手提数字显示电子秤设计Word格式文档下载.docx

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2.3A/D转换与显示电路的仿真与检验9

2.4总电路仿真10

3心得体会12

参考文献13

摘要

专业综合课程设计是考察学习阶段所学专业的实践活动，并检验所学专业的综合能力。

专业综合课程设计的目的是为了让学生将课本所学知识与实践联系起来，进一步提高自己的动手能力。

手提电子称的设计，首先要将重物的重力变换用一个模拟量表示出来，这里需要用到传感器，以模拟电压或电流的形式输出，通常这个模拟量的变化是非常微小的，为了便于后续芯片的识别，需要将模拟量进行一定的放大，当数字计算机参与控制时，要求输入信号为数字量，所以，必须先把模拟量变换成数字量，才能被数字计算机接受。

模拟量再经由A/D转换芯片将模拟量转换为数字量，并显示出来。

关键词：

传感器，模数转换电路，放大电路

Abstract

Professionalcomprehensivecourseisdesignedtoexaminethelearningphaseofprofessionalpractice,andexaminethecomprehensiveabilityofmajor.Comprehensivecurriculumdesigninordertomakestudentstotextbookknowledgewithpractice,tofurtherimprovetheirability.Thedesignoftheportableelectronicsaid,firstofalltotheweightofgravitytransformwithananalogrepresentation,hereneedsensor,intheformofanalogvoltageorcurrentoutput,usuallytheanalogquantitychangeisverysmall,inordertofacilitatesubsequentidentificationofachip,youneedtoenlargetheanalogof,whendigitalcomputercontrolfunction,theinputsignaltothedigitalquantity,therefore,mustfirstchangeanalogquantitytodigitalquantity,canbeacceptedbyadigitalcomputer.AnalogagainthroughA/Dconversionchipconvertsanalogtodigitalquantity,anddisplayed.

Keywords:

Sensors,modulusconversioncircuit,amplifyingcircuit

1电路设计

本次课程设计的主要任务是设计一个手提数字显示的电子称。

其中，需要完成的是测量电路的设计，放大电路的设计，A/D转换电路的设计，数字显示电路的设计。

具体要求是：

测量电路需要使用电阻应变式传感器，放大电路利用差动放大电路将微弱的模拟信号放大一定倍数，以满足后续芯片的识别与使用，模数转换后，将数字信号送到显示电路中，最后由显示电路将测量结果显示出来。

1.1测量电路设计

1.1.1电阻应变片及其原理

测量电路的主要设计思路是将物体的重力，这一非电量转化为应变量，利用电阻应变传感器，将应变转换为电阻变化，从而将非电量转化为电量。

电阻应变传感器由弹性元件、电阻应变片和测量电路组成。

弹性元件用来感受被测量的变化，电阻应变片粘贴在弹性元件上，将弹性元件的表面应变转换为应变片电阻值的变化，然后通过测量电路将应变片电阻值的变化转换为便于输出测量的电量。

金属导体在发生机械形变时，其阻值发生相应变化，即形成导体的电阻应变效应。

利用电阻计算公式：

对上式取对数,再取微分得

令导体截面半径为

，则

令导体纵向应变量为

则

式中

表示导体横向应变量与纵向应变量成比例，式中“-”号表示两变形方向相反。

将以上式子综合可得

引入应变灵敏系数

，可得

最后可得

其中

是一个只与材料性质有关的常数。

上式说明了电阻应变片的电阻变化率和电阻丝伸长率之间的变化关系。

1.1.2电阻应变传感器测量电路

在上述电阻变化的测量中，由机械应变所引起的电阻值变化量很小，难以直接用测阻表作出精确测量，故常用电桥将电阻变化成电压或电流后放大测量。

应变测量电桥有三种接法，即单臂桥、半桥和全桥。

本次设计中采用的是应变片单臂桥电路。

应变片单臂桥是指只有一个桥臂接有应变片，为了便于分析，一般4个桥上采用相同阻值的电阻。

测量电桥的电源由直流电压供给，测量的重量不同，电桥的不平衡程度不同，所输出的电压不同，最终显示的数字也就不同。

在仿真模拟过程中，利用滑动变阻器的阻值改变来模拟电阻应变片的阻值改变。

测量电路如下所示：

图1测量电路

1.2放大电路的设计

由于所测得的模拟量十分微弱，所以需要将其进行一定的放大，才能使得A/D转换芯片识别。

本次设计的差动放大电路是由两个比较级组成的，采用同相输入方式，信号从同相输入端输入，负反馈网络接在反相输入端。

电路如下图所示：

图2放大电路

其中，放大器两端的电压输出与电压输入关系推导如下：

先考虑上方的放大器，由“虚短”和“虚断”两条法则有

下方的放大器，由相同的法则可得到相同的结论。

这样就可以求得

两端的电压为

再考虑输出端的电压关系，可以得到另一个计算

两端电压的式子

两式相等可以得到

按本次设计的电阻值计算可得

。

1.3A/D转换及显示电路设计

通过上述电路已经将微弱的模拟信号放大至可识别的范围，接下来需要的是将模拟信号转换成数字信号，以方便数字电路的使用。

本次设计所用的模数转换芯片是TC71017，它具有很多优点，首先，它可以直接输出7段译码信号，可以直接用来驱动LED的显示，因此，显示电路不需要增加别的部件，就可以很方便的完成显示。

其次，该芯片可以使用单电源供电，功耗较低，制造出来的器件体积小，可以很方便的实现手提便携式等要求。

再次，该芯片A/D转换的准确度以及转换速率均满足设计要求。

最后，该芯片的外围电路十分简单，需要使用的元件很少，因此具有很强的抗干扰能力，按照该芯片的典型应用电路已可以满足本次设计的需要。

TC71017是双积分型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。

在本次设计中，按照该芯片的典型应用电路连接即可，确定好合适的基准电压即可。

电路图如下：

图3A/D转换及显示电路

1.4总体电路

总体电路如下图：

图4总体电路

由于重力造成的电阻阻值变化是十分微弱的，用阻值测量表无法测出具体改变了多少，因此，这里用到了电阻应变片，电阻应变片将非电量的变化转换为电量的变化，只是，这时的信号是十分微弱的，为了满足后续的需要，将这个微弱的信号经过放大后，再传输给A/D转换芯片，经过A/D转换芯片的处理，将数字信号送到LED显示器显示。

至此，完成了温度非电量信号的采集、转换，模拟量数字量的转换，以及显示功能。

2仿真结果

2.1测量电路的仿真与检验

如下图所示：

图5测量电路仿真与检验

当滑动变阻器滑片置于中间时，显示为零，此步骤相当于实际操作中的电子称调零。

经过调零的电子称已经可以投入使用。

接下来随机选取一个数，通过仿真来检测其余各部分电路是否正常工作。

2.2放大电路的仿真与检验

图6放大电路仿真与检验

此时，输出显示为3.45，差动放大电路输入的电压差为0.03144V，属于微弱信号。

而经过放大电路后，输出的电压差为0.345814V，经过计算，约为输入电压差的10.999倍，符合设计时设定的11倍放大系数。

2.3A/D转换与显示电路的仿真与检验

图7A/D转换与显示电路仿真与检验

此时，仍然选择3.45作为最终显示，A/D转换的输入电压差为0.3457V，设计中A/D转换芯片的基准电压选择1V，经过计算，显示结果正确，最高位加小数点，表示显示结果以千克作为单位。

2.4总电路仿真

除了部分电路的仿真之外，还需要验证本次设计的显示与电阻变化是否成线性关系。

图8电阻60%的显示

图9电阻70%的显示

图10电阻80%的显示

图11电阻90%的显示

图12电阻100%的显示

由仿真结果可以看出，最终显示结果与电阻的变化基本成线性关系，满足电子称的使用规范。

3心得体会

通过本次课程设计，我明白了如何将非电量转换为电量，如何测量微弱信号的变化，以及模拟量与数字量之间的转换。

在本次课程设计过程中，遇到了很多的问题，首先是芯片的使用，例如，TC7107的使用，虽然这个芯片的典型应用以满足了本次课程设计的需要，但是要明白它的工作原理，仍然需要花很长时间去了解。

其次，是部分电路的设计，例如传感器测量电路的设计，如何在仿真中实现非电量的变化时一个关键。

放大电路的选择同样很重要，选择同相输入，可以避免放大后反相的问题，放大倍数的选择也很重要，不能太小，也不能太大。

在设计电路过程中，器件参数的选择很重要，例如，放大电路部分放大系数的选择与电阻的大小相关。

A/D转换电路中，典型应用所给出的器件参数，这些参数的选择都是有一定理论依据的。

这些问题在课程设计之前，都不清楚，通过查资料，相关书籍，以及问同学，将这些问题一一解决，为电路的设计做好了铺垫。

这次课程设计，我收获很大，在知识上，我明白了传感器的工作原理，电阻应变片的工作原理，放大电路放大倍数的计算公式，以及TC7107芯片的特性与部分工作原理。

仿真使我了解了protues的使用。

也加强了我与同学就学习问题的交流讨论，加强了自己的动手能力，提高了我遇到问题时，分析问题，解决问题的能力，通过查阅资料，询问同学将我遇到的问题一一解决。

同时也认识到了自己不足，这次课程设计使我明白了光有理论知识是远远不够的，只有课本上的知识，而无法应用是不行的，理论需要结合实践才能发挥最大的作用。

这些问题的暴露让我知道了以后努力的方向，在加强理论学习的基础上，提高自己解决问题的能力，提高自己动手实践的能力。

参考文献

[1]岳怡.数字电路与数字电子技术.西安：

西北工业大学出版社，2004

[2]伍时和.数字电子技术基础.北京：

清华大学出版社，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，2004

[5]罗中华，曾清生.数字电路与逻辑设计.北京：