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1、目 录第 1 章 课程设计简介 .11.1 设计要求 .11.2 要求分析 .1第 2 章 总体设计 .22.1 压力测量仪框图 .22.2 原理 .2恒压源供电不能消除温度影响。 .4第 3 章 模块电路设计 .53.1 电桥测量电路 .53.2 模数转换 .63.3 放大电路 .7第 4 章 硬件电路设计 .84.1 模数转换器 .84.2 金属箔应变片 .9第五章 电路调试与说明 .11心得体会 .12参考文献 .13附录 系统原理图 .141第 1 章 课程设计简介1.1 设计要求(1) 设计一个电子天平，量程为 0 1.999Kg，传感器采用悬臂梁式的称重传感器（悬臂梁上贴有应变片）
2、 。显示电路采用共阳极数码管。3 位半 A/D 转换电路。(2) 安装、调试电路。首先对电路进行调零、定标，然后再对电路进行稳定性、漂移（零漂、温漂） 、重复性、线性等参数的测试和分析。1.2 要求分析压力测量仪设计在于其精度高、显示时间快、操作方便、易读数、价格低廉等优点。此次设计通过使用电桥测量传感器采集模拟信号，仪用放大电路对微弱信号进行放大，送入MC14433A/D 转换器进行模数转换，然后进行 BCD 码的译码，再经驱动电路送入 LED 显示电路显示，完成了压力测量仪的基本设计。能够实现对 0 到 1.999Kg 物体的测量。需掌握金属箔应变片组成的称重传感器的正确使用方法、放大电路
3、、A/D 转换电路等2第 2 章 总体设计2.1 压力测量仪框图2.2 原理压力测量仪由以下五个部分组成：传感器、传感器专用电源、信号放大系统、模数转换系统及显示器等组成。 (1) 传感器测量电路称重传感器的测量电路通常使用电桥测量电路，它将应变电阻值的变化转换为电压的变化，这就是可用的输出信号。电桥电路由四个电阻组成，如图 2 所示：桥臂电阻R1，R 2，R 3和 R4，其中两对角点 AC 接电源电压 USL=E（+10V） ，另两个对角点 BD 为桥路的输出 USC，桥臂电阻为应变电阻。R1R4=R2R3时，电桥平衡，则测量对角线上的输出 USC为零。当传感器受到外界物体重量影响时，电桥的
4、桥臂阻值发生变化，电3桥失去平衡，则测量对角线上有输出，U SC0。(2) 放大系统压力测量仪的放大系统是把传感器输出的微弱信号进行放大，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是3 位半 A/D 转换，所以放大器的输出应为 0V 1.999V。为了准确测量，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。(3) 模数转换及显示系统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。显示器可以选用数码管或液晶显示器(4) 传感器供电电源有恒压源与恒流源对于恒压源供电：参考图 2，设四个桥臂的初始电阻相等且均为 R，
5、当有重力作用时， 两个桥臂电阻增加R ，而另外两个桥臂的电阻减少，减小量也为R。由于温度变化影响使每个桥臂电阻均变化R T。这里假设R 远小于 R，并且电桥负载电阻为无穷大，则电桥的输出为：USC= E*( R+R+R T)/( R-R+R T +R+R+R T)- E*( R-R+R T)/( R+R+R T +R-R+R T)= E*R/（R+R T）即 USC= E*R/（R+R T） 式(1)说明电桥的输出与电桥的电源电压 E 的大小和精度有关，还与温度有关。如果R T=0，则电桥的电源电压 E 恒定时，电桥的输出与4R/R 成正比。当R T0 时，即使电桥的电源电压 E 恒定，电桥的
6、输出与R/R 也不成正比。这说明恒压源供电不能消除温度影响。对于恒流源供电：供电电流为 I，设四个桥臂的电阻相等，则IABC=IADC=0.5I有重力作用时，仍有IABC=IADC = 0.5I则电桥的输出为：USC= 0.5I*(R+R+R T)- 0.5I*(R-R+R T)=I*R 即 U SC= I*R 式(2)因此，采用恒流源供电，电桥的输出与温度无关。因此，一般采用恒流源供电为好。由于工艺过程不能使每个桥臂电阻完全相等，因此，在零压力时，仍有电压输出，用恒流源供电仍有一定的温度误差。5第 3 章 模块电路设计3.1 电桥测量电路图 2 传感器电桥测量电路USC= E*( R+R+R
7、 T)/( R-R+R T +R+R+R T)- E*( R-R+R T)/( R+R+R T +R-R+R T)= E*R/（R+R T）即 U SC= E*R/（R+R T）对于恒流源供电：供电电流为 I，设四个桥臂的电阻相等，则IABC=IADC=0.5I有重力作用时，仍有IABC=IADC = 0.5I则电桥的输出为：USC= 0.5I*(R+R+R T)- 0.5I*(R-R+R T)=I*R 即 U SC= I*R由于工艺过程不能使每个桥臂电阻完全相等，因此，在零压6力时，仍有电压输出，用恒流源供电仍有一定的温度误差。 3.2 模数转换A/D 转化电路。亦称“模拟数字转换器” ，简
8、称“模数转换器” 。将模拟量或7连续变化的量进行量化（离散化） ，转换为相应的数字量的电路。A/D 变换包含三个部分：抽样、量化和编码。一般情况下，量化和编码是同时完成的。抽样是将模拟信号在时间上离散化的过程；量化是将模拟信号在幅度上离散化的过程；编码是指将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示。3.3 放大电路。8第 4 章 硬件电路设计4.1 模数转换器 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 。 通 常 的 模 数 转 换 器 是 将 一 个 输 入 电 压 信 号 转 换 为 一 个
9、输 出的 数 字 信 号 。 由 于 数 字 信 号 本 身 不 具 有 实 际 意 义 ， 仅 仅 表 示 一个 相 对 大 小 。 故 任 何 一 个 模 数 转 换 器 都 需 要 一 个 参 考 模 拟 量 作为 转 换 的 标 准 ， 比 较 常 见 的 参 考 标 准 为 最 大 的 可 转 换 信 号 大 小 。而 输 出 的 数 字 量 则 表 示 输 入 信 号 相 对 于 参 考 信 号 的 大 小 。 模 数 转 换 器 最 重 要 的 参 数 是 转 换 的 精 度 ， 通 常 用 输 出 的 数字 信 号 的 位 数 的 多 少 表 示 。 转 换 器 能 够 准 确
10、 输 出 的 数 字 信 号 的9位 数 越 多 ， 表 示 转 换 器 能 够 分 辨 输 入 信 号 的 能 力 越 强 ， 转 换 器的 性 能 也 就 越 好 。 A/D 转 换 一 般 要 经 过 采 样 、 保 持 、 量 化 及 编 码 4 个 过 程 。在 实 际 电 路 中 ， 有 些 过 程 是 合 并 进 行 的 ， 如 采 样 和 保 持 ， 量 化和 编 码 在 转 换 过 程 中 是 同 时 实 现 的 。本 实 验 采 用 的 是 ICL7017 三 位 半 A/D 转 换 器 ， 即 低 三 位 显示 0-9， 最 高 位 只 能 显 示 0 或 1，4.2 金属箔应变片电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应。描述电阻应变效应的关系式为：R / R =K 式中：R / R 为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数， = L / L 为电阻丝长度相对变化。同时，由于应变片敏感栅丝的温
