电子系统设计课程设计报告
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《电子系统设计》课程设计
报告
姓名：___________________
学号：___________________
班级：___________________
1 目录
目录 ................................................. 1
一．设计题目 ......................................... 2
二．设计目的 ......................................... 2
三．设计内容及要求 ................................... 2
设计原理 .......................................... 2
(1) 传感器测量电路 ............................. 2
(2) 放大电路 ................................... 3
(3) A/D转换电路 ................................ 3
(4) 传感器供电电源 ............................. 3
四、设计提示 ......................................... 4
(1) 放大电路设计 .................................. 4
(2) 传感器专用直流稳压电源 ........................ 5
(3) 单片机电路 .................................... 5
(4) 电路调试 ...................................... 8
(5) 软件设计 ...................................... 8
(6) 仿真调试 ..................................... 13
五、设计总结 ........................................ 15
六、注意事项 ........................................ 15
附录： .............................................. 15
2 一．设计题目
压力测量仪
二．设计目的
1) 使学生掌握电阻应变传感器的原理、选用及正确使用方法；了解压力测量仪的工作原理。
2) 提高学生的知识运用能力和系统设计能力。
3) 通过安装、调试电路、软件调试等实践环节，提高学生的动手能力和分析问题、解决问题的能力。
三．设计内容及要求
设计原理
压力测量仪由以下五个部分组成：传感器、传感器驱动电源、前置放大器、滤波放大器、A/D转换路、单片机系统、显示器电路等组成。其原理框图如图1所示：
(1) 传感器测量电路
压力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，R2，R3和R4，其中两对角点接电源电压伟U，另两个对角电阻应变式传感器 前置放大器
A/D
转
换
器
89C52单片机 键盘接口 压力显示 滤波放大器
传感器驱动电源
图1压力测量仪结构框图
3 点为桥路的输出Uo，桥臂电阻为应变电阻。当R1R4=R2R3时，电桥平衡，则测量对角线上的输出Uo为零。当传感器受到外界物体重量影响时，电桥的桥臂阻值发生变化，电桥失去平衡，则测量对角线上有输出，Uo≠0。
图2 传感器电桥测量电路
(2) 放大电路
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A/D转换的要求。该系统使用的A/D转换可用0809 A/D转换，所以放大器的输出应为0V ～ 5V。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，系统应具有高的抑制共模干扰的能力。
(3) A/D转换电路
传感器的输出信号放大后，通过A/D转换器把模拟量转换成数字量。
(4) 传感器供电电源
参考图2，设四个桥臂的初始电阻相等且均为R，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△RT。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：
Uo= U( R+△R+△RT)/( R-△R+△RT +R+△R+△RT)- U( R-△R+△RT)/( R+△R+△RT +R-△R+△RT)= U△R/（R+△RT）
即Uo= U*△R/（R+△RT）
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△RT=0，则电桥的电源电压U恒定时，电桥的输出与△R/R成正比。当△
4 RT≠0时，即使电桥的电源电压U恒定，电桥的输出与△R/R也不成正比。这说明恒压源供电不能消除温度影响。
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。
2.设计要求
(1)以单片机为核心，设计压力测量系统。
(2)传感信号处理电路。该电路实现微伏级信号的放大、滤波。
(3)A/D通道设计。实现传感信号模拟量的转换，单片机获取压力信息。
(4)键盘及接口电路。
(5)显示电路。
(6)满足要求的系统软件。
四、设计提示
(1) 放大电路设计
首先，由于传感器测量范围是0 ～100g，灵敏度约0.5mV/V，其输出信号只有0 ～3mV左右；而A/D转换的输入应为0V ～ 5V，现取0V-4V对应显示0 ～100g，当量为40mV/g，因此要求放大器的放大倍数约为1300倍，一般采用二级放大器组成。
其次，在电路设计过程中应考虑电路抗干扰环节、稳定性。选择低失调电压，低漂移，高稳定性，经济性的芯片。电源电压±5V。
最后，电路中还应有调零和调增益的环节；才能保证电子电平没有称重时显示零读数；测压力时读数正确反映被测压力。
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(2) 传感器专用直流稳压电源
传感器的电源是+6.6V电压。对于给定的传感器其输入电阻为1KΩ；输出电阻为500Ω。
(3) 单片机电路
单片机电路完成对A/D通道的数据采集，信号处理及显示。
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按照要求查阅相关电路和元器件功能的资料，完成传感器恒压源、放大电路、A/D转换电路、单片机电路的设计，画出电路图。如下图所示
其PCB图如下所示
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(4) 电路调试
调零：±5V电压接到传感器恒压电路的输入端，测量传感器的输出。在空载时，传感器的输出应为零，但由于制造工艺误差，输出一般不为零，调节调零电路，使其输出为零。
定标：当传感器放上100g的砝码时，放大器的输出应为4V。小于4V或大于4V时应调节放大器的增益。。加载正确的变化应为：测量0 ～100g，输出电压变化约为0 ～ 4V.
电路实物调试图如下
(5) 软件设计
系统软件主要包括：数据采集、非线性补偿、数字滤波、传感器建模、标度变换、键盘显示等模块。
源程序如下：
#include "STC12C5A60S2.h"
#include "intrins.h"
#include "stdio.h"
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sbit p20=P2^0;
sbit p21=P2^1;
sbit p22=P2^2;
sbit p23=P2^3;
#define vcc 5.0; //基准电压
#define ADC_POWER 0x80; //adc电源控制
#define ADC_FLAG 0xef; //adc转换完成标志位
#define ADC_START 0x08; //adc启动
#define SPEED0 0x00; //540时钟周期
#define SPEED1 0x20; //360时钟周期
#define SPEED2 0x40; //180时钟周期
#define SPEED3 0x60; //90时钟周期
unsigned char land[8]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80}; //设置P1ASF寄存器，选择P1口功能(i/o口或ad)，0x00是P1口全为I/O口用
unsigned char ADC_CHS[8]={0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07};
//adc通道输入选择,(其中SPEED1，SPEED0为1,1,90个时钟周期转换一次)
sbit rs=P3^2; //lcd寄存器选择端
sbit rw=P3^3; //lcd读写端
sbit e=P3^4; //lcd使能端
unsigned char lcd0[16];
unsigned char lcd1[16];
unsigned char line; //lcd行标志
void delay(unsigned int z) //延时0.1ms
{
unsigned int x,y;
for(x=z; x>0; x--)
for(y=132; y>0; y--);
}
void writecom(unsigned char com) //写lcd指令
{
rs=0;rw=0;
P0=com;
e=1;
delay(15); //检测忙信号
