努力學習來擴充自己的知識。 通過這次課程設計，我對于相關軟件的使用有了進一步的了解。同時，我們還通過查閱相關資料、請教指導老師和小組討論等方式，對設計電路進行性能考證。利用Protel軟件設計好的電路圖在計算機上畫出來，并對其進行仿真，得到仿真正確結(jié)果。同時上機能力也得到了提高。 在課程設計中最重要的就是團隊精神，我們四個人一組共同做一個題目，在查找資料，使用軟件等過程中一起思考，遇到困難的時候大家一起想解決的辦法。我們知道自己還有很多的不足和很多需要學習的東西，我們相信通過我們共同的努力，在未來的課程等方面會有更大的進步，不斷提高自己的能力。 六、參考文獻 1、《中國集成電路大全》編寫委員會編，中國集成電路大全CMOS集成電路。北京；國防工業(yè)出版社，1985. 2、徐恕宏主編，傳感器原理及其設計基礎。北京；機械工業(yè)出版社，1988 3、閻石.數(shù)字電子技術基礎.北京：高等教育出版社，1998 4、畢滿清.電子技術實驗與課程設計.北京:機械工業(yè)出版社，2005 5、孫余凱.精選實用電子電路260例.北京:電子工業(yè)出版社，2007.2 6、網(wǎng)上資料 - 15 -