1、. 測控儀器課程設計報告題 目： 電子秤的設計與制作 專 業： 測控技術與儀器 姓 名： 鄧 楊 學 號： 200706010220 指導教師組： 吳建平 成毅 時 間： 2010年1月 數字電子秤的設計與制作摘要本設計主要由電源、傳感器、LM324集成運放、ICL7107芯片、LED顯示組成，在秤盤上放上一定質量的待測物，對其重量進行測量并將結果輸出到LED顯示。電源主要用于給系統供電，LM324運放用于對傳感器接受的小信號進行放大，ICL7107用于完成整個系統的A/D轉換和驅動LED，LED用于顯示待測重物的質量。整個系統可用于測量一定質量范圍的重物并將其顯示，另外還可以實現不同量程之間

2、的轉換。關鍵字：電源 傳感器 LM324集成運放 LED顯示 ICL7107芯片第一章 設計目標與要求1.1設計目標 盡可能地對一定質量范圍的重物進行準確測量，并將其測量結果用LED顯示。 對不同范圍的重物進行200g和2000g的不同量程間進行切換測量。 掌握并熟習如何對系統進行調試。1.2基本要求 傳感器部分：需要對待測重物的非電信號轉換為電信號(電壓或者電流)。 運放部分：對弱電信號進行放大。 ICL系統處理部分：實現對模擬電信號的數字轉換，并驅動LED。 LED部分：對測量結果進行顯示。第2章 系統原理 本設計通過傳感器對待測物進行信號的收集(對非電信號進行電信號的轉換)，利用集成運放

3、對收集的弱電信號進行放大，利用ICL集成處理芯片對經過放大的電信號進行處理，最后利用LED對結果進行顯示。2.1系統框圖系統框圖如圖2-1所示圖2-1 系統框圖 .;2.2 系統原理圖系統原理圖如圖2-2所示。 第3章 系統硬件設計3.1 電源電路本系統采用±5V直流電作為電源系統,具體采用實驗室的電壓源，通過二個電源實現±5V,具體做法是：將一個電源的正極做為+5端，將其負端、地、另外一個電源的正極相連做為地端，將第二個電源的負端做為-5端 。3.2 傳感器 此部分采用實驗室現成的傳感器，對待測物的重量進行電信轉換。3.3 LM324集成運放 采用LM324集成運放芯片中

4、的三個運放再加上外圍一些電阻，對輸入信號進行放大，U1-U2為傳感器信號輸入端，R為放大倍數調節電位器，U3為差分放大級。對上述電路進行分析，可得如下： (U4-U5)/R=(U3-U4)/R3=(U5-U6)/R4可推知：U0=1+(R3+R4)/R*(U2-U1)3.4 ICL7107處理芯片做為三位半LCD/LED顯示A/D轉換器-ICL7107，它包含有七段譯碼器、顯示驅動器、參考源和系統時鐘，ICL7107可直接驅動發光二極管。查閱ICL7107集成芯片的PDF資料，可知其正常的工作電壓，典型接法等一些工作條件。其主要包括A/D轉換，A/D轉換主要利用ICL7107加少量外圍元件組成

5、。7107內部采用雙積分型A/D，每個轉換周期分三個階段：自動校零、信號積分、反積分。轉換分兩步： 第一步，開關S合到輸入端IN，積分器對輸入信號進行固定時間T1的積分，積分結束時電容兩端的電壓與Vin成正比。 第二步，開關S合到基準電壓Vref端，積分器向反方向積分。當積分器輸出電壓變為零時反向積分過程結束。假如此過程經過的時間為T2，令計數器在T2這段時間里對固定頻率的時鐘脈沖記數。Vin與Vref的比等于T1與T2的比即兩段時間內的脈沖數的比，輸入電壓Vin為模擬量，脈沖數為數字量，這樣就實現了A/D轉換。其中對積分電阻選擇47K，積分電容選擇0.10.22uF之間。其對應的數字輸出為：

6、1000*(Vin/Vref).基準電壓：通過調節電位器來選取基準電壓。具體接腳為1，32，35，36引腳。時鐘電路：采用RC振蕩器來獲得芯片工作需要的時鐘信號。具體接腳為38，39，40接上相應的電容和電阻。系統頻率=0.45/RC.ICL7107具體電路如下圖：3.5 LED顯示 查閱ICL7107集成芯片資料可知，其驅動的LED為未編碼的共陽LED數碼管。其具體接法如上圖所示。3.6 量程切換量程切換電路利用了電阻分壓的原理， 可以利用不同的分壓比來實現不同的量程，可以利用不同的分壓比來實現不同的量程之間的切換。 本電路具備一個Kg量程和一個200g量程，2000和200是十倍的關系，所

7、以只需要分壓電阻分得一個十分之一的電壓就可作為Kg的檔。由于實際電阻存在很大的誤差，我們 不可能利用兩個固定電阻來獲取需要的十分之一的電壓，所以我們一般都用一個固定電阻串接一個可調電阻來實現我們的電路。 第4章 系統焊接與調試4.1 電路焊接 在焊接電路板之前，準備好所需要的元器件。另外需要知道焊接的一些方法，具體如下：焊接要遵循以下原則：(若有飛線，一般先焊接飛線) 1. 先低位元件再高位元件 2. 先小型元件后體積大的元件 3. 先阻容元件后IC的規則。 焊接要領 烙鐵頭與兩被焊件的接觸方式：烙鐵應與水平成45度角；焊絲的供給方法：被焊件升溫達到焊料的熔化溫度是立即送上焊錫絲，焊接位置在烙

8、鐵與被焊件之間并盡量靠近焊盤，焊錫供給量不宜太多也不宜太少；按照原理圖正確的焊接元器件后，需要用酒精對電路板進行清洗，然后再檢查整個電路板，看是否有虛焊，沒焊，錯焊等錯誤，確保無誤后才便于后面的調試。4.2 硬件調試 調試之前務必保證電路焊接無誤，即沒有虛焊，漏焊，錯焊的錯誤。為了便于調試本電路設計了三個測試點，它們分別為Test1、Test2、Test3。其中Test1為運放差分放大級輸出電壓測試點， Test2為量程轉換分壓比測試點， Test3為基準電壓測試點。 調試原理: LED顯示的數值=1000*Vin/Vref。其中:Vin: 運放差分放大級輸出電壓 Vref: 基準參考電壓。調

9、試設定基準參考電壓Vref為100mV. 調試步驟:(1) 調整量程:準確連接好電源和傳感器輸入線，事先放一定質量的重物(建議:稍微多一點，但不要超過200g重量)，采用2Kg量程，然后看LED顯示顯示的測得值(備注:此時不是重物的實際重量)，并顯示待較穩定后，按開關鍵切換到200g，觀察LED顯示值并記錄，然后調電位器R23，使2個量程測量所得到的值盡量地接近。數據如下所示：2Kg：146 146 146 146 146 146200g: 135 129 136 145 145 146(2) 顯示調零：將第一步中的重物取下，觀察LED顯示是否為零，不是零則調電位器R16，使LED顯示接近0.

10、記錄數據如下： -3.2 -0.4 0.5 0.3 0.1 0.1 0 0(3) 調基準電壓：在第二步的基礎上，用電位器測ICL7107的36引腳電壓，通過調電位器R3使36引腳上的電壓為100mV.(4) 調運放增益：在秤盤中添加明確質量的重物，觀察LED顯示的測量值是否與實際重物值吻合，通過調電位器R8使LED顯示值和實際值接近，甚至相等。然后適當地減砝碼，觀察和調整，使系統基本能準確測量。測試數據如下所示:(加32個20g的砝碼：實際重量640)632g-調整增益電位器R8，LED顯示值為：637g 639g 641g 640g減的砝碼個數：0 1 2 3 6 10 12 20 25 28 30實際砝碼個數：32 31 30 29 26 22 20 12 7 4 2LED顯示數值：640 618 599 580 519 441 400 241 140 78 40第5章 收獲與體會通過這次課程設計，從原理到焊接，以及電路板測試，我都感覺有很大的收獲，主要為以下幾點：第一 明確設計電路的整個流程。第二，通過焊接電路板，使我的焊接水平得到一定的鞏固和提升。第三，焊接完成后，通過不斷的硬件測試，我更加熟練地掌握了硬件測試的方法。能夠快速的找出一些焊接錯誤和問題，并加以改正。總的來說，本次課程設計鍛煉了我的動手能力、測試糾錯的能力，并學會了ICL7107芯片的使用。當然