手提数字显示电子秤 专业综合.docx

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手提数字显示电子秤专业综合

目录

摘要I

AbstractII

1设计原理1

1.1设计要求1

1.2设计原理1

2硬件电路设计2

2.1测量电路2

2.2差动放大电路3

2.3A/D转换电路4

2.4显示电路6

2.5总体电路设计6

3软件仿真8

4心得体会10

参考文献11

摘要

手提数字显示电子秤电路构成主要有测量电路，差动放大电路，A/D转换，显示电路。

其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。

电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。

而差动放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的要求。

A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。

关键字：

电阻应变式传感器、差动放大电路、A/D转换、显示电路

Abstract

Portabledigitaldisplayelectroniccircuitconstitutethemainmeasurementcircuit，differentialamplifiercircuit,A/Dconversion,displaycircuit.Oneofthemaincomponentsinthemeasurementcircuitisresistancestrainsensor.Resistancestrainsensorisoneofthemostusedinsensors,widelyusedinelectronicscalesandmeasuringdevicesofvariouskindsofnewtypeofstructure.Andtheroleofthedifferentialamplifiercircuitisaweakanalogsignalofthesensoroutputmustbeamultipleofamplifier,inordertomeettheA/Dconvertertotherequirementoftheinputsignallevel.ThefunctionofA/Dconversionisconvertanalogsignalintodigitalsignal,modulusconversion,andthenthedigitalsignaltransmissiontothedisplaycircuit,finallybythedisplaycircuitshowsthemeasuredresults.

Keywords：

resistancestrainsensor，differentialamplifiercircuit，A/Dconversion，displaycircuit

1设计原理

1.1设计要求

设计一款手提数字显示电子秤，要求如下：

（1）用电阻应变式传感器；

（2）重范围为5kg；

（3）电路由测量电桥，差动放大电路，A/D转换电路，显示电路组成。

1.2设计原理

首先利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号，以模拟信号的方式传送到差动放大器电路，将传感器输出的微弱信号进行一定倍数的放大，然后送A/D转换电路中。

再由A/D转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送到显示电路，最后由显示电路显示数据。

设计流程图如下图所示：

图1设计流程图

2硬件电路设计

2.1测量电路

电阻应变式传感器是测量电路的核心，电阻应变式传感器是以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。

电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。

弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。

电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。

+

桥式测量电路有四个电阻，电桥的一个对角线接入工作电压E，另一个对角线为输出电压U。

其特点是：

当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，否则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。

应变测量电桥如图2所示：

——

——

+

图2应变测量电桥

输出电压为：

桥式测量电桥如图3所示，它由1.5V电源BAT1，固定电阻R2、R3、R4、R5和滑动变阻器RV1、RV3组成。

其中RV3是调零电阻，当滑动变阻器RV1划到最下面时，调节RV3直至显示电路显示为0。

滑动变阻器RV1作为物体重量弹性应变的传感器，物体重量不同，电桥不平衡程度不同，调节范围是0-5kg。

图3桥式测量电路

2.2差动放大电路

差动放大电路的主要元件是差动放大器。

在许多需要用A/D转换和数字采集的单片机系统中，多数情况下，传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求。

本设计中差动放大电路结构如下图4所示：

图4差动放大电路

放大电路的放大倍数理论值为：

2.3A/D转换电路

A/D转换的作用是进行模数转换，把接收到的模拟信号转换成数字信号输出，其中TC7107芯片是A/D转换电路的核心。

TC7107包含

位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、

自动调零功能等。

图5A/D转换电路

A/D转换电路模块如图5所示，TC7107的工作原理如下：

双积分型A/D转换器TC7107是一种间接A/D转换器。

它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。

它主要包括积分器、比较器、计数器，控制逻辑和时钟信号源。

积分器是A/D转换器的心脏，在一个测量周期内，积分器先后对输入信号电压和基准电压进行两次积分。

比较器将积分器的输出信号与零电平进行比较，比较的结果作为数字电路的控制信号。

时钟信号源的标准周期Tc作为测量时间间隔的标准时间。

它是由内部的两个反向器以及外部的RC组成的。

计数器对反向积分过程的时钟脉冲进行计数。

控制逻辑包括分频器、译码器、相位驱动器、控制器和锁存器。

分频器用来对时钟脉冲逐渐分频，得到所需的计数脉冲fc和共阳极LED数码管公共电极所需的方波信号fc。

译码器为BCD-7段译码器，将计数器的BCD码译成LED数码管七段笔画组成数字的相应编码。

驱动器是将译码器输出对应于共阳极数码管七段笔画的逻辑电平变成驱动相应笔画的方波。

控制器的作用有三个：

第一，识别积分器的工作状态，适时发出控制信号，使各模拟开关接通或断开，A/D转换器能循环进行。

第二，识别输入电压极性，控制LED数码管的负号显示。

第三，当输入电压超量限时发出溢出信号，使千位显示“1"，其余码全部熄灭。

锁存器用来存放A/D转换的结果，锁存器的输出经译码器后驱动LED。

2.4显示电路

显示电路由三个共阳极七段译码器和一个蜂鸣器组成，显示范围0-5.00kg。

TC7107的输出信号A3～G3经过逻辑门电路后控制蜂鸣器，当超过5kg后，蜂鸣器开始超重报警。

图6显示电路

2.5总体电路设计

通过上述模块电路的分析，可以得出整体电路图如下图所示。

首先桥式测量电路测出物质的重量信号，以模拟信号的方式传送到差动放大器电路，将测量电路输出的微弱信号进行一定倍数的放大，然后送A/D转换电路TC7107中。

再由A/D转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，并译成LED数码管七段笔画组成数字的相应编码。

最后将编码传送到显示电路，由显示电路显示数据。

当显示范围超过5后，蜂鸣器自动报警。

图7总体电路

3软件仿真

首先使滑动变阻器RV1滑倒最下面，调节RV3使初始显示为0。

再调节RV2使RV1在满量程时，输出显示为5.00。

图8、图9分别是调零电路和满量程电路。

经过电路调试后，滑动变阻器RV1的可调范围为0-5.05V，能够在该范围内线性变化。

当值超过5时，蜂鸣器能够准确报警，表示物体超重。

图8调零电路

图9满量程电路

4心得体会

古人云：

“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。

”学习专业知识仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，一定要动手尝试才行。

多想，多思考，多尝试，才是正路。

本次课题是手提数字显示电子秤的设计，电子秤是一款在生活中经常被使用到的称重工具。

根据设计中要实现的功能，经过自己认真地分析实践，确立方案，设计出电路，书写文档，在设计过程中翻阅了大量资料，通过对所得的各种资料的综合分析，提炼出自己需要的信息，从而提高自己的分析能力；通过对主要技术指标的分析，认真体会了设计时的各项技术理论；通过对设计时出现的各种问题分析与解决，锻炼了独立分析，进行工程设计的能力；通过对电路设计中的某些问题的较为深入的探索，培养了自己的探索能力；通过设计论文的书写，进一步锻炼了绘图技巧，文字表达能力和对学习的认真态度。

在这次课程设计中，我学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路。

实验中暴露出我在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，通过课程设计加深了我对所学知识的理解。

从中我发现自己并不能很好的去使用我所学到的知识，在以后学习中我要加强对使用电路的设计和选用能力，锻炼自己的动手实践能力。

在整个设计过程中我懂得了许多东西，也培养了独立思考和设计的能力，树立了对知识应用的信心，相信会对今后的学习工作和生活有非常大的帮助，并且提高了自己的动手实践操作能力，使自己充分体会到了在设计过程中的成功喜悦。

虽然这个设计做的不怎么好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

作为一个电信专业的学生，我深知课程设计的重要性。

这次课程设计我从刚开始的什么都不懂不会不敢不碰，到现在的基本了解了一个电路是如何构成，电路仿真也让我对以前学习的电路知识有了详细地了解。

参考文献

[1]李群芳，张士军.单片微型计算机与接口技术.北京：

电子工业出版社，2008.

[2]郭天祥.51单片机C语言教程.北京：

电子工业出版社，2009

[3]戴焯.传感与检测技术.武汉：

武汉理工大学出版社，2003

[4]吴友宇.模拟电子技术基础.北京：

清华大学出版社，2009

[5]王志功.集成电路设计基础.北京：

电子工业出版社，2004.