重量信號(hào)數(shù)據(jù)采集電路課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　重量信號(hào)數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要7</b></p><p><b>　　第一章 緒論8</b></p><p>　　1.1 選題背景與意義8</p><p>

2、　　第二章 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理8</p><p>　　2.2設(shè)計(jì)原理圖8</p><p>　　2.3 元器件選擇8</p><p>　　2.3.1 傳感器8</p><p>　　2.3.2 前級(jí)放大器部分10</p><p>　　2.3.3

3、 A/D 轉(zhuǎn)換器10</p><p><b>　　第三章 總結(jié)12</b></p><p>　　3.1論文總結(jié)12</p><p>　　3.2 設(shè)計(jì)體會(huì)12</p><p><b>　　致 謝13</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)13</p

4、><p><b>　　附錄：原理圖13</b></p><p>　　重量信號(hào)數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要：本設(shè)計(jì)共分為三個(gè)部分，第一部分為數(shù)據(jù)采集，由應(yīng)變片傳感器電橋?qū)毫π盘?hào)轉(zhuǎn)換為微小的電壓變化；第二部分是信號(hào)放大部分，由信號(hào)的前級(jí)粗調(diào)放大處理器件以及第二級(jí)微調(diào)放大處理器組成；第三部分是A/D轉(zhuǎn)換部分組成，由ADC0809轉(zhuǎn)換器

5、將得到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。通過(guò)這三部分實(shí)現(xiàn)了所要求的功能。本設(shè)計(jì)通過(guò)壓力傳感器得到模擬型號(hào)量電壓的改變，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的處理得到數(shù)字量。</p><p>　　關(guān)鍵詞：應(yīng)變片 壓力傳感器 A/D轉(zhuǎn)換器 </p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 選題背景及意義</p><p>　　電子秤

6、是日常生活中常用的電子衡器，廣泛應(yīng)用于超市、大中型商場(chǎng)、物流配送中心。電子秤在結(jié)構(gòu)和原理上取代了以杠桿平衡為原理的傳統(tǒng)機(jī)械式秤量工具。相比傳統(tǒng)的機(jī)械式秤量工具，電子秤具有秤量精度高、裝機(jī)體積小、應(yīng)用范圍廣、易于操作使用等優(yōu)點(diǎn)，在外形布局、工作原理、結(jié)構(gòu)和材料上都是全新的計(jì)量衡器。 而重量信號(hào)數(shù)據(jù)采集電路是其中重要的組成部分。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)</p><p>　

7、　2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理</p><p>　　電子秤的工作原理。首先是通過(guò)壓力傳感器采集到被測(cè)物體的重量并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。輸出電壓信號(hào)通常很小，需要通過(guò)前端信號(hào)處理電路進(jìn)行準(zhǔn)確的線(xiàn)性放大。放大后的模擬電壓信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機(jī)中。在實(shí)際應(yīng)用中，為提高數(shù)據(jù)采集的精度并盡量減少外界電氣干擾，還需要在傳感器與A/D芯片之間加上信號(hào)調(diào)整電路。</p><p>&

8、lt;b>　　2.2 設(shè)計(jì)流程圖</b></p><p><b>　　2.3 元器件選擇</b></p><p>　　2.3.1傳感器選擇：電阻應(yīng)變片傳感器</p><p>　　應(yīng)變片式傳感器有如下特點(diǎn)：應(yīng)用和測(cè)量范圍廣，分辨力和靈敏度高，精度較高，結(jié)構(gòu)輕小，對(duì)試件影響小， 對(duì)復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在高溫、高壓、強(qiáng)磁場(chǎng)等特殊環(huán)境

9、中使用，頻率響應(yīng)好，商品化，使用方便，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動(dòng)化測(cè)量。 </p><p>　　設(shè)計(jì)要求秤重范圍0～5000N，考慮到秤臺(tái)自重、振動(dòng)和沖擊分量，還要避免超重?fù)p壞傳感器，所以傳感器量程必須大于額定秤重——5000N 。我們選擇的是BSF120-3AA型傳感器， 工作溫度范圍：-30-80℃；變形極限：2.5％（單軸）；靈敏度為2.0-2.2</p><p>　　電阻應(yīng)變式傳感器是一

10、種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的結(jié)構(gòu)型傳感器。電阻應(yīng)變片式電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片即可單獨(dú)作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器。</p><p>　　電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換為△R/R后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)電阻變化一般都很微小，難以直接精確測(cè)量，且不便處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的△R/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。其轉(zhuǎn)

11、換電路常用測(cè)量電橋。</p><p>　　直流電橋的特點(diǎn)是信號(hào)不會(huì)受各元件和導(dǎo)線(xiàn)的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強(qiáng)，但因機(jī)械應(yīng)變的輸出信號(hào)小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。</p><p>　　下圖為一直流供電的平衡電阻電橋，接直流電源E：</p><p>　　當(dāng)電橋輸出端接無(wú)窮大負(fù)載電阻時(shí)，可視輸出端為開(kāi)路，此時(shí)直流電橋秤為電壓橋，即只有電壓輸出。<

12、/p><p>　　當(dāng)忽略電源的內(nèi)阻時(shí)，由分壓原理有：</p><p>　　= （2.1）</p><p>　　當(dāng)滿(mǎn)足條件R1R3=R2R4時(shí)，即</p><p><b>　　（2.2）</b></p><p

13、>　　=0，即電橋平衡。式（2.3）秤平衡條件。</p><p>　　應(yīng)變片測(cè)量電橋在測(cè)量前使電橋平衡，從而使測(cè)量時(shí)電橋輸出電壓只與應(yīng)變片感受的應(yīng)變所引起的電阻變化有關(guān)。</p><p>　　若差動(dòng)工作，即R1=R-△R,R2=R+△R,R3=R-△R，R4=R+△R,按式（2.2），則電橋輸出為</p><p><b>　　(2.3)</b&

14、gt;</p><p>　　2.3.2由高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成差動(dòng)放大器。</p><p>　　差動(dòng)放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點(diǎn)，可以利用普通運(yùn)放(如LM324)做成一個(gè)差動(dòng)放大器，如下圖所示： </p><p>　　電阻R1、R2和電容C1、C2、C3、C4用于濾除前級(jí)的噪聲干擾，C1、C2均為普通小電容，可以濾除高頻信號(hào)干擾，C3、C4為大容量的電解電

15、容，主要用于濾除低頻噪聲干擾。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：輸入級(jí)加入電壓跟隨器，增大了輸入阻抗，中間級(jí)為差動(dòng)放大電路，電阻R6可以調(diào)節(jié)輸出零點(diǎn)，最后一級(jí)可以用于微調(diào)放大倍數(shù)，使輸出滿(mǎn)足滿(mǎn)量程要求。輸出級(jí)為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比較符合應(yīng)用要求。</p><p>　　缺點(diǎn)：此電路要求R3、R4相等，誤差將會(huì)影響輸出精度，難度較大。實(shí)際測(cè)量，每一級(jí)運(yùn)放都會(huì)引入較大噪聲，對(duì)精度影響較

16、大。</p><p>　　2.3.3 A/D 轉(zhuǎn)換器</p><p>　　8位的測(cè)量精度 5000N/2^8=19.953N</p><p>　　由于 12位與14位的價(jià)格較為昂貴，我選擇精度相對(duì)較低的8位A/D轉(zhuǎn)換芯片，我選擇了ADC0809。</p><p>　?。?）ADC0809主要特性</p><p>　　

17、1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 　　</p><p>　　2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 　　</p><p>　　3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，130μs（時(shí)鐘為500kHz時(shí)）　 　　</p><p>　　4）單個(gè)+5V電源供電 　　</p><p>　　5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點(diǎn)和滿(mǎn)刻度

18、校準(zhǔn)。 　　</p><p>　　6）工作溫度范圍為-40～+85攝氏度 　　</p><p>　　7）低功耗，約15mW。</p><p><b>　　（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)

19、關(guān)樹(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。</p><p>　?。?）外部特性（引腳功能）</p><p>　　ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如下圖所示。</p><p>　　下面說(shuō)明各引腳功能： 　　</p><p>　　IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。 　　2-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端。 　　

20、</p><p>　　ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線(xiàn)，用于選通8路模擬輸入中的一路 　　</p><p>　　ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 　　</p><p>　　START： A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。 　　</p><

21、p>　　EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 　　</p><p>　　OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量。 　　</p><p>　　CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 　　</p><p>　　

22、REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 　　Vcc：電源，單一+5V。 　　GND：接地。</p><p><b>　　2.4 參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　由式2.3可計(jì)算得， V0=kεV=5*2*10-4=10-3V到5*2.2*10-4=1.1*10-3V</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓為1-5V</p>

23、<p>　　所以放大器放大倍數(shù)1000</p><p>　　初級(jí) R6/R3=500 二級(jí)放大 R9/R8=1到10</p><p><b>　　第三章 總結(jié)</b></p><p><b>　　3.1 論文總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)幾天的努力，終于按照課程設(shè)計(jì)進(jìn)度要求如

24、期完成了重量數(shù)據(jù)信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)的硬件以及軟件設(shè)計(jì)任務(wù)。在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，雖然碰到了不少的困難，但是在老師的指導(dǎo)以及自己的努力下，終于取得了一定成果。</p><p>　　一、 主要工作及結(jié)論</p><p>　　1、熟悉ADC0809芯片的功能及工作特性，掌握其接口功能。</p><p>　　2、通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)采集的分析，掌握了壓力傳感器、運(yùn)算放大器及A/D轉(zhuǎn)換器

25、的應(yīng)用方法，對(duì)信號(hào)的采樣、轉(zhuǎn)換、傳輸有了更深的認(rèn)識(shí)。</p><p><b>　　二、 存在的問(wèn)題</b></p><p>　　1、電子電路的設(shè)計(jì)中對(duì)各種影響因素的考慮不夠完全，比如在對(duì)過(guò)壓情況的處理中未作防范措施。</p><p>　　2、可擴(kuò)展更多電路，設(shè)計(jì)不夠完整，輸出數(shù)字信號(hào)到單片機(jī)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)顯示功能。 </p><

26、;p><b>　　3.2 設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　在此次設(shè)計(jì)中我收獲良多。經(jīng)過(guò)幾天的努力，從在網(wǎng)上和書(shū)上尋找A/D轉(zhuǎn)換的資料，到定下設(shè)計(jì)的基本框架，再到理清每一部分的原理，我將大學(xué)四年所學(xué)絞盡腦汁的拼湊在了一起。在每一部分都設(shè)計(jì)好后，我進(jìn)行了原理圖的組裝，接著在仿真軟件中進(jìn)行了仿真，結(jié)果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集部分很不理想，于是又開(kāi)始尋找心得A/D轉(zhuǎn)換資料，改變數(shù)據(jù)采集電路。最終實(shí)現(xiàn)

27、了良好的數(shù)據(jù)采集以及線(xiàn)性放大電路。</p><p>　　在本電路中，傳感器的信號(hào)放大是一個(gè)難點(diǎn)，放大后的信號(hào)既要保證不失真，還要保證在A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率范圍內(nèi)，否則將不能準(zhǔn)確的進(jìn)行電壓的變化到重量變化的轉(zhuǎn)換。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我試用了很多的放大電路，但是都以失敗告終。最后，我在一個(gè)放大電路上進(jìn)行了反復(fù)的調(diào)試，最后較為理想的實(shí)現(xiàn)了傳感器輸出信號(hào)的放大。</p><p>　　軟件的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，

28、只要硬件電路實(shí)現(xiàn)其功能，就能應(yīng)用軟件進(jìn)行很好的控制。</p><p>　　最后我想說(shuō)：“不積小流，無(wú)以成江海；不積跬步，無(wú)以至千里?！比魏问虑榈某晒?，都需要自身能力的積累。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)的制作，凝聚了我的心血，也注入了老師和同學(xué)的無(wú)私幫助和熱情奉獻(xiàn)。在此，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師—

29、xx老師，感謝老師給予我的大力支持。從課程設(shè)計(jì)的資料的收集、參考書(shū)目的推薦到電路的調(diào)試和完成直到最后的論文定稿，xx老師總是循循善誘的給我指出不足并給出中肯改善的意見(jiàn)。還要感謝我的同學(xué)們，他們給了我很多建議，讓我更好的了解了相關(guān)的知識(shí)。同時(shí)他們也給了我心里上的支持，因?yàn)橛羞@些人我才能完成這次的課程設(shè)計(jì)。在此，我對(duì)所有關(guān)心、支持我的老師及同學(xué)表示由衷的感謝。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</

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