数字电子技术课程设计电子称设计说明书.doc

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1、数字电子技术课程设计说 明 书专业名称： 电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 日期： 2011年12月23日 数字电子技术 课程设计评阅书题目电子秤设计学生姓名学号指导教师评语及成绩指导教师签名： 年 月 日答辩评语及成绩答辩教师签名： 年 月 日教研室意见总成绩： 室主任签名： 年 月 日摘 要在我们生活中经常都需要测量物体的重量，于是就用到秤，但是随着社会的进步、科学的发展，我们对其要求操作方便、易于识别。随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰，电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到

2、人们的青睐。电子秤向提高精度和降低成本方向发展的趋势引起了对低成本、高性能模拟信号处理器件需求的增加。通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性。关键词： 电子称；智能化；称重计量 目 录1 功能概述12 系统框图23 各模块功能分析34 各模块实现方法45 性能指标以及实现方法66 难点分析，解决方法7总结8参考文献91 功能概述这是一种小型、简便、精确度高的电子平台秤，量程20

3、Kg，分度值为5g，它用一个显示窗口来显示所称物体的重量。把所称物体放到秤台上，通过秤体物体的重力传给电阻应变式称重传感器，传感器受到压力使电阻发生变化引起电压变化再将电压值送到A/D转换电路，将模拟量转换成数字量，转换后的数字量送微处理器（单片机C51）进行处理，其功能由键盘电路来控制，并由数码管来显示结果。可扩展功能是它具有置零、去皮、标定功能。置零：在开机或称重过程中，仪表显示偏离零点且在称重范围内，则可按置零键，显示零值并零点指示灯亮。去皮：在称重显示状态下，按去皮键，则显示零值并去皮指示灯亮；在去皮状态下，拿掉皮重物时按去皮键，可以清除皮重值。标定功能：为保证仪器预定精度的可靠性和合

4、法性，仪器必须定期校准，为用户提供一种方便的自动校准方式。2 系统框图按照电子秤设计要求，可确定电子秤电路由以下几部分组成。电阻应变式称重传感器、CS1180A/D转换器、单片机最小系统，数码管显示电路、键盘电路、电源电路。其框图如下：图1 系统框图3 各模块功能分析a.称重传感器模块即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。b.放大电路模块用于放大称重传感器输出的低电压,用于A/D转换。c.A/D转换电路模块A/D转换器是一种能把输入模拟电压或电流变成与它成正比的数字量，也就是说能把被控对象的各种模拟信息变成计算机

5、可以识别的数字信息。d.微处理器模块进行处理由A/D转换电路转换后的数字量，并送往数码管显示结果。e.显示模块通过数码管来显示从微处理器送来的数字量，即电子秤测量重物的重量。f.电源模块集成三端稳压芯片LM7805具有比较高的精确度，加上电容的滤波，对电路可以提供比较稳定的电压。在电路提供+5V的电源；主要用于电桥数据采集、信号放大电路、A/D芯片（CS1180）、数码管显示。4 各模块实现方法a.称重传感器模块：按照称重传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、声表面谐振式）或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传

6、感器。对称重传感器的基本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较好的频响特性；稳定可靠。常用各种称重传感器：称重传感器的种类很多，根据工作原理来分常用的有以下几种： 电阻应变式、电容式、压磁式、压电式、谐振式等。传感器的选择：（1）要考虑传感器所处的实际工作环境情况（2）对传感器数量和量程的选择传感器数量的选择是根据电子秤的用途、秤体需要支撑的点数（支撑点数应根据使秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定）而定。一般来说，秤体有几个支撑点就选用几只传感器，但是对于一些特殊的秤体，如电子吊秤，就只能采用一

7、个传感器，一些机电结合秤就应根据实际情况来确定选用传感器的个数。传感器量程的选择是依据秤的最大秤量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定传感器的量程。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感的载荷，其称量的准确度就越高，但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷的存在，因此在选用传感器量程的时候，要考虑诸如多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。（3）传感器准确度等级的选择传感器的准确度等级概括了传感器的非线性、蠕变、蠕变恢复、滞后、重复性、灵敏度等技术指标。称重传感器已按准确度等级划分，且已考虑了0.

8、7倍误差因子，非自动衡器称重传感器的准确度等级要选择与电子秤相对应的准确度等级。称重传感器按综合性能分为A、B、C、D四个准确度等级，分别对应于衡器、四个准确度等级。b.放大电路模块放大、零位调整电路电子称重装置使用电阻应变桥式传感器,其核心是由电阻应变计(应变片)构成的电桥电路,这类传感器具有成本低、精度高且温度稳定性好的特点。但其检测原理决定该类传感器输出电压低,要经过差分放大电路放大数百倍才能用于A/D转换。一般说来，传感器输出的电压值都非常小，基本上都是毫伏级甚至微伏级。在设计高精度电子秤时，需要外部放大电路来获得足够的增益。c.A/D转换电路模块电子秤A/D转换器的选用电子秤作为法定

9、的计量器具，其技术指标、稳定性、可靠性都有严格的要求， 必须符合国家的标准，因此，在设计时对于器件的选择不仅要考虑成本，更要的还要考虑电路的稳定性，因此尽可能的使电路设计的器件少。对于静态的，商用的电子秤来说，常选用分辨率为16位至24位的A/D转换器。我们选用的是较适合商用电子秤设计的CS1180A/D转换器。d.微处理器模块单片机最小系统设计由MCS51系列的89C52和外围的时钟电路和复位电路组成。e.显示模块显示电路设计采用4位LCD数码管动态显示， f.电源模块本设计只用到电源一种：即+5V。稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。95 性能指标以及实现方法电子秤的计

10、量性能涉及的主要技术指标有：量程、分度值、分度数、准确度等级等。（1）量程：电子衡器的最大称量Max，即电子秤在正常工作情况下，所能称量的最大值。（2）分度值：电子秤的测量范围被分成若干等份，每份值即为分度值。用e或d来表示。（3）分度数：衡器的测量范围被分成若干等份，总份数即为分度数用n表示。电子衡器的最大称量Max可以用总分度数n与分度值d的乘积来表示，即Max = n d（4）准确度等级国际法制计量组织把电子秤按不同的分度数分成、四类等级，分别对应不同准确度的电子秤和分度数n的范围，如下表1-1所示：标志及等级电子秤种类分度数范围特种准确度基准衡器n 100 000高准确度精密衡器10

11、000 n 100 000中准确度商业衡器1 000 n 10 000普通准确度粗衡器100 n 1 000表1 电子秤等级分类6 难点分析，解决方法（参考了有关资料）a.软件设计与调试软件设计需要有一个细致全面的过程，一般须先清楚的列出电子秤各部分电路与软件设计的有关特点，并进行定义说明，以作为软件设计的根据。在此基础上画出软件的功能流程图，程序流程图，再根据程序流程图用汇编语言或高级语言写出。b.电子秤的信号处理流程电子秤要求有及时数据采集、处理、存结果、送显示的运行过程。根据这一要求，电子秤的信息测量与处理分三个阶段：（1）在微处理器的控制下，经传感器转换的电压信号通过输入电路送A/D转

12、换器处理，变为相应的数字量，存入到数据存储器中。（2）微处理器对采集的测量数据进行必要的数据处理，如特性补偿、数字滤波、标度变换等。（3）显示处理结果，把数据信号处理为显示及记录所要求的信号格式，通过输出接口电路输出并显示与记录。其信息处理的流程图如图3-1所示：输入接口数据采集数据存储特性补尝处理运算处理格式化处理记录显示用数据输出接口（ 驱动显示）图2 信息处理流程图c.称重数据处理技术测量精度和可靠性是电子秤设计的关键，引入软件数据处理技术，可以克服或弥补包括传感器在内的各测量环节硬件本身的缺陷或弱点，使原来靠硬件电路难以实现的信号处理可以得到解决，提高电子秤的综合性能。在电子称重系统中

13、，主要的数据处理技术有：无效物理量的消除、零漂处理、标度变换技术、非线性补偿技术、数字滤波技术等。（1）无效物理量的消除。在称重系统中，称重传感器输出的信号是秤台、支架和被测物之和的转换信号，实际所要测的是被测物的重量，因此，秤台、支架等是无效的物理量，在信号处理过程中要用软件方法来消除。（2）零漂处理。零位稳定是影响电子秤精度非常重要的因素，因受温度或其它因素影响将引起零位不稳定，这种现象称为零漂。由于零漂的影响，零输入信号时，输出可能不为零，为消除这个零位漂移值，采用零位补偿技术，零位补偿就是把这个零位漂移值储存起来，每一数据采集时减去这个数值，得到的数值就是消除零漂的有效信号。总结在成本

14、上，该方案设计的电子秤很经济，所选所用器件都是很廉价，能够用于我们的生活；在测量精度上，具有较高的测量精度；但是该方案只是在微智能化的基础上设计的，随着电子秤的发展，正在向目前，电子秤正朝着小型化、高精度、智能化、集成化，综合性，组合性发展，此方案测量范围不能任意设定，硬件也不能够依据不定的程序进行修改和扩展；输入输出数据与指令也不能使用不同的语言，并能与外部的控制和数据处理设备进行通信。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中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，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。参考文献1 阎石.数字电子技术基础.北京.高等教育出版社.2006