傳感器課程設(shè)計(jì)---稱重傳感器應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>　　2012年6 月 25</p><p><b>　　任務(wù)書</b></p><p>　　課程 傳感器課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題目 稱重傳感器應(yīng)用電路設(shè)計(jì)</p>&

2、lt;p><b>　　主要內(nèi)容：</b></p><p>　　使用稱重傳感器，設(shè)計(jì)一臺(tái)電子稱電路，可稱重5千克，精度10克。</p><p>　　設(shè)計(jì)開(kāi)始先查閱相關(guān)資料，如元器件資料、方案選擇等，可以使用單片機(jī)方案，也可以使用模擬電路方案，設(shè)計(jì)顯示電路時(shí)顯示**.**千克，并有相應(yīng)的手動(dòng)校正電路。</p><p><b>　　基

3、本要求：</b></p><p>　　1．設(shè)計(jì)以測(cè)量顯示部分電路為主；</p><p>　　2．要繪制原理框圖；</p><p><b>　　3．繪制原理電路；</b></p><p>　　4．要有必要的計(jì)算及元件選擇說(shuō)明；</p><p><b>　　5．提供元件清單；&l

4、t;/b></p><p>　　6．如果采用單片機(jī)，必需繪制軟件流程圖</p><p><b>　　主要參考資料：</b></p><p>　　[1] 黃賢武，鄭筱霞.傳感器原理與應(yīng)用[M].電子科技大學(xué)出版社,2004</p><p>　　[2] 王琦.電阻應(yīng)變式稱重傳感器的設(shè)計(jì)[J].木材加工機(jī)械.2005(3

5、)</p><p>　　[3] 繆少勇.淺談稱重傳感器工作原理及故障排除[J].科學(xué)之友.2010(14)</p><p>　　[4] 施昌彥.稱重傳感器計(jì)量規(guī)程[J].試驗(yàn)技術(shù)與試驗(yàn)機(jī).1987(4)</p><p>　　[5] 張國(guó)維.測(cè)控電路[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2007</p><p>　　完成期限 2012.6.25—2012

6、.6.29 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　專業(yè)負(fù)責(zé)人 </p><p>　　2012年 6 月 25 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在我們生活中

7、經(jīng)常都需要測(cè)量物體的重量，于是就用到秤，但是隨著社會(huì)的進(jìn)步、科學(xué)的發(fā)展，我們對(duì)其要求操作方便、易于識(shí)別。隨著計(jì)量技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展傳統(tǒng)純機(jī)械結(jié)構(gòu)的桿秤、臺(tái)秤、磅秤等稱量裝置逐步被淘汰，電子稱量裝置電子秤、電子天平等以其準(zhǔn)確、快速、方便、顯示直觀等諸多優(yōu)點(diǎn)而受到人們的青睞。電阻應(yīng)變式傳感器具有測(cè)量范圍廣、精度高、誤差小和線性度好等優(yōu)點(diǎn)，且能在惡劣環(huán)境下工作，在力、壓力和重量測(cè)試中有非常廣泛的應(yīng)用，力傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、使

8、用壽命長(zhǎng)等優(yōu)異的特點(diǎn)。所以電阻應(yīng)變式力傳感器制作的數(shù)顯電子秤具有準(zhǔn)確度高易于制作，簡(jiǎn)單實(shí)用、成本低廉、體積小巧、攜帶方便等特點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：稱重傳感器、電阻應(yīng)變計(jì)、精度、顯示</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)要求1</b></p><p

9、><b>　　二、方案設(shè)計(jì)1</b></p><p><b>　　1、方案說(shuō)明1</b></p><p><b>　　2、方案論證2</b></p><p>　　三、傳感器工作原理2</p><p>　　四、電路的工作原理4</p><p&g

10、t;　　五、單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇6</p><p><b>　　1、測(cè)量電路6</b></p><p>　　2、差動(dòng)放大電路7</p><p><b>　　3、A/D轉(zhuǎn)換8</b></p><p>　　4、顯示電路設(shè)計(jì)9</p><p>　　5、系統(tǒng)需要

11、的元器件清單10</p><p><b>　　六、總結(jié)11</b></p><p>　　稱重傳感器應(yīng)用電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一 、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　使用稱重傳感器，設(shè)計(jì)一臺(tái)電子稱電路，可稱重5千克，精度10克。</p><p>　　設(shè)計(jì)

12、開(kāi)始先查閱相關(guān)資料，如元器件資料、方案選擇等，可以使用單片機(jī)方案，也可以使用模擬電路方案，設(shè)計(jì)顯示電路時(shí)顯示**.**千克，并有相應(yīng)的手動(dòng)校正電路。</p><p><b>　　二、方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1、方案說(shuō)明</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，針對(duì)各個(gè)電路模塊實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)設(shè)計(jì)電子秤的

13、方案有以下兩種：</p><p>　　方案一 模擬電路方案</p><p>　　首先利用由電阻應(yīng)變式傳感器組成的測(cè)量電路測(cè)出物質(zhì)的重量信號(hào)。其次，由差動(dòng)放大器電路把傳感器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，然后送A/D轉(zhuǎn)換電路中。然后再由A/D轉(zhuǎn)換電路把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳送到顯示電路。最后由顯示電路顯示數(shù)據(jù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案框圖如圖1所示。</p><p&

14、gt;　　圖1模擬電路總體系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　方案二 單片機(jī)方案</b></p><p>　　按照本設(shè)計(jì)功能的要求，系統(tǒng)由5個(gè)部分組成：控制器部分、信號(hào)采集部分、報(bào)警部分、數(shù)據(jù)顯示部分、和電路電源部分，系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案框圖如圖2所示。 </p><p>　　圖2 單片機(jī)總體系統(tǒng)框圖</p><p>　　

15、信號(hào)采集部分是利用稱重傳感器檢測(cè)壓力信號(hào)，得到微弱的電信號(hào)（本設(shè)計(jì)為電壓信號(hào)），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動(dòng)放大電路，）處理后，送A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出。控制器部分接受來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的運(yùn)算，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為物體的實(shí)際重量信號(hào)，并將其存儲(chǔ)到存儲(chǔ)單元中?？刂破鬟€可以通過(guò)對(duì)擴(kuò)展I/O的控制，對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，而后通過(guò)鍵盤散轉(zhuǎn)程序，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)顯示部分根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)顯示功能。電路電源部分主要

16、是為電路提供穩(wěn)定方便的電源，將工頻電壓直接轉(zhuǎn)換成所需的±5伏電壓。報(bào)警部分只要是在超重時(shí)對(duì)使用者發(fā)出警告聲。</p><p><b>　　2、方案論證</b></p><p>　　鑒于本電子秤的設(shè)計(jì)并不太復(fù)雜，通過(guò)方案比較，由于方案一采用器件較少，成本較低，電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，且方案一完全能實(shí)現(xiàn)所需功能，所以在具體設(shè)計(jì)時(shí)，采用了第一種設(shè)計(jì)方案。</p>

17、<p>　　首先利用由電阻應(yīng)變式傳感器組成的測(cè)量電路測(cè)出物質(zhì)的重量信號(hào)，該重量信號(hào)通過(guò)差動(dòng)輸入和調(diào)理放大電路后，以模擬信號(hào)的方式傳送到A/D轉(zhuǎn)換器。其次，由A/D轉(zhuǎn)換電路把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送給數(shù)碼管，最后由顯示電路顯示數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　三、傳感器工作原理</b></p><p>　　傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)

18、輸出的裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對(duì)正確使用傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個(gè)衡器的可靠性和安全性。因此傳感器外圍電路的抗干擾能力是數(shù)據(jù)采集部分電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。</p><p>　　稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，輸出信號(hào)電壓可由式（1）給出： </p><

19、p><b>　?。?）</b></p><p>　　電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個(gè)原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，再經(jīng)相0應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。</p><p>

20、;　　由此可見(jiàn)，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測(cè)電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個(gè)主要部分。下面就這三方面簡(jiǎn)要論述。</p><p><b>　?。ㄒ唬╇娮钁?yīng)變片</b></p><p>　　電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機(jī)械的分布在一塊有機(jī)材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。他的一個(gè)重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。我們來(lái)介紹一下它的意義。設(shè)有一個(gè)金屬電阻絲，其長(zhǎng)度為L(zhǎng)，橫截面是半徑

21、為r的圓形，其面積記作S，其電阻率記作ρ，這種材料的泊松系數(shù)是μ。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時(shí)，它的電阻值為R：</p><p>　　R = ρL/S（Ω） （2）</p><p>　　當(dāng)他的兩端受F力作用時(shí)，將會(huì)伸長(zhǎng)，也就是說(shuō)產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長(zhǎng)ΔL，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少Δr。此外，還可用實(shí)驗(yàn)證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻

22、率也會(huì)有所改變，記作Δρ。</p><p>　　對(duì)式（2）求全微分，即求出電阻絲伸長(zhǎng)后，他的電阻值改變了多少。我們有：</p><p>　　ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （3）</p><p>　　用式（2）去除式（3）得到</p><p>　　ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L –

23、 ΔS/S （4）</p><p>　　另外，我們知道導(dǎo)線的橫截面積S = πr2，則 Δs = 2πr*Δr，所以</p><p>　　ΔS/S = 2Δr/r （5）</p><p><b>　　從材料力學(xué)我們知道</b></p><p&

24、gt;　　Δr/r = -μΔL/L （6）</p><p>　　其中，負(fù)號(hào)表示伸長(zhǎng)時(shí)，半徑方向是縮小的。μ是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。把式（5）式（6）代入式（4），有</p><p>　　ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L</p><p>　　=（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/

25、L</p><p>　　= K *ΔL/L （7）</p><p><b>　　其中</b></p><p>　　K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L） （8）</p><p>　　式(7)說(shuō)明了電阻應(yīng)變片的

26、電阻變化率（電阻相對(duì)變化）和電阻絲伸長(zhǎng)率（長(zhǎng)度相對(duì)變化）之間的關(guān)系。</p><p>　　需要說(shuō)明的是：靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個(gè)常數(shù)，它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無(wú)關(guān)，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之間；其次K值是一個(gè)無(wú)因次量，即它沒(méi)有量綱。</p><p>　　在材料力學(xué)中ΔL/L稱作為應(yīng)變，記作ε，用它來(lái)表示彈性往往顯得太大，很不方便。常常把它的百

27、萬(wàn)分之一作為單位，記作με。這樣，式（7）常寫作：</p><p>　　ΔR/R = Kε （9）</p><p><b>　　(二) 彈性體</b></p><p>　　彈性體是一個(gè)有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個(gè)，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對(duì)外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對(duì)靜平衡；其

28、次，它要產(chǎn)生一個(gè)高品質(zhì)的應(yīng)變場(chǎng)（區(qū)），使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變電信號(hào)的轉(zhuǎn)換任務(wù)。</p><p><b>　?。ㄈz測(cè)電路　　</b></p><p>　　檢測(cè)電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?。因?yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補(bǔ)償問(wèn)題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感

29、器中得到了廣泛的應(yīng)用。因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。</p><p><b>　　四、電路的工作原理</b></p><p>　　電子秤完整電路圖如下圖3所示，其電路構(gòu)成主要有測(cè)量電路，差動(dòng)放大電路，A/D轉(zhuǎn)換，顯示電路。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

30、傳感器中應(yīng)用最多的一種，廣泛應(yīng)用于電子秤以及各種新型結(jié)構(gòu)的測(cè)量裝置。而差動(dòng)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。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。</p><p>　　圖3 電子秤完整電路圖</p><p>　　當(dāng)電橋平衡時(shí)，R1=R2

31、=R3=R4=R，此時(shí)電橋的輸出V0=0，當(dāng)四橋臂的應(yīng)變片受力變化后，輸出變?yōu)椋篤0=kεE</p><p>　　從傳感器測(cè)量電路出來(lái)的模擬信號(hào)很微弱，必須通過(guò)放大器電路對(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。我們選擇兩個(gè)運(yùn)放組成的差動(dòng)輸入模塊，該電路具有共模抑制比高和調(diào)節(jié)方便的特點(diǎn)，從差動(dòng)放大電路輸出地信號(hào)送調(diào)理濾波電路進(jìn)一步放大和調(diào)理，可以將微弱的壓力信號(hào)放大到滿足A/D轉(zhuǎn)換的要求。

32、</p><p>　　采用5kg量程的傳感器，在空載時(shí)，可設(shè)定調(diào)理放大電路輸出模擬量為0V，若壓力為5kg，輸出模擬量為200mV，則平均每1g對(duì)應(yīng)1LSB變化量，對(duì)應(yīng)電壓變化值為0.4mV。</p><p>　　五、單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇</p><p><b>　　1、測(cè)量電路</b></p><p>　　

33、電阻應(yīng)變片可直接粘貼在被測(cè)量的受力構(gòu)件上，測(cè)量應(yīng)力、應(yīng)變。然而要測(cè)量其他被測(cè)量（如力、壓力、加速度等），就要先將這些被測(cè)量轉(zhuǎn)換成應(yīng)變，然后再用應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量，比直接測(cè)量多了一個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程，完成這種轉(zhuǎn)換的原件彈性敏感原件。由彈性敏感元件和應(yīng)變片，以及一些附件（補(bǔ)償元件，殼體等）便組成各種電阻應(yīng)變式傳感器。 </p><p>　　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

34、小的電阻變化，在電阻應(yīng)變傳感器中常用的是橋式測(cè)量電路。 橋式測(cè)量電路有四個(gè)電阻，電橋的一個(gè)對(duì)角線接入工作電壓E，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，否則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計(jì)來(lái)測(cè)量，所以電橋能夠精確地測(cè)量微小的電阻變化。 測(cè)量電橋如圖4。</p><p>　　圖4 傳感器的測(cè)量電路 </p><p>　　它

35、由箔式電阻應(yīng)變片電阻R1、R2、R3、R4組成測(cè)量電橋，R1、R2、R3、R4 為特性相同的應(yīng)變片,且有R1=R2=R3=R4=R，測(cè)量電橋的電源由穩(wěn)壓電源E供給。物體的重量不同，電橋不平衡程度不同，指針式電表指示的數(shù)值也不同?；瑒?dòng)式線性可變電阻器RP1作為物體重量彈性應(yīng)變的傳感器，組成調(diào)零電路，當(dāng)載荷為0時(shí)，調(diào)節(jié)RP1使數(shù)碼顯示屏顯示零。其輸出電壓為：</p><p>　　U= (ΔR/R-ΔR/R-ΔR/R

36、+ΔR/R) （10）</p><p>　　ΔR=ΔR=ΔR，ΔR=ΔR=-ΔR （11）</p><p><b>　　則有</b></p><p>　　U= *4*ΔR/R=Ekε （12）</p><p><b>　　2、

37、差動(dòng)放大電路</b></p><p>　　圖5 差動(dòng)放大電路

38、</p><p>　　差動(dòng)放大電路是由比較器A1、A2組成的，其工作原理：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(guò)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。儀表儀器放大器的選型很多，我們這里介紹一種用途非常廣泛的儀表放大器LM358，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、儀器儀表、電氣測(cè)量

39、等數(shù)字采集的系統(tǒng)中。本設(shè)計(jì)中差動(dòng)放大電路結(jié)構(gòu)圖如圖5</p><p><b>　　推導(dǎo)過(guò)程：</b></p><p>　　I = (V-V)/R （13）</p><p>　　V = (R81+R7+R82)I</p><p>　　= (1+)I

40、 （14）</p><p><b>　　則有 </b></p><p>　　A=1+=13 （15）</p><p><b>　　3、A/D轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換的作用是進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字

41、信號(hào)輸出。在選擇A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，先要確定A/D轉(zhuǎn)換的位數(shù)，該設(shè)計(jì)運(yùn)用的是雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器ICL7106，A/D轉(zhuǎn)換誤的位數(shù)確定與整個(gè)測(cè)量控制系統(tǒng)所需測(cè)量控制的范圍和精度有關(guān)，系統(tǒng)精度涉及的環(huán)節(jié)很多，包括傳感器的變換精度，信號(hào)預(yù)處理電路精度A/D轉(zhuǎn)換器以及輸出電路等。</p><p>　　3.1 ICL7106雙積分型的A／D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)</p><p>　　a.直接輸出7段譯碼信號(hào)

42、</p><p>　　b.7106直接驅(qū)動(dòng)LED</p><p>　　c.位十進(jìn)制A/D轉(zhuǎn)換器 </p><p><b>　　d.雙積分型電路</b></p><p>　　3.2 雙積分A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)與原理</p><p>　　ICL7106的性能特點(diǎn)：＋7V～＋15V單電源供電，可選9V疊層

43、電池，有助于實(shí)現(xiàn)儀表的小型化。低功耗（約16mW），一節(jié)9V疊層電池能連續(xù)工作200小時(shí)或間斷使用半年左右。 輸入阻抗高（1010Ω）。內(nèi)設(shè)時(shí)鐘電路、＋2.8V基準(zhǔn)電壓源、異或門輸出電路，能直接驅(qū)動(dòng)3½位LED顯示器。 屬于雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度達(dá)±0.05％，轉(zhuǎn)換速率通常選2次／秒～5次／秒。具有自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)判定極性等功能。通過(guò)對(duì)芯片的功能檢查，可迅速判定其質(zhì)量好壞。 外圍

44、電路簡(jiǎn)單，僅需配5只電阻、5只電容和LED顯示器，即可構(gòu)成一塊DVM。其抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。</p><p>　　ICL7106的工作原理： ICL7106內(nèi)部包括模擬電路和數(shù)字電路兩大部分，二者是互相聯(lián)系的。一方面由控制邏輯產(chǎn)生控制信號(hào)，按規(guī)定時(shí)序?qū)⒍嗦纺M開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)，保證A/D 轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行；另一方面模擬電路中的比較器輸出信號(hào)又控制著數(shù)字電路的工作狀態(tài)和顯示結(jié)果。</p><p&g

45、t;　　模擬電路：模擬電路由雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。主要包括2.8V基準(zhǔn)電壓源（E0）、緩沖器（A1）、積分器（A2）、比較器（A3）和模擬開(kāi)關(guān)等組成。緩沖器A4專門用來(lái)提高COM端帶負(fù)載的能力，可謂設(shè)計(jì)數(shù)字多用表的電阻擋、二極管擋和hFE擋提供便利條件。這種轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度高、抗串模干擾能力強(qiáng)、電路簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合做低速模／數(shù)轉(zhuǎn)換。每個(gè)轉(zhuǎn)換周期分三個(gè)階段進(jìn)行：自動(dòng)調(diào)零（AZ）、正向積分（INT）、反向積分（DE），并按照

46、AZ→INT→DE→AZ…的順序進(jìn)行循環(huán)。令計(jì)數(shù)脈沖的周期為TCP，每個(gè)測(cè)量周期共需4000TCP。其中，正向積分時(shí)間固定不變，T1＝1000TCP。儀表顯示值</p><p>　　N=* （16）</p><p>　　將T1＝1000TCP，UREF＝100.0mV代入上式得</p><p>　　N＝10UIN

47、或UIN＝0.1N （17）只要把小數(shù)點(diǎn)定在十位上，即可直讀結(jié)果。滿量程時(shí)N＝2000，此時(shí)UM＝2UREF＝200mV，儀表顯示超量程符號(hào)“1”。</p><p><b>　　4、顯示電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　欲測(cè)量2V以上的直流電壓，必須利用精密電阻分壓器對(duì)UIN進(jìn)行衰減。積分電阻應(yīng)采用金屬膜電阻，積分電

48、容宜選絕緣性好、介質(zhì)吸收小的聚苯乙烯電容或聚丙烯電容。</p><p>　　數(shù)字電路：數(shù)字電路主要包括8個(gè)單元：①時(shí)鐘振蕩器；②分頻器；③計(jì)數(shù)器；④鎖存器；⑤譯碼器；⑥異或門相位驅(qū)動(dòng)器；⑦控制邏輯；⑧LED顯示器。時(shí)鐘振蕩器由ICL7106內(nèi)部反相器F1、F2以及外部阻容元件R、C組成。若取R＝120kΩ，C＝100PF，則f0＝40kHz。f0經(jīng)過(guò)4分頻后得到計(jì)數(shù)頻率fCP＝10kHz，即TCP＝0.1ms。此

49、時(shí)測(cè)量周期T＝16000T0＝4000TCP＝0.4s，測(cè)量速率為2.5次／秒。f0還經(jīng)過(guò)800分頻，得到50Hz方波電壓，接LED的背電極BP。LED須采用交流驅(qū)動(dòng)方式，當(dāng)筆段電極a～g與背電極BP呈等電位時(shí)不顯示，當(dāng)二者存在一定的相位差時(shí)，液晶才顯示。因此，可將兩個(gè)頻率與幅度相同而相位相反的方波電壓，分別加至某個(gè)筆段引出端與BP端之間，利用二者電位差來(lái)驅(qū)動(dòng)該筆段顯示。驅(qū)動(dòng)電路采用異或門。其特點(diǎn)是當(dāng)兩個(gè)輸入端的狀態(tài)相異時(shí)（一個(gè)為高電平

50、，另一個(gè)為低電平），輸出為高電平；反之輸出低電平。7段LED驅(qū)動(dòng)電路如圖所示。圖中，加在a、b、c筆段上的方波電壓與BP端方波電壓的相位相反，存在電位差，使這三段顯示。而d、e、f、g段消隱，故可顯示數(shù)字“7”。顯見(jiàn)，只</p><p>　　ICL7106與數(shù)碼顯示器被設(shè)計(jì)成一個(gè)量程為200mV的電壓表。把差動(dòng)放大器輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。便攜式電子手提秤的量程為2kg~5kg，稱重傳感器在5kg時(shí)的輸出約

51、為200mV。</p><p>　　5、系統(tǒng)需要的元器件清單</p><p><b>　　表1 元器件清單</b></p><p><b>　　六、總結(jié)</b></p><p>　　目前，電子秤正朝著小型化、高精度、智能化方向發(fā)展。ICL7106采用較小的封裝，尺寸很小，所需的外圍器件也很少，滿足

52、了電子秤小型化的需求；其內(nèi)置各種控制寄存器和數(shù)據(jù)寄存器，并且可以通過(guò)SPI接口方便地控制和讀取這些寄存器，滿足了電子秤智能化的需求。因此ICL7106是電子秤中模數(shù)轉(zhuǎn)換器的想選擇。</p><p>　　在電子技術(shù)的課程設(shè)計(jì)中，我花了大量的時(shí)間和精力進(jìn)行資料查閱和方案論證，結(jié)合自己所學(xué)，認(rèn)真解決每一個(gè)功能模塊中遇到的問(wèn)題．有時(shí)，為了解決一個(gè)具體問(wèn)題，竟到了絞盡腦汁的地步．</p><p>　

53、　在設(shè)計(jì)完各個(gè)功能模塊之后，我用Protel 99 SE繪圖軟件進(jìn)行了各個(gè)模塊的繪制，并最終繪制成一個(gè)總的電路原理圖，收到了很好的效果。但由于缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，電路中還有些功能不夠完善，參數(shù)不夠精確，而且抗干擾能力也不夠好。</p><p>　　總之，在這次課程實(shí)際中，我學(xué)會(huì)了怎樣把自己所學(xué)的書本知識(shí)應(yīng)用到實(shí)處。通過(guò)具體的操作，我掌握了各個(gè)功能模塊的接口設(shè)計(jì)方法，無(wú)論是在設(shè)計(jì)思想還是在動(dòng)手能力上都有了很大的提高。&l

54、t;/p><p>　　從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，課程設(shè)計(jì)更是如此，只有經(jīng)常的動(dòng)手，理論與實(shí)際結(jié)合的過(guò)程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 黃賢武，鄭筱霞.傳感器原理與應(yīng)用[M].電子科技

55、大學(xué)出版社,2004</p><p>　　[2] 王琦.電阻應(yīng)變式稱重傳感器的設(shè)計(jì)[J].木材加工機(jī)械.2005(3)</p><p>　　[3] 繆少勇.淺談稱重傳感器工作原理及故障排除[J].科學(xué)之友.2010(14)</p><p>　　[4] 施昌彥.稱重傳感器計(jì)量規(guī)程[J].試驗(yàn)技術(shù)與試驗(yàn)機(jī).1987(4)</p><p>　　[5