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電子技術(shù)畢業(yè)論文-數(shù)字電子秤課程設(shè)計(jì)
目錄
第一節(jié) 緒論………………………………………………………3
1.1本設(shè)計(jì)的任務(wù)和主要內(nèi)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(shè)計(jì)………………………………………………4
2.1 電阻應(yīng)變式傳感器的選擇……………………………………4 2.2 三運(yùn)放大電路的設(shè)計(jì)……………………………………………5 2.3 ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器…………………………………………5 2.4 LED顯示電路的設(shè)計(jì)………………………………………………7 2.5 總體工作電路原理圖……………………………………………… 第三節(jié) 軟件的設(shè)計(jì)……………………………………………………9 第四節(jié) 設(shè)計(jì)總結(jié)…………………………………………………………15 參考書籍…………………………………………………………………16 程序附圖……………………………………………………………………17
數(shù)字電子秤設(shè)計(jì)
第一節(jié) 緒論
本課程設(shè)計(jì)的電子秤以單片機(jī)為主要部件,利用全橋測(cè)量原理,通過對(duì)電路輸出電壓和標(biāo)準(zhǔn)重量的線性關(guān)系,建立具體的數(shù)學(xué)模型,將電壓量綱(V)改為重量綱(g)即成為一臺(tái)原始電子秤。其中測(cè)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(jì)采用全橋測(cè)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(yùn)放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大,以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求。ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào),進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,然后把數(shù)字信號(hào)輸送到顯示電路中去,最后由顯示電路顯示出測(cè)量結(jié)果。
1.1本設(shè)計(jì)的任務(wù)和主要內(nèi)容
設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下:
1) 運(yùn)用電阻應(yīng)變式傳感器并采用全橋測(cè)量電路
2) 設(shè)計(jì)一款電子秤,用LED液晶顯示器顯示被稱物體的質(zhì)量
3) 電路由全橋測(cè)量電橋,三運(yùn)放大電路,A/D轉(zhuǎn)換電路,LED顯示電路 4) 寫出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)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(shè)計(jì)
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(cè)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(cè)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(jì)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(huì)有誤差,產(chǎn)生的因素很多,所以測(cè)量時(shí)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(cè)元件材料的線膨脹系數(shù)的不同引起的。
對(duì)于因溫度變化對(duì)橋接零點(diǎn)和輸出,靈敏度的影響,即使采用同一批應(yīng)變片,也會(huì)因應(yīng)變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差,所以對(duì)要求精度較高的傳感器,必須進(jìn)行溫度補(bǔ)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(dòng)補(bǔ)償片,并從外部對(duì)它加以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點(diǎn)。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(jì)決定,通過線性補(bǔ)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)變式傳感器安裝示意圖
全橋測(cè)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:R1=R2=R3=R4,其變化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4時(shí),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(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路
常規(guī)的電阻應(yīng)變片K值很小,約為2,機(jī)械應(yīng)變度約為0.000001—0.001,所以,電阻應(yīng)變片的電阻變化范圍為0.0005—0.1歐姆。所以測(cè)量電路應(yīng)當(dāng)能精確測(cè)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(cè)量電路。
橋式測(cè)量電路有四個(gè)電阻,其中任何一個(gè)都可以是電阻應(yīng)變片電阻,電橋的一個(gè)對(duì)角線接入工作電壓U,另一個(gè)對(duì)角線為輸出電壓Uo。其特點(diǎn)是:當(dāng)四個(gè)橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)的關(guān)系時(shí),電橋輸出為零,或則就有電壓輸出,可利用靈敏檢流計(jì)來測(cè)量,所以電橋能夠精確地測(cè)量微小的電阻變化。
測(cè)量電路是電子秤設(shè)計(jì)電路中是一個(gè)重要的環(huán)節(jié),我們?cè)谥谱鞯倪^程中應(yīng)盡量選擇好元件,調(diào)整好測(cè)量的范圍的精確度,以避免減小測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差。
它由電阻應(yīng)變片電阻R1、R2、R3、R4組成測(cè)量電橋,R1=R2=R3=R4=350Ω,加熱絲阻值為50Ω左右,測(cè)量電橋的電源由穩(wěn)壓電源Uin供給。將差動(dòng)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
圖 1.2-4 全橋測(cè)量電橋圖
圖 1.2-5 三運(yùn)放大電路結(jié)構(gòu)圖
10只標(biāo)準(zhǔn)砝碼全部置于傳感器的托盤上,調(diào)節(jié)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(cè)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(tái)原始的電子秤。
2.2 三運(yùn)放大電路
本次課程設(shè)計(jì)中,需要一個(gè)放大電路,我們將采用三運(yùn)放大電路,主要的元件就是三運(yùn)放大器。在許多需要用A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字采集的單片機(jī)系統(tǒng)中,多數(shù)情況下,傳感器輸出的模擬信號(hào)都很微弱,必須通過一個(gè)模擬放大器對(duì)其進(jìn)行一定倍數(shù)的放大,才能滿足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)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(yùn)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(jī)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(jī)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(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道,允許8路模擬量分時(shí)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(shí),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):
IN0-IN7:8條模擬量輸入通道
ADC0809對(duì)輸入模擬量要求:信號(hào)單極性,電壓范圍是0-5V,若信號(hào)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(shí),地址鎖存與
譯碼器將A,B,C三條地址線的地址信號(hào)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(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào):當(dāng)ST上跳沿時(shí),所有內(nèi)部寄存器清零;下跳沿時(shí),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(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí),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(hào),用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=1,輸出轉(zhuǎn)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(shí)鐘輸入信號(hào)線:因ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路,所需時(shí)鐘信號(hào)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8031直接相連。 2) 初始化時(shí),使ST和OE信號(hào)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(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。 5) 是否轉(zhuǎn)換完畢,我們根據(jù)EOC信號(hào)來判斷。
6) 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí),這時(shí)給OE為高電平,轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單
片機(jī)了。
2.4 LED顯示電路設(shè)計(jì) 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(jī)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(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí),發(fā)光二極管點(diǎn)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(jī)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(dòng)態(tài)顯示兩種方式。我們使用的為動(dòng)態(tài)顯示 LED動(dòng)態(tài)顯示方式。
在多位LED顯示時(shí),為了簡(jiǎn)化電路,降低成本,將所有位的段選線并聯(lián)在一起,由一個(gè)8位I/O口控制,而共陰極點(diǎn)或共陽極點(diǎn)分別由響應(yīng)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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