数字电子称的设计(完美版)

沈阳航空航天大学课程设计（说明书）数字电子称的设计班级学号学生姓名指导教师胡乃瑞沈阳航空航天大学课程设计任务书课程名称电子技术综合课程设计课程设计题目数字电子称的设计课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标设计一个一个具有数字显示功能的数字电子称，具体技术要求如下：（1）测量范围0~0.99kg（0~0.99V）1~1.99kg（1~1.99V）。（2）用3位数码管显示测量结果。（3）直流电源输出的微弱信号作为该系统的输入信号。（4）发挥部分：设计测量量程，进一步扩大测量量程和减小测量误差。二、设计要求1．在选择器件时，应考虑成本。2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。三、实验要求1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用multisim软件仿真。2．进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料1.童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006年五、按照要求撰写课程设计报告成绩评定表：序号评定项目评分成绩1设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）2设计结果可信（例如：系统分析、仿真结果）（15分）3态度认真，遵守纪律（15分）4设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）5答辩（30分）总分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：年月日一．概述电子秤是日常生活中常用的电子衡器，广泛应用于超市、大中型商场、物流配送中心。电子秤在结构和原理上取代了以杠杆平衡为原理的传统机械式称量工具。相比传统的机械式称量工具，电子秤具有称量精度高、装机体积小、应用范围广、易于操作使用等优点，在外形布局、工作原理、结构和材料上都是全新的计量衡器。目前市场上使用的称量工具，或者是结构复杂，或者运行不可靠，且成本高，精度稳定性不好，调整时间长，易损坏，维修困难，装机容量大，能源消耗大，生产成本高。而且目前市场上电子秤产品的整体水平不高，部分小型企业产品质量差且技术力量薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。因此，有针对性地开发出一套有实用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤系统在应用中的不足之处，具有现实意义。从20世纪70年代开始，在世界范围内掀起了一股“电子秤热”，各先进工业国都很重视传感技术和电子秤的研究、开发和生产。传感技术已经成为重要的现代科技领域，电子秤及其系统生产已经成为了重要的新兴行业。我国生产的电子秤产品主要是属于静态衡器电子秤，在计量要求、功能和外形上已经达到了国外同类产品的先进水平，而且在价格上又低于国外的同类产品，具有较好的出口潜力；但动态衡器电子秤，与国外的同类产品还有一定的差距，尤其是在动态稳定性上存在较大的距离，我国进口的电子秤大多数就是这类产品。我国的电子衡量器要想打入国际市场，参与国际竞争。这就要求企业必须以技术为先导、以质量为中心、以管理为基础，努力提高制造技术与制造工艺水平，稳定产品的质量，增强国际市场竞争力。二．方案论证电子秤采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，才能满足并解决现实生活中提出的“快速、准确、连续、自动”称量要求，同时有效地消除人为误差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。电路原理框图：三．电路设计1.运放电路模块图1运放电路本设计中，需要一个放大电路，我们将采用三运放大电路，主要的元件就是三运放大器。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，在此情况下，就必须选择一种符合要求的放大器。2.数模转换模块可调电阻模拟信号输入通过A/D转换为二进制信号输入译码由LED输出与8位数值比较器比较，并将相等的结果输出图2A/D转换器数模转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。A/D转换一般要经过采样、保持、量化及编码4个过程。模数转换过程包括量化和编码。量化是将模拟信号量程分成许多离散量级，并确定输入信号所属的量级。编码是对每一量级分配唯一的数字码，并确定与输入信号相对应的代码。ADC类型繁多，在此，以ADC0808为例进行设计分析。ADC0808芯片共有28只引脚呈对称排列，相应引脚名称和功能，如表3-1所示：表3-1ADC0808各引脚功能引脚名称功能描述IN0～IN78路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。ADDA、ADDB、ADDC模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。VR(+)、VR(-)正、负参考电压输入端ALE地址锁存允许信号，高电平有效。STARTA/D转换启动信号，正脉冲有效。CLOCK接时钟脉冲OE数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。EOCA/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。D0~D7A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。SOC输入一个电压为6V频率为100kHz的脉冲，EOC可接低电平可悬空。3.量程控制模块图3计数器于比较器两个4位数的比较是从A的最高位A3和B的最高位B3进行比较，如果它们不相等，则该位的比较结果可以作为两数的比较结果。若最高位A3＝B3，则再比较次高位A2和B2，余类推。显然，如果两数相等，那么，比较步骤必须进行到最低位才能得到结果。真值表（见表3-2所示）中的输入变量包括A3与B3、A2与B2、A1与B1、A0与B0的比较结果。其中A和B是另外两个低位数，SAB、SAB和SA=B是它们的比较结果。设置低位数比较结果输入端是为了能与其他数值比较器连接，以便组成位数更多的数值比较器。表3-274LS83D芯片真值表输入输出C0A0A1A2A3B0B1B2B3S0S1S2S3C4逻辑电平LLHLHHLLHHHLLH高电平有效低电平有效01010110101001011011000011104.译码驱动显示模块图4数码管显示这种同步可预置十进计数器是由四个D型触发器和若干个门电路构成，内部有超前进位，具有计数、置数、禁止、直接（异步）清零等功能。对所有触发器同时加上时钟，使得当计数使能输入和内部门发出指令时输出变化彼此协调一致而实现同步工作。这种工作方式消除了非同步（脉冲时钟）计数器中常有的输出计数尖峰。缓冲时钟输入将在时钟输入上升沿触发四个触发器。这种计数器是可全编程的，即输出可预置到任何电平。当预置是同步时，在置数输入上将建立一低电平，禁止计数，并在下一个时钟之后不管使能输入是何电平，输出都与建立数据一致。清除是异步的（直接清零），不管时钟输入、置数输入、使能输入为何电平，清除输入端的低电平把所有四个触发器的输出直接置为低电平。超前进位电路无须另加门，即可级联出n位同步应用的计数器。它是借助于两个计数使能输入和一个动态进位输出来实现的。两个计数使能输入（ENP和ENT）计数时必须是高电平，且输入ENT必须正反馈，以便使能动态进位输出。因而被使能的动态进位输出将产生一个高电平输出脉冲，其宽度近似等于QA输出高电平。此高电平溢出进位脉冲可用来使能其后的各个串联级。使能ENP和ENT输入的跳变不受时钟输入的影响。表3-374LS160D引脚功能表RCO进位输出端CLK时钟输入端CLR异步清零端（上升沿有效）ENP计数控制端ENT计数控制端ABCD并行数据输入端LODA同步并行置入控制端QA~QD输出端四．仿真测试1.当开关在0~0.99kg（0~0.99V）量程时的仿真图将单刀双掷开关置于0~0.99kg量程，调节滑动变阻器来模仿将重物放在数字电子称上，数码管会显示出相应数字。2.当开关在1~1.99kg（1~1.99V）量程时的仿真图将单刀双掷开关置于1~1.99kg量程，调节滑动变阻器来模仿将重物放在数字电子称上，数码管会显示出相应数字。五．结论通过这次课设，我感触颇多，受益匪浅。对multisim软件的应用，公式编辑器的应用，还有一些基本的word的基本操作有了更加深入的了解。自己动手，认真思考，解决了现实生活中的实际的问题，让我非常有成就感。这期间遇到了很多问题，但是经过和同学们的讨论研究以及以及查找相关资料最终把问题解决了，同时也暴露了自己哪方面知识有欠缺，我深深感受到平时学东西要扎扎实实，这样用到的时候就不用再去翻书，以节省时间。通过这个课设，我对电子也有了更多的了解，更多的认识，我发现科技真的是无所不能，只要我们肯努力去做，我们也会变得很强大，很充实。在此次课程设计中，对我们所学的电路和数字逻辑的知识进行了一次总结性的复习，特别是对ADC及比较器74LS83D的功能及应用有了更深一步的了解。在本次课程设计中，我花了大量的时间和精力进行资料查阅和调试电路板，结合自己所学，认真解决每一个功能模块中遇到的问题。但是还是没有得到实验的理想结果，甚至可以说离试验结果差的很远。在设计各个功能模块之前，我查找了许多资料但是都没有找到符合要求的实验原理图，而且有好几个图原本已经画好了，但是在仿真的时候都得不到结果。总之，在这次课程实际中，我学会了怎样把自己所学的书本知识应用到实处。看到自己设计的功能电路能在仿真软件中运行、调试好的电路正确运行，我有了很大的成就感。另外，通过具体的操作，我掌握了各个功能模块的接口设计方法，无论是在设计思想还是在动手能力上都有了很大的提高。此次实验完成了数字电子称的量程转换功能以及数字显示功能，但是在量程的范围上并没有达到实验的要求，并没有在那个范围内。针对这个问题我改了好久，但是始终没有调试出所需要的结果，尽管自己努力了好久但还是没有调出来，所以这次的实验真的很失败。参考文献[1]童诗白,华成英主编．《模拟电子技术基础》[M]北京：高等教育出版社，2006．[2]阎石主编．《数字电子技术》[M]北京：高等教育出版社，2006．[3]康光华主编．《电子技术基础》[M]北京：高等教育出版社，2000．[4]余孟尝.《数字电子技术基础简明教程（第二版）》[M]北京：高等教育出版社，2006.12[5]科林等.《TTL高速CMOS手册》[M]北京：电子工业出版社，2004.5[6]孙余凯等.《常用集成电路实用手册》[M]北京：电子工业出版社，2006.1[7]孙余凯等.《常用集成电路实用手册（续集）》[M]北京：电子工业出版社，2008.1[8]邱寄帆等.《数字电子技术实验与综合实训》[M]北京：人们邮电出版社，2005.9附录I总电路图附录II元器件清单序号编号名称型号数量1V1V2V3时钟源CLOCK_VOLTAGE32U1放大器3288RT13R1R2R3R4电阻滑动变阻器RESISTOR44U2A/D转换器ADC15U3U416进制计数器74LS161D26U5U64位二进制全加器74LS83D27S2单刀双掷开关SPDT18U7U8U9十进制计数器74LS160D39U11U12U13数码管DCD_HEX310U10反相器NOT1