测试与传感技术课程设计数字电子秤的课程设计

1、湖北民族学院理学院测试与传感技术课程设计设计题目： 数字电子称的设计 姓 名： 学 号： 021240127 专 业： 物理专业 指导老师： 2015年 5 月 28日1.引言设计实现一个具有温度采集、显示、加热、超温报警功能的数码控制加热器设计系统，既是对数字逻辑课程的巩固，检验所学知识的有效手段，更是进一步巩固知识和提升数字系统设计能力的重要方法。电子秤采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，才能满足并解决现实生活中提出的“快速、准确、连续、自动”称量要求，同时有效地消除人为误差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。2.需求分析本节是该设计的方案与比较

2、部分，对设计中所采用的芯片从多方面综合的进行比较，最后经过仔细的研究后决定所选的器件。1 电子秤传感器的测量电路使用滑动变阻器和可调直流电源，通过a/d转换器，将模拟信号转化为数字信号，从而实现传感器功能；2 需要一个放大电路，我们将采用三运放大电路，主要的元件就是三运放大器，从而实现信号放大功能；3 根据课题对量程的要求，采用2个74ls160d计数器用来控制量程，通过2个74ls85d4位数值比较器，实现量程控制功能；4 根据课题对量程的要求，采用4个74ls160d计数器用于实现数字显示功能；3.概要设计3.1设计方法设计方法是在理解题目的基础上，将问题模块化，各个击破。完成后，再进行调

3、试和验证，最后对系统进行完整设计，使设计过程的可靠性得到保证。3.2设计框架可调电阻模拟信号输入通过a/d转换为二进制信号输入译码由led输出与8位数值比较器比较，并将相等的结果输出依据相应的设计要求，该系统应有以下框架构成，如图3-1所示：图3-1系统 图3-1 系统功能框图各模块功能分别为：1 传感器功能模块：改变电阻，从而改变了电流或电压的输入量，实现压力传感；2 量程控制功能模块：将由a/d转换而来二进制信号与8位数值比较器进行比较，控制量程；3 数字显示模块：由74ls160d和led显示器用于数字显示功能的实现；3.3分模块设计思路本设计的数字电子秤由以下3部分组成：电子秤传感器模

4、块、量程控制模块、数字显示模块，以下前三个模块为例进行介绍。3.3.1传感器hm10高精度压阻式压力传感器，是采用德国helm公司先进的硅压阻力敏元件封装在不锈钢壳体内组装调试而成，外壳和接口材料均为不锈钢，介质兼容性好，性能稳定可靠，精度高，密封垫端面密封。图3-2压力传感器应压力传感器无法实现所以用如图3-3所示电路图代替；图3-3电子秤传感器电路图常见的a/d转换器实例模数转换器即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。a/d转换一般要经过采样、保持、量化及编码4个过程。模数转换过程包括量化和编码。量化是将模拟信号量程分成许多离散量级，并确定输入信号所

5、属的量级。编码是对每一量级分配唯一的数字码，并确定与输入信号相对应的代码。adc类型繁多，在此，以adc0808为例进行设计分析，图3-4为其外观图示：图3-4 adc0808数模转换器外观adc0808的引脚名称如图3-5所示：图3-5 adc0808外部引脚图共有28只引脚呈对称排列，相应引脚名称和功能，如表3-6所示：表3-6 adc0808各引脚功能引脚名称功能描述in0in78路模拟输入，通过3根地址译码线adda、addb、addc来选通一路。adda、addb、addc模拟通道选择地址信号，adda为低位，addc为高位。vr(+)、vr(-)正、负参考电压输入端ale地址锁存允

6、许信号，高电平有效。starta/d转换启动信号，正脉冲有效。clock接时钟脉冲oe数据输出允许信号，输入，高电平有效。当a/d转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。eoca/d转换结束信号，输出，当a/d转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。d0d7a/d转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。8位排列顺序是d7为最高位，d0为最低位。其内部结构图如3-7所示:图3-7 adc0808原理图3.3.2量程控制功能的设计两个4位数的比较是从a的最高位a3和b的最高位b3进行比较，如果它们不相等，则该位的比较结果可以作为两数

7、的比较结果。若最高位a3b3，则再比较次高位a2和b2，余类推。显然，如果两数相等，那么，比较步骤必须进行到最低位才能得到结果。真值表（见表3-2所示）中的输入变量包括a3与b3、a2与b2、a1与b1、a0与b0的比较结果。其中a和b是另外两个低位数，iab、iabiabfab3a3 b2a2b1 a1b0a0b0a0=b0a0=b0a0=b0a0=b0hlhllhhlllhllhlhlhlhlhlllhlhlhlhlhlhllhllllllllllhll3.3.3数字显示功能设计74ls160d简介这种同步可预置十进计数器是由四个d型触发器和若干个门电路构成，内部有超前进位，具有计数、置数

8、、禁止、直接（异步）清零等功能。对所有触发器同时加上时钟，使得当计数使能输入和内部门发出指令时输出变化彼此协调一致而实现同步工作。这种工作方式消除了非同步（脉冲时钟）计数器中常有的输出计数尖峰。缓冲时钟输入将在时钟输入上升沿触发四个触发器。这种计数器是可全编程的，即输出可预置到任何电平。当预置是同步时，在置数输入上将建立一低电平，禁止计数，并在下一个时钟之后不管使能输入是何电平，输出都与建立数据一致。清除是异步的（直接清零），不管时钟输入、置数输入、使能输入为何电平，清除输入端的低电平把所有四个触发器的输出直接置为低电平。超前进位电路无须另加门，即可级联出n位同步应用的计数器。它是借助于两个计

9、数使能输入和一个动态进位输出来实现的。两个计数使能输入（enp和ent）计数时必须是高电平，且输入ent必须正反馈，以便使能动态进位输出。因而被使能的动态进位输出将产生一个高电平输出脉冲，其宽度近似等于qa输出高电平。此高电平溢出进位脉冲可用来使能其后的各个串联级。使能enp和ent输入的跳变不受时钟输入的影响。其内部结构如图3-9所示，功能表如表3-10所示。 图3-9 74ls160d内部结构图表3-10 74ls160d功能表4.详细设计整个系统的设计在national instruments multisim 10仿真环境中进行。此环境利用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工

10、仪器和仪表，让电工元器件和电工仪器以及仪表可以通过软件来实现。是一个可以进行电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，实验时可选用其元器件库提供数千种电路元器件，也可以新建或扩充已有的元器件库，而且可以从生产厂商的产品使用手册中查到建库所需的元器件参数，方便工程设计中使用。以下对总体设计实现和各模块实现进行详细说明。4.1整体模块实现根据要求设计好的系统电路所示，该总电路包含以下模块：压力传感器模块，信号放大器模块，量程控制器模块，数字显示模块。4.2压力传感器模块本系统模块使用上述adc模数转换器电路构成，其内部结构如图4-1所示：图4-1 压力传感器内部设计使用元件参数分别为：adc滑动变阻器

11、：r1=1k脉冲信号发生器：频率1khz，电压5v（因为在电路中需要时钟脉冲信号，所以在设计时用模拟器件脉冲信号发生器来代替。）图4-2变阻器如图4-2所示，可通过调节变阻器来改变电阻的大小，从而改变输入adc的电压。当阻值为50%时，即电阻为500，输入adc的电压为500*0.01v=5v。电压的范围为0-9v。连接adc和比较器，将adc的结果输入比较器同数字比较器的结果进行比较，比较结果分别通过比较器的a=b接口输出.4.3量程控制模块本部分采用745ls85d和74ls161d构成，其内部结构如图4-3和4-4所示。图4-3量程控制模块图4-4比较器内部结构图74ls161d74ls

12、85dvcc电压源：5v 10mhz4.4译码驱动显示模块为了方便，可选用带译码器的集成十进制集成芯片cd40110，该芯片有锁存控制端，可对计数进行锁存。计数部分只显示锁存后的数据，每锁存一次，计数部分跳动一次，更新数据，如此反复。本次仿真使用计数芯片74160，且要求显示四位，因此需使用四组74160和数码管。并将各计数器的load、enp、ent分别接高电平，个位的clk端外接计数信号，低位的进位端接高位的clk端，各芯片的clr端连接起来外接清零信号，4个输出端接数码器，以此实现一个能显示4位十进制的计数器。连接以后的电路如4-5和4-6所示。图4-5译码显示模块图4-6电路连接图5.

13、调试及操作说明5.1调试方法及结果整个系统均在multisim10仿真环境中进行，采用分模块验证的方法，以下依次对各模块进行仿真。5.2使用说明由vcc提供电量，可变电阻器用来模拟物体重量的变化，adc模数转换器把模拟信号转化为八位二进制数字输出，两个四位二进制计数器和四个四位十进制计数器同时进行计数，同时与由模拟信号输出的八位二进制数进行比较，将结果由译码显示器显示。6.课程设计总结与体会6.1总结在此次课程设计中，对我们所学的电路和数字逻辑的知识进行了一次总结性的复习，特别是对adc及比较器74ls85d的功能及应用有了更深一步的了解。6.2体会两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅

14、检验了我们所学习的知识，也培养了我们如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。这次的课题中我们遇到了一些设计上的难题，首先是或门的生成，这个问题最终通过对基于multisim 10的电子仿真实验与设计的学习才得以解决。我们这个课题尚存在不足，在设计方面还是显得很稚嫩，电路中依旧有一些多余的东西。这些问题虽然不大但却给我们提高的动力。通过这次课程设计我们在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。理解了团队的重要性，团结协作是我们课程设计成功完成的一项非常重要的保证。通过这次课程设计使我懂得了理论与实践相结合是重要的，只有理论知识是远远不够的，应该做的是所学的理论知识与实践相结合起来。致谢感谢老师在课程设计中对我们的帮助，通过老师的帮助我们顺利克服了设计上以及实验报告上的一些困难，最终完成了这次的课程设计。感谢老师的提问及指导。参考文献1.高吉祥等.电子技术基础试验与课程设计.北京.电子工业出版社2002.22.黄瑞祥等.数字电路识读.浙江.浙江科学技术出版社.2005.83.杨帮文.新编传感器实用宝典