电子秤电路测量与调试.docx
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电子秤电路测量与调试
电子秤电路测量与调试
项目2.4电子秤电路测量与调试
一、任务名称:
电子秤电路测量与调试
选择电子秤电路为测量与调试,主要该电路应用到压力传感器中的电阻应变式传感器及其信号的变换和辅助电路,通过该电路的测量与调试,可以认识和了解有关电阻应变式传感器的相关知识以及相关应用电路在秤量时各电路所起到的作用。
二、任务描述
为了电子秤能正常工作,要对电路进行测量和必要的调整,看看电路的参数是否满足工作的要求,如果一些参数不符合要求,还要对电路进行适当的调整人,使电路的参数满足秤量的技术要求。
要更好地进行测量和调试,首先要了解电子秤的组成及电路组成,也要非常熟悉电子秤的电路工作原理及电路特点,才能进行当前条件下的测量与调试。
1.电子秤电路
(1)电子秤实物图
图2.4.1为电子秤电路实物图。
(a)电子秤电路板面层 (b)电子秤电路板底层
(c) 电子秤电源板面层 (d) 电子秤电源板底层
图2.4.1电子秤电路实物图彩照
(2)电子秤电路原理图
图2.4.2是电子秤电路原理图。
图2.4.2电子秤电路原理图
表2.4.1 电子秤电源元器件表
序号
标称
名 称
规格
序号
标称
名 称
规格
1
BG1
桥整流堆
RS307
12
C11
电容器
104pF
2
C1
电容器
104pF
13
C12
电解电容器
220μF/50V
3
C2
电解电容器
470μF/50V
14
R1
电阻
2kΩ
4
C3
电容器
104pF
15
R2
电阻
2kΩ
5
C4
电解电容器
220μF/50V
16
LED1~2
发光二极管
6
C5
电容器
104pF
17
J1
电源插座
CON3
7
C6
电解电容器
220μF/50V
18
J2
电源插座
CON5
8
C7
电容器
104pF
19
IC1
集成块
LM78012
9
C8
电解电容器
470μF/50V
20
IC2
集成块
LM7805
10
C9
电容器
104pF
21
IC3
集成块
LM79012
11
C10
电解电容器
220μF/50V
22
IC4
集成块
LM7905
注:
在表格中名称旁边标有※符号的元器件为贴片元器件。
表2.4.2 电子秤主板元器件表
序号
标称
名 称
规格
序号
标称
名 称
规格
1
C14
电容器※
0.22μF
23
R3
电阻※
51kΩ
2
C15
电容器※
1μF
24
R4~7
电阻※
10kΩ
3
C16
电容器※
1μF
25
R8
电阻※
100Ω
4
C17
电容器※
104pF
26
R9
电阻※
51kΩ
5
C18
电容器※
10μF
27
R10~11
电阻※
10kΩ
6
C19
电容器※
20p
28
R12~13
电阻※
51kΩ
7
C20
电容器※
20p
29
R14
电阻※
100kΩ
8
C21
电容器※
104pF
30
R15
电阻※
51kΩ
9
IC5
集成块※
LM324
31
R16
电阻※
10kΩ
10
IC6
集成块
ICL7135
32
R17~19
电阻※
100kΩ
11
IC7
集成块※
CD4017
33
R20
电阻※
4.7kΩ
12
IC8
集成块
8051
34
R21
电阻※
200kΩ
13
IC9
集成块※
CD4082
35
R22
排阻※
10kΩ
14
IC10
集成块
TL431
36
R23
电阻※
1kΩ
15
J3~4
插座
CON4
37
R24
电阻※
470Ω
16
J5
电源插座
CON5
38
R25
电阻※
43kΩ
17
LCD1
液晶显示器
TG12864-01
39
R26
电阻※
20kΩ
18
LS1
蜂呜器
40
S1~16
微动按钮
19
Rp1
可调电阻
1kΩ
41
VD1
二极管※
4148
20
Rp2
可调电阻
20kΩ
42
VT1
三极管※
8550
21
Rp3
可调电阻
10kΩ
43
VT2~3
三极管※
8050
22
Rp4
可调电阻
20kΩ
44
Y1
晶体振荡器
12MHz
注:
在表格中名称旁边标有※符号的元器件为贴片元器件。
(3)电子秤电路安装图
图2.4.3是电子秤电路安装图。
(a)电子秤电源电路元器件安装图
(b)电子秤主板元器件安装图
图2.4.3电子秤电路元器件安装图
(4)电子秤电路元器件实体图
图2.4.4是电子秤电路元器件实体图。
(a)电子秤主板电路元器件实体面层 (b)电子秤主板电路元器件实体底层
(c)电子秤电源电路元器件实体图
图2.4.4电子秤电路元器件实体图
2.电子秤电路组成
(1)电源电路
为了能够使电子秤在使用过程中灵敏、稳定,必须要为电子秤电路提供一个大电流、纹波系数小,动态电流变化大而电压稳定的电源。
电源电路采用了正、负双电源。
双12V交流经BG1 RS307桥堆整流电路,C1~C6和C11~C16滤波电路。
经过整流滤波电路后,通过三端稳压管LM7812和LM7912获得+12V和-12V直流电压输出,±12V的另一支路再次经过电容滤波后,通过三端稳压管LM7805和LM7905获得VCC(+5V)和-5V直流电压输出。
电路中两只发光二极管LED1~2点亮,说明提供的±12V电源正常。
为了使电子秤工作更加稳定,电源采取了二次稳压,由直流+12V经调整管VT3、可调取样稳压管IC10 TL431和电阻、电容组成稳压电路,输出二次稳定电压VCZ(约10V),用作选择基准调节电压提供给AD电路的IC6 A/D转换器显示的满度值。
(2)秤盘电路
秤盘电路是由承载物体的秤架(盘)和压力应变传感器相连接的电路组成,只要把物体放在秤架(盘)上,物体的重量使压力应变传感器输出信号。
(3)模拟放大电路
这是由IC5 LM324组成的电子秤秤量重物的输入电路,运算放大器A和B组成了平衡对称双输入、双输出的差动放大电路,RP1为为使运算放大器A和B获得相同增益进行调整,电阻R3、R9为反馈电阻。
在没有重物放在秤架上时,差动放大电路AB“3”“5”脚的两输入信号电平均为0。
运算放大器C对差动放大电路AB的输出信号进行放大,并送运算放大器D对信号再进行放大,电阻R5、R14分别是运算放大器C、D的反馈电阻。
在调整模拟放大电路时要使运算放大器D的“12”脚的电位为0,这样电子秤秤量重物时的结果可确保误差是最小的,为了保证“12”脚的电位为0,在“12”脚接入零位电路。
零位电路非常简单,由电阻R6、电位器RP2、电阻R7串接,并在R6、R7两端分别接+12V和-12V。
调整电位器RP2,在静态时,可使“12”脚的电位为0。
一旦RP2位置确定,就不能改变。
运算放大器D的“14”脚是重物秤量时整个模拟放大电路输出信号端口。
该模拟放大电路在秤盘没有放重物时,“14”脚是没有任何的信号输出的。
(4)AD电路
这是由IC7十进制计数器/分频器ICL4017和 A/D转换器IC6 TCL7135及外围元器件等组成。
R19、C17组成标准输入滤波网络,起到抗干扰的作用。
C14、R18为积分元件,C15是自零电容,C16是基准电容,VD1和R17组成输入过压保护电路。
从IC6的“6”脚输入的模拟信号,完成由模拟信号变为数字信号的转变,从“23”脚输出。
RP3为基准电压调整电位器,可根据要显示的满度值选择基准电压的大小,这里设计为1.000V,它们的关系是:
满度值为基准电压的两倍。
取样的脉冲信号频率来自IC7的“6”脚的信号。
而IC7的脉冲信号来自微处理器IC8,IC8的“30”脚把脉冲信号送进IC7的“14”脚,经IC7内部处理(8分频处理)才从IC7的“6”脚输出送进IC6的“22”脚,作为IC6的时基脉冲(基准脉冲)也用作完成A/D转换用的取样信号。
IC6的“23”脚输出处理后的数字信号送到微处理器IC8的“15”脚。
(5)单片机电路
单片机电路是由以微处理器IC8 8051为核心器件和外围元器件等组成。
微处理器IC8有1~8脚8位准双向I/O口P1口接键盘电路,21~28脚8位准双向I/O口P2口接液晶显示电路,10~17脚8位准双向I/O口P3口作信号输入端口,其中已接有BUSY、INT1、BUZZ和POL。
而39~32脚8位双向I/O口P0口接液晶显示器的数字显示输入端口和排阻R22。
排阻R22也称为上拉电阻,这是因为微处理器IC8的P0口作为输出端口时,无法产生高或低电平信号,只有在P0端口通过连接电阻R并接上电源VCC,P0端口才会产生高、低控制电平。
微处理器“18”“19”脚接时基振荡电路的晶体振荡器Y1,电容器C18和C19,电路产生12MHz的时钟脉冲。
“9”脚接入加电自动复位电路中的电源VCC、电阻R21和电容C18。
“30”脚输出六分之一时钟频率的脉冲信号到IC7的“14”脚。
“40”脚接电源VCC,“20”脚接地。
微处理器IC8根据电路的功能,已经在微处理器IC8中写入了相关程序,在输入端口输入信息时,微处理器便可根据在什么端口输入什么信息按预先写入的程序,在相应的输出端口输出信息,以驱动下一级电路工作。
(6)键盘电路
由微动按钮S1~S16组成一个键盘矩阵电路,矩阵的输出端分别连接微处理器IC8的P1口8位准双向I/O口。
另外其中P1.4~P1.7还接IC9 CD4082四输入与门,它的输出接入微处理IC8的“13”脚的INT1端口。
微处理器IC8如何识别S1~S16的微动按钮按下呢。
其实很简单,从电路上看,只要出现微处理器IC8的P1.0~P1.3其中一个端口与P1.4~P1.7其中7微动按钮按下。
由于在编写程序时已经赋予各个微动按钮的功能(在电路图上已经标明),所以按下微动按钮时,单片机便执行所按下的微动按钮相应的功能。
(7)液晶显示电路
液晶显示电路由一块液晶显示电板LCD1 TG1864-01和三极管VT2及外围元器件等组成。
除“7~14”脚接微处理器IC8的P0口外,还有“4~6”脚、“15~17”脚也接到微处理器IC8的P2.0~P2.5对应的端口。
“18”脚输出VEE电压(大约-5V)给可调电位器RP4,取出一电压给“3”脚,比较合适的电压为2.5V,该电压的大小控制液晶显示器的对比度。
“2”脚、“19”脚接入电源VCC,“1”脚接地。
“20”脚接三极管VT2的集电极,但三极管VT2的基极通过电阻R23接微处理器IC8的“27”脚,只有该P2.6端口输出高电平,VT2导通,LCD1的“20”脚相当于接地,此时液晶显示电板LCD1才会点亮。
(8)蜂呜器电路
由三极管VT1、蜂呜器LS1和电阻R20组成蜂呜器电路,电阻R20接入微处理器IC8的“14”脚。
只要按一下键盘上的相关微动按钮,蜂呜器便发出单音提示音。
3.电子秤电路功能的描述
该电路主要由四部分组成:
电源电路、模拟放大电路、AD电路和控制及显示电路。
电源电路主要提供电子秤使用时的±12V、VCC和-5V电源,并为AD电路提供二次稳压VEE电源。
按下键盘电路中的S4电源开关键,显示电路中的液晶显示器LCD1点亮。
屏幕上显示“重量(kg):
0.000”,“单价(元):
000.00”和“总价(元):
00.00”三行字。
此时把物体放在秤盘上,屏幕上显示“重量(kg):
0.000”变成了显示物体重量的“重量(kg):
x.xxx”。
按动微动按钮S12(SET)进入“设置”界面,在“单价:
”一项中直接输入数字(按数字按钮),或使用S14(+)或S12(-)升降数码,重新设置“单价(元):
xxx.xx”。
当按动单价的微动按钮时,“总价(元):
00.00元”中的数字也随着变化,最后成为“总价(元):
xx.xx”,此时按下微动按钮S15(OK),确认了卖出物体的价钱。
当把要秤量的重物放入秤盘时,由应变压力传感器产生的信号经J3插头“2”和“3”端传送到模拟放大电路的IC5 LM324的输入端“3”、“5”脚。
信号经A和B组成的差动放大电路放大后从“1”“7”脚输出,经电阻R4、R10,送进运算放大器C输入端“9”“10”脚进行放大,再从“8”脚输出,经电阻R12再送进运算放大器D输入端“13”脚进行放大,信号从“14”脚输出。
输出的模拟信号进入AD电路IC6 ICL7135的“10”脚输入端,信号在IC6内经过取样、保持、量化和编码,把输入的模拟信号转变为数字信号,并由“23”脚输出送到微处理器IC8的“15”脚P3.5端口输入。
由于单片机已经输入了单价,便可以根据从微处理器IC8“15”脚送来的信号进行运算处理,处理的结果在相关端口输出信号。
如输出总价数字“总价(元):
xx.xx”等。
按下微动按钮S15(OK),便确认整个操作过程完成。
4.电子秤电路的测量与调整
为了确保电子秤能够正常地工作,也就是说要稳定、准确地秤量物体的重量,要准确地输入单价,亦要准确地算出总价来,所以在完成电子秤的焊接与安装后,必须要对电子秤电路进行测量并进行调整。
由于电子秤的功能要求相对比较高,电子秤电路的组成也比较复杂,所以对电路的测试和调整也比较多,要求也比较高。
电子秤电路分成四大部分电路,信号经过的线路比较长,信号又经过多次变换,外围辅助电路也比较多,所以对测试和调整难度就更加大了。
但电路在测试时也有一个方便之处,就是各大电路除了主信号有联系外,基本上都是相对比较独立的。
另外由于我们没有专业仪器设备,而只有常规的普通仪器,就不可能像专业工厂一样进行测量和调整,因此只允许我们在有限的条件下进行测量与调整。
测量与调整内容包括:
(1)电源电路
(一)±12V和VCC(+5V)、-5V的测量
(二)VCZ的测量
(2)模拟放大电路IC5 LM324的测量与调整
(一)运算放大器A和B组成的差动放大电路的测试与调整。
(二)运算放大器D的测试与调整
(3)AD电路的测试与调整
(一)集成IC7 CD4017的测试
(二)集成IC6 ICL7135的测试与调整
(4)控制与显示电路的测试与调整
(一)单片机电路的测试
(二)键盘电路的测试
(三)显示电路的测试与调整
三、任务步骤
根据电子秤电路的功能,现在需要按步骤完成对它进行较为详尽的测试与调试
1.电源电路
(1)±12V和VCC(+5V)、-5V的测量
接通电源,用万用表检测表中各测试点电压并登录在表中。
表电源电压的测量
测试点
TP2
TP3
TP4
TP9
TP10
TP11
电压(V)
~10V
12V
5V
~10V
-12V
-5V
(2)VCZ的测量
接通电源,用万用表检测VCZ(TP12)电压并登录在表中。
表二次稳压电压的测量
测试点
VCC
取样(IC10“1”脚)
VCZ(TP12)
电压(V)
12V
2.5V
10.2V
2.模拟放大电路IC5 LM324的测量与调整
该模拟放大电路的调整非常重要,否则不能准确地进行秤量,并可能引进了不必要的秤量误差。
(1)运算放大器A和B组成的差动放大电路AB的测试与调整。
(一)把J3的“2”“3”端短路,接通电源,用示波器分别测量TP12、TP13的电平,如果两测试点的电压不相同,调整RP1,使两电平相等并作好登录。
(二)在J3的“2”“3”端分别输入100Hz 300mV正弦波信号,用示波器分别测量TP12、TP13的输出信号并登录在表中。
表差动放大电路AB的测试与调整登录表
项目
J3“2”“3”端短路
J3“2”“3”端
运放增益
TP12(V)
0
输入
0.3
输出
0.64
A
TP13(V)
0
0.3
0.64
B
比较
相同
相同
相同
相同
(2)运算放大器D的测试与调整
(一)用示波器(或数字万用表)检测运算放大器D“12”脚的直流电位,并调整RP2使“12”脚的直流电位为0V。
或可观察液晶显示器显示的部分,使“重量(kg):
0.000”为准。
(二)在测试点TP15输入100Hz 100mV正弦波信号,用示波器分别测量TP16的输出信号并登录在表中。
表运算放大器D的测试与调整登录表
项目
电平(V)
TP15
TP16
12脚
调整前
-0.2V
输入
0.1V
输出
1V
调整后
0V
3.AD电路的测试与调整。
(1)集成IC7 CD4017的测试。
电子秤电路接上电源,用仪器测量IC7的“15”脚和TP19的信号波形,并登录在图2.4.5和图2.4.6中。
波形
周期
幅度
5格
T=0.5μs
5格
VP-P=5V
量程范围
量程范围
0.1μs/div
1V/div
图2.4.5 IC7的“15”脚的信号波形
波形
周期
幅度
4格
T=4μs
5.45格
VP-P=10.9V
量程范围
量程范围
1μs/div
2V/div
图2.4.6 TP19的信号波形
两波形的关系是:
IC7的“15”脚的信号周期是TP19的信号周期的8倍,也就是说,IC7把矩形脉冲波的频率8分频后才送进IC6,作为取样脉冲。
(2)集成IC6 ICL7135的测试与调整。
(一)电子秤电路接上电源,把重物放在秤盘上,调节电位器RP3调整“2”脚的电压,观察变化:
可以看到屏幕上显示重量的数字也跟着变化。
调节电位器RP3使“2”脚的电压为1.000V,此为该电子秤“2”脚的基准电压。
(二)在秤盘上放入重物,完成秤重的操作过程后,用仪器检测“21”、“5”脚电压;把重物移开,用仪器检测“21”、“5”脚电压,并登录在表中。
表“21”、“5”脚电压表
项目
21脚电位(V)
5脚电位(V)
无重物
5
0
加重物
5+随重量增加而增加
0
4.控制与显示电路的测试与调整。
(1)单片机电路的测试。
(一)用示波器测量微处理器IC8的“19”脚的时钟脉冲的波形及周期、幅度,并登录在图2.4.7中。
波形
周期
幅度
8.3格
T=83ns
3.5格
VP-P=3.5V
量程范围
量程范围
10ns/div
1V/div
图2.4.7 微处理器时钟脉冲的波形及周期、幅度
(二)用示波器测量微处理器IC8的“30”脚脉冲的波形及周期、幅度,并登录在图2.4.8中。
波形
周期
幅度
5格
T=0.5μs
5.5格
VP-P=5.5V
量程范围
量程范围
0.1μs/div
1V/div
图2.4.8 微处理器“30”脚脉冲的波形及周期、幅度
(三)微处理器IC8的“19”脚的时钟脉冲的频率与“30”脚脉冲的频率两者的关系是:
微处理器IC8的“19”脚的时钟脉冲周期是“30”脚脉冲周期的六分之一,即微处理器IC8的“19”脚的时钟脉冲频率与“30”脚脉冲频率的6倍。
(四)把重物放在秤盘上,按下S12后,屏幕转置“设置”上,此时按下键盘S14(-)或S16(+),可听到“嘟”的一声,测量键盘S14(-)或S16(+)按下前后TP20的电压并登录在表中。
表TP20电压
项目
TP20电压(V)
未按按钮
5
按按钮
0
(2)键盘电路的测试
按下键盘电路的电源开关按钮S4后,测试P1.0~P1.3(1~4)脚及P1.4~P1.7(5~8)脚电平;然后分别按下S1、S6、S11时测试P1.0~~P1.7电平,并登录在表中。
表键盘电路测试登录表
项目
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
按S4后电平
低
低
低
低
高
高
高
高
按S1时电平
低
低
低
低
高
高
高
低
按S6时电平
低
低
低
低
高
高
低
高
按S11时电平
低
低
低
低
高
低
高
高
(3)显示电路的测试与调整
按下按钮S4后(把电源接通),
(一)用万用表测量液晶显示器LCD1的“18”脚的电压为__-5__V。
(二)调整电位器RP4,观察液晶显示器LCD1的变化是屏幕显示的对比度发生变化。
调整电位器RP4,观察液晶显示器LCD1状态,当认为合适时,用万用表测量“3”脚的电压为__-2.4__V。
(三)测试TP21的电位为___2__V时,液晶显示器LCD1显示__正常__,“20”脚为__0V_。
用导线把TP21与地连接,液晶显示器LCD1显示__变暗__,“20”脚为__3.3V。
四、相关知识
1.集成器件知识
(1)十进制计数器/分频器
图2.4.9所示IC7 ICL4017是十进制计数器/分频器,其内部由计数器及译码器两部分组成。
它的基本功能是对输入脉冲的个数进行十进制计数,并按照输入脉冲的个数顺序将脉冲分配在Qo~Q9这十个输出端,计满十个数后计数器自动复零,同时输出一个进位脉冲,该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。
计数器在时钟禁止输入为低电平时,在时钟脉冲的上升沿进位。
在高电平时,时钟被禁止。
复位输入为高电平时,时钟输入独立运行。
图2.4.9 4017管脚排列
(2)双斜积分式4位半单片A/D转换器
图2.4.10所示IC6 ICL7135是双斜积分式4位半单片A/D转换器,TCL7135的主要性能特点为:
输入阻抗达109Ω以上,对被测电路几乎没有影响;自动校零;有精确的差分输入电路;自动判别信号极性;有超、欠压输出信号;采用位扫描与BCD码输出。
ICL7135精度高、抗干扰性能好、价格低,应用十分广泛。
其引脚功能如下:
图2.4.10 ICL7135管脚排列
1脚:
V--5V电源端
2脚:
REF基准电压输入端
3脚:
AGND模拟地
4脚:
INT积分器输入端,接积分电容
5脚:
AZ积分器和比较器反相输入端,接自零电容
6脚:
BUF缓冲器输出端,接积分电阻
7脚:
CAP- 基准电容负端
8脚:
CAP+ 基准电容正端
9脚:
IN-被测信号负输入端
10脚:
IN+被测信号正输入端
11脚:
V++5V电源端
12、17~20脚:
D1~D5位扫描输出端
13~16脚:
B1~B4BCD码输出端
21脚:
BUSY忙状态输出端
22脚:
CLK
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电子秤 电路 测量 调试