电子称设计(完整版)

-1-中北大学课程设计说明书学生姓名：学号：学院：信息与通信工程学院专业：电子信息科学与技术题目：电子综合应用实践：数字电子秤设计指导教师:职称:2010年1月4日-2-中北大学课程设计任务书09/10学年第一学期学院：信息与通信工程学院专业：电子信息科学与技术学生姓名：学号：学生姓名：学号：学生姓名：学号：学生姓名：学号：课程设计题目：电子综合应用实践：数字电子秤设计起迄日期：2010年1月4日～2010年1月15日指导教师：系主任：下达任务书日期:2010年1月4日-3-课程设计任务书1．设计目的：针对电子线路课程要求，对学生进行实用型电子线路设计、安装、调试等各环节的综合性训练，培养学生运用课程中所学的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题的能力。2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：设计内容:设计一个数字电子秤，组装及调试各单元电路及系统电路，用数字表显示称重结果。设计要求及技术指标：①测量范围：0~1.999kg、0~19.99kg、0~199.9kg；②用数字显示被测重量，小数点位置对应不同的量程显示。3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：1电路原理图.2仿真结果.3课程设计说明书.-4-课程设计任务书4．主要参考文献：要求按国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》书写，例：1傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.北京：科学出版社，1985（5篇以上）5．设计成果形式及要求：1电路原理图2课程设计说明书6．工作计划及进度：2010年1月4日~1月7日了解设计题目，查找资料、学习相关软件；1月8日~1月13日确定各题目要求计算相关参数，具体设计；1月14日~1月15日整理设计说明书，答辩。系主任审查意见：签字：年月日-5-目录一、设计方案简介…………………………………06设计内容、设计要求、软件学习、实验流程图、电路系统概述、实验电路结构及分块原理二、设计条件及主要参数表………………………09传感器系统、放大系统、模数转换及显示系统三、设计主要参数计算……………………………10各部分工作原理图四、设计结果………………………………………12五、设计评述………………………………………13心得体会六、参考文献………………………………………14参考相关资料-6-一、设计方案简介数字电子称通过传感器将被测物体的重量转换成模拟的电压信号，较小的电压信号通过应用放大系统进行准确、线性的放大，以满足模数转换器对输入信号电平的要求。放大电路采用四运放集成电路LM324中的三个运放组成的仪表用放大电路。仪表用放大器具备足够大的放大倍数、高输入电阻和高共模抑制比的特点。放大后的模拟电压信号经过模数转换电路变成数字量，模数转换电路采用模数转换芯片7107实现。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，显示电路采用四块分立的七段LED显示电路进行显示。本设计中通过改变放大电路的增益，从而达到转换量程的目的。由于被测物体的重量相差较大，根据不同的侧重范围要求，需对量程进行切换。1、设计内容（1）制作一个具有数字显示功能的数字电子称；（2）调试数字电子称的歌单元电路及系统电路；（3）掌握数字电路的设计、组装与调试方法；（4）熟悉集成电路7107的使用方法；（5）采用电阻应变式传感器；2、设计要求(1)测量范围：0~1.999kg、0~19.99kg、0~199.9kg(2)用数字显示被测重量，小数点位置对应不同的量程显示。3、PROTEL软件学习：（1）首先建立一个专用文件夹，用以集中存放相关电路设计文件，便于管理；-7-（2）当直接双击“PROTEL99SE”图标后，进入第一层“DesignExplorer”设计管理器窗口；（3）在这个窗口中，可对设计数据库建立等操作，首先要建立一个新的设计数据库。点击File/New命令出现建立新的设计数据库路径对话框；（4）建立设计数据库后，就要建立需要的各种电路设计文件。在进入一个设计数据库后，执行File/New命令后弹出新文档对话框，选择要增加文件类型后单击OK，新建电路设计文件及添加到了设计数据库中。（5）文件的操作。在设计数据管理窗口中，在选择电路设计文件上单击右键后，弹出快捷菜单，可对其文件进行操作。（6）当建立电路文件后可对其进行电路设计（编辑）工作，即双击电路原理图文件就进入了电路原理图编辑窗口；（7）放置元件。在电路原理图编辑窗口放置电子元件。首先要装入需要的数据元件库，操作方法：单击设计数据管理窗口中的BrowseSch中的Libraris命令进入元件库和元件管理器，然后单击Add/Remove按钮，选择\DesignExplorer99SE\Library\Sch路径，再选择所用的元件库文件，单击Add按钮增加到元件库管理器，单击OK，就可以看到选择的元件库已装到元件库管理器窗口中。（8）当元件管理器装入元件库后就可以放置元件，在元件浏览区中，用鼠标左键单击要放置的元件，然后单击元件浏览区中的Place按钮，鼠标上便附加了光标和浮动的被选中元件。把光标移动到要放置的位置后，单击左键，这个元件就放置好了。在放置元件的过程如要转动元件方向，按一次空格键元件就逆时针转90°。（9）布线。选择所需要的连线工具将电路连接起来。（10）编辑元件的属性（元件名、封装、参数等），鼠标左键双击要编辑元件，就弹出选中元件属性设置对话窗口，根据需要对元件属性进行设置。（11）电器规则检查，主要是检查元件之间的相互连接。单击菜单Tool/ERC,启动电气规则检查设置对话框窗口，单击OK按钮就开始进行检查。（12）元件报告表的产生，点击菜单Report/BillofMaterial，启动元件生成表，点击Next系统将生成元件报告表文件。（13）生成网络表。启动建立网络表菜单Design/CreateNetlist后出现网-8-络表设置对话框窗口，设置好后点击OK，即生成网络表格文件。4实验流程图5电路系统概述：（1）利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物体的重量信号。（2）由放大器电路把传感器输出的微弱电压信号进行一定倍数的放大，放大后的电压信号送到模数转换电路中。（3）由模数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。（4）由电路显示数据。6、实验电路结构及分块原理由于本实验设计要求可将实验电路基本分为四个组成部分，即传感器、放大电路、模数转换器、显示电路和切换量程系统。数字电子秤的原理框图如下所示:电阻应变式传感器输出信号三运放大电路放大信号显示电路A/D转换电路-9-二、设计条件及主要参数表根据实验的组成部分，我们分以下四个部分进行介绍：一．传感器电子秤传感器的测量电路通常使用电桥测量电路，它将应变阻值的变化转换为电压或电流的变化，这就是可用的输出信号。电桥电路有四个电阻组成，如下图所示：电子秤的传感器在不加负荷时，桥路的电阻应平衡，也就是电桥初始平衡状态输出应为零。但实际上桥路各臂阻值不可能绝对相同，接触电阻及导线电阻也有差异，致使输出不为零。因此必须设置调零电路使初始状态达到平衡，即输出为零。二．放大系统电子秤的放大系统是把传感器输出的弱信号放大，放大的信号应能满足模数转换的要求，该系统使用的模数转换的输入量是应是0到1.999V。为了测量准确，放大系统设计时应保证输入级是高阻，输出级是低阻，系统应具有很高的抑制共模干扰的能力，系统的放大倍数应根据被测物体的重量对应传感器的输出量，然后把传感器的输出量按一定的比例相应放大，如果测量的重量相差较远，可以设置量程转换来切换量程，切换量程，切换量程电路有手动和自动两种。三．模数转换及显示系统-10-传感器的输出信号放大后，通过模数转换器把模拟量转换成数字量。该数字量由显示器显示。由于大规模集成电路的广泛应用，3又1/2位和4又1/2位A/D转换以运用于各种测量系统。显示系统有由发光二极管（LED）组成的和液晶显示屏（LCD）型的。四．LED显示器结构与原理LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是七段LED。这种显示块有共阴极与共阳极两种。共阴极LED显示块的发光二极管阴极共地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮；共阳极LED显示块的发光二极管阳极并接。三、设计主要参数计算各部分工作原理图一．放大系统原理图图1加入量程功能的仪表用放大电路-11-图2放大电路的调零电路二．模数转换原理图图37107A/D转换器外接电路图-12-三．总体工作原理图图4总体工作电路原理图四、设计结果设计仿真结果PCB板如下所示:-13-五、设计评述数字电子秤课程设计心得这次课程设计的主要任务是设计一个数字电子秤，组装及调试各单元电路及系统电路，用数字表显示称重结果。回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，可以说，这次课程设计比较不容易，因为很多内容还未进行学习，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。这次设计使自己有机会使用到原来所学知识，并且可以有更深的认识，可以时候收获不小。在设计的过程中可以说得是困难重重，这毕竟是第一次做数电课程设计，难免会遇到过各种各样的问题，设计的过程中我发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。-14-也提醒自己要更加努力学习来扩充自己的知识。通过这次课程设计，我对于相关软件的使用有了进一步的了解。同时，我们还通过查阅相关资料、请教指导老师和小组讨论等方式，对设计电路进行性能考证。利用Protel软件设计好的电路图在计算机上画出来，并对其进行仿真，得到仿真正确结果。同时上机能力也得到了提高。在课程设计中最重要的就是团队精神，我们四个人一组共同做一个题目，在查找资料，使用软件等过程中一起思考，遇到困难的时候大家一起想解决的办法。我们知道自己还有很多的不足和很多需要学习的东西，我们相信通过我们共同的努力，在未来的课程等方面会有更大的进步，不断提高自己的能力。六、参考文献1、《中国集成电路大全》编写委员会编，中国集成电路大全CMOS集成电路。北京；国防工业出版社，1985.2、徐恕宏主编，传感器原理及其设计基础。北京；机械工业出版社，19883、阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，19984、毕满清.电子技术实验与课程设计.北京:机械工业出版社，20055、孙余凯.精选实用电子电路260例.北京:电子工业出版社，2007.26、网上资料