计量器具(电子秤)模拟通道

一、实验目的

1.掌握金属箔式应变片的应变效应,电桥的工作原理。

2.学会使用应变片原理建立电子称传感器模型。

3.学会设计电桥、滤波器和放大器。

4.学会使用模数转换器。

5. 加深对基本原理的认识,提升设计能力。

二、实验内容

1.用压控电阻模拟电阻应变片,设计电桥,使电桥的输出与压控电阻的控

制电压成正比例,采用电压表测电桥输出端的电压。

2.运用 OPAMP_3T_VIRTUAL 设计放大电路,要避免电桥对放大电路的

影响,使电桥输出放大 100 倍,采用电表或探针测放大器输出电压。

3.对放大器输出引入热噪声 THERMAL_NOISE,再采用有源滤波器进行

滤波,采用双通道示波器或四通道示波器对比滤波前后的电压波形。

4.运用 ADC(或者采用积分方法自行设计 AD 转换器)将放大电路的输出

转换成数字信号,并进行显示。

三、电子秤模拟通道的设计实现

1. 电桥的设计实现(从设计原理到具体实现展开介绍)

2. 放大电路的设计实现(从设计原理到具体实现展开介绍)

将一个电气系统与另一个电气系统隔离的一种方法电路时电压跟随器:使得放大电路不会对电桥的输出造成影响。

所以先用隔离器将电桥隔开,在运用放大电路将电压放大。

 

滤波器的设计实现(从设计原理到具体实现展开介绍)

因为我们要将热噪声过滤掉,所以我们应该采用低通滤波器:

模/数转换ADC的实现(从具体实现展开介绍)

模数转换器 ADC-DAC

Vin 为输入引脚,接转换的模拟量

Vref+和 Vref-引脚之间电压成立满量程电压。满量程电压由下式给出:

Vref=Vref+ – Vref[1]SOC 是开始转换的输入,上升沿有效

EOC 为输出引脚,输出低电平,指示转换结束

D0到 D7为输出引脚,输出模拟量转换的 8 位二进制数。

将电压通过Vin接入到ADC中,从而可以通过输出引脚的模拟量反应输入的电压情况

5. 模拟通道的完整电路图

 

四、实验数据记录

表一 电桥电路测试结果记录表

电桥电压

控制电压

变化的电阻(一个)

电桥输出电压

100V

0.004185Ω

0.024V

50V

0.005185Ω

0.015V

100V

0.005185Ω

0.03V

结论:控制电压与变化电阻都会影响输出电压的变化,其中如果固定电阻值,则控制电压与输出电压成正比。

表二 放大电路测试结果记录表

电桥输出电压

放大电路4个电阻值

运放输出电压

0.024V

R1=R2=1kΩ,R3=R4=100kΩ

2.404V

R1=R2=4kΩ,R3=R4=400kΩ

2.404V

R1=R2=1kΩ,R3=R4=10kΩ

0.24V

结论:运放放大倍数等于R3/R4.

表三 滤波电路测试结果记录表

运放输出电压

THERMAL NOISE

滤波器参数设定

滤波器输出电压

Noise ratio

R

T

B

R(R的个数滤波器决定)

C

2.404V

1

1kΩ

27℃

1M

220kΩ

0.46uF

2.404V

1

1kΩ

27℃

1M

220000kΩ

0.46uF

2.402V

1

100kΩ

27℃

1M

220kΩ

0.46uF

2.404V

1

1kΩ

27℃

1M

220kΩ

0.46F

2.404V

结论:

表四 模数转换器(ADC)测试结果记录表

Vin

Vref+ Vref-间电压

SOC

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

2.404V

1.8V

10kHz

5V

2.104

不亮

不亮

不亮

1.803V

不亮

不亮

1.202V

不亮

不亮

不亮

不亮

不亮

不亮

不亮

结论:

五、思考题

1、电桥电压的大小有范围吗?为什么?

有。

2、模数转换器ADC是如何实现的?

输入端输入模拟电压,经采样、保持、量化和编码四个过程的处理,转换成对应的二进制数码输出。采样就是利用模拟开关将连续变化的模拟量变成离散的数字量。由于经采样后形成的数字量宽度较窄,经过保持电路可将窄脉冲展宽,形成梯形波。量化就是将阶梯形模拟信号中各个电压值转化为某个最小单位的整数倍,便于用数字量来表示。编码就是将量化的结果(即整数倍值)用二进制数码来表示。这个过程就实现了模数转换。目前集成模/数转换器种类较多,有8位、10位模/数转换器。

3、电子秤模数转换器(ADC)8位的输出与压控电阻的控制电压是什么关系?为什么?

AD转换的满量程即是输入电压。

六、实验总结、必得体会及建议

1、从需要掌握的理论、遇到的困难、解决的办法以及经验教训等方面进行总结。

需掌握:电桥的工作原理、电桥放大电路、低通滤波器原理、ADC数模转换。

遇到的困难:对ADC的运用不熟练。

解决方法:百度

2、对本实验内容、过程和方法的改进建议(可选项)。

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