电子技术课程设计 温度测量 自动化0

电子技术课程设计报告课程名称：电子技术课程设计院系：地球物理与信息学院专业班级：自动化09-2学生姓名：李书波指导教师：姜珊完成时间：2012年1月5日报告成绩：（主要负责：protel原理图绘制和PCB图的绘制）课程设计成绩：评阅教师日期温度控制与测量设计报告一.设计要求要求运用四臂电桥电路、差动集成运放、滞回比较器、继电器等设计温度监测与控制电路。检测电路中用热敏电阻Rt作为测温元件。电路能实时监控温度，当温度超过设定值（如60±2˚C)时，能自动停止加热，否则将开始加热。具有自动指示“加热”与“停止”功能。(不设计加热电路)由51单片机控制进行温度采集和LED显示，将温度测量结果显示出来。*具体设计要求：1．根据技术指标要求自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，选择适当的元器件。2．利用Multisim(或Protel99SE)对所设计电路进行仿真调试。3．制作PCB电路板图。4．编写用单片机控制A/D转换和温度显示的程序。*5．在面包板上组装调试所设计的温度测量、控制电路。在单片机实验箱上调试温度显示程序。*6．记录实验结果，分析所能实现的温度测量、显示精度。7．撰写设计报告，写出收获和体会。二.设计的作用、目的使用PT100温度传感器（电阻值随温度变化），设计传感器放大电路，将传感器的电阻值转变为0~5V电压信号，将温度值显示出来。再设计控制电路，控制加热源，使其能够稳定在设定的温度值。设计以测量显示部分电路为主，以单片机系统为核心，对单点的温度进行实时测量检测。并采用热电阻PT100作为温度传感器、LM343作为信号放大器、ADC0809作为A/D转换部件，对于温度信号的采集具有大范围、高精度的特点。设计最终目的是通过设计的电路能够对加热源进行定温控制，而且当温度超过一定的值（60°C）,当加热温度达到60°C上下2°C时，通过滞回比较器使加热源电路电源断开（或通过单片机控制继电器实现），本课程设计以二极管的亮灭来表示该功能的实现。另外通过单片机用一定程序，使温度的数值显示出来。（同样也可以通过单片机内采集到的温度信号的升高，来控制继电器的合闭，进而达到控制温度加热源的开关）三.设计的具体实现1．Protel原理图（1）单片机信号转换处理部分该原理图运用8051作为系统的核心信号处理部分，ADC0809将模拟的温度信号转化问单片机的可读信号，单片机作为信号处理核心，分别使LED显示出温度，控制继电器的开关。(2)温度信号的放大处理部分：此电路是温度信号的采集放大电路，通过电桥平衡法则，采集到稳定的温度变化信号，然后经过运放的一级放大得到2.738mV，由于电压信号太小，再经过二级放大后，得到2.783V的电压，然后将此信号输入到ADC0809的输入端即可。画protel原理图注意事项：(1)、文档先行。按功能块确认各部分的电路，选用的元件，为什么选择这种元件，注意事项，参考电路，信号流经的通路等，这些都写清楚了，再开始画原理图。画图的过程中，如果有什么需要修改的，在这里写清楚了，再开始修改；(2)、如果有CPU，需要先分配好CPU的管脚，再开始画原理图，分配的管脚也要有书面记录，说明分配的位置、功能、分配原则和这样分配的原因（如8051的中断引脚只能放到P0口）等；(3)、在原理图上画出各功能块的原理图，不同部分之间使用网络标号进行连接，这样做的好处：容易划分各功能块，方便查看，便于移植。(4)、原理图上使用虚线对不同功能块进行分隔，并进行必要的注释，如功能、注意事项、跳线的默认设置等；(5)、画完原理图后要注意检查，确保没有任何错误。常见的错误有：VCC写成VDD；+12V写成12V；gnd和GND同时出现；网络标号没有与相应的导线连接到一起；不同地虽然使用不同的形状，但网络标号一样，实际上不会起到隔离作用。为了避免出现这些错误，可以使用一些简单的方法，如：放置一个网络标号时，如果已经有了这个网络标号，就不要再重新输入了，而是直接从已有的标号中选择；对于电源、地等，可以复制现有的网络标号而不是重新设置一个；(6)、关于元件的顺序号（designator）：如果有30个电容，其中2个为15pF，15个为0.1uF，5个为1uF，其余为10uF，可以将15pF命名为CA?，0.1uF命名为CB?，1uF命名为CC?，10uF命名为CD?，焊接时很容易找到对应值的电容。对于结构类似的接插件，也可以命名为JUSB、JCAN、JPW等，而不是J1、J2、J3等；(7)、原理图检查无误后，开始为每个元器件确定封装。确定封装时，首先得买到需要封装的元器件，如果买不到，就需要调整封装。2．PCB图绘制分装步骤：(1).进入画封装页面：File-----New-----PCBLibrariy(2).画封装，最重要的是画出的要和实际的元件大小一致，否则做出来的板子就插不上元件。所以设置合理的参数是很有必要的。打开参数设置窗口：在页面中点击右键-----Option…-----LibraryOption…就是BoardOptions窗口。先把度量单位改为“米”制：在measurementunit中把imperial为metric。SnapGrid是设置鼠标每移动一格的距离。我一般把X、Y都设成1mil，移动的距离最小，也就是精度最高的。visiblegrid为可视网格。就是页面中显示的格子的大小，元件用毫米还量度就足够了，所以grid1和grid2都设置成1mm（要自己输入1mm）。即可视网格边长为1毫米。这样用尺子量好元件大小时，在这里画就很容易知道画出来的线的长度，而不必要再用工具“PlaceStandardDimension”测量了。其它的都才用默认就可以。(3).接下来的一步也很重要，就是一定要在页面的中心画元件封装，否则画出来的封装在PCB页面中就会出现这样的情况：点击那个元件封装，鼠标居然跑到其它地方去了，这样就很难布局好元件。这种现象主要是因为画的封装的中心偏了。解决办法很简单，先点击一个焊盘“PlacePad”，然后按住键盘的“Ctrl+End”键，这时鼠标箭头会自动跑到页面中心，放下那个焊盘做为标记。这样，就可以以那个焊盘为中心画封装啦。画完再把那个定位的焊盘删掉即可。下图为绘制完成后的PCB板:单层布线：待布局检查无误后点击Tools菜单栏，如下图：分别对原理图进行设计规则检查，信号完整性分析以及错误查除。PCB封装注意事项:(1)、将原理图中的元器件封装导入到PCB中，检查设计的PCB大小是否可以足够放下所有的元器件并进行布线，如果有困难，最好重新设计PCB形状或大小；(2)、简单排列一下元器件，不要互相重叠，并且可以用一张纸打印出来。打印吧，检查每个元器件的封装是否和实际器件相符；检查PCB形状或大小是否跟你设计的盒体相适应；(3)、有的元器件封装，贴片和直插的管脚数目相同，但管脚定义不一样，需要仔细确认；同样的封装有的宽窄不一样，需要确认；有的贴片封装引脚伸出太短，焊接完后无法检查焊接质量，所以事先要将引脚外扩一些；焊盘大小也需要检查；(4)、开始布局：需要打孔的位置先放上焊盘，定好位置，然后锁止，打孔焊盘我一般从模板中抄袭，比如PC104模板；如果是插槽式的，就在内部再画一个KeepoutLayer层的内框来放置元器件，以避免元器件的放置位置干涉安装；(5)、先放置需要机械定位的元器件，如电源插头、USB接口、指示灯等；(6)、将每个功能块的元器件放到一块，然后根据连线方便的原理进行布局；(7)、在pcb板上布置各功能块的位置，进行细节调整，如相邻的电阻位置对齐；(8)、将网络标号进行分类，主要依据是布线的宽度；(9)、根据上面制定的NetClass制定布线规范；(10)、手动布置关键部分，如：晶振；去耦电容；同一芯片内的星形接地；等等；(11)、不希望走线的部分可以在KeepoutLayer层画一个多边形，待其他部分走线完毕后，将这个多边形删除；(12)、自动布线时，好多时候会布不通，这时最简单的办法是调整布局，将元器件布置在容易布线的位置，而不是首先考虑美观。像武术一样，先实用，再美观，可以称之为功夫，如果倒置，就是花架子了。当然，在满足功能和容易布线的前提下，板子布置的美观一些是完全必要的；(13)、自动布线完成后，使用DRC检查，没有错误之后，逐个网络检查布线，调整影响功能和美观的布线；(14)、检查完成后，修改元器件标号的位置，便于查看；元器件标号的字体一般设置为线宽1mil，字高40mil；(15)、在测试口上标注标号，如40脚测试点，在旁边间隔标注P00、P04、P10、P14等，主要是便于调试时查找管脚，否则每次都得从头数起，既麻烦又容易出错；(16)、一般在下部标上“XmPrj090104”字样，这样在同一功能的电路板进行修改时，很容易定位到是哪一个版本；(17)、双面板的话，在顶层和底层要进行覆铜，并连接到地线，（可能）可以提高抗干扰能力；(18)、可以送出制板了；(19)、完成之后，一件重要的工作是将制板的PCB文件和原理图文件进行备份，并清楚的注释为某年月日的制板文件，便于调试时查看。这个文件就是以后修改的基线，所有的修改都需要在副本中进行，这两个文件就不要再动了，当然，设置为“只读”属性是一个好办法。四．心得体会及建议这次课程设计我选择了温度测量与控制这一题目，感到这个题目综合性强，应用广，对设计者的要求也较高，因此，碰到的难度也较大，但本着求知与实践应用的精神，我们小组最终将这个题目的大概框架整理出来，其中有许多不尽人意之处及不理想的地方还很多，这也是我今后学习的方向和动力。本次设计中，我主要负责总体原理图的绘制及PCB图的绘制，完成这些工作，我首先要学会使用Protel99se这款软件，对于这款软件，因为暑假的时候，做的科技创新项目，需要设计一个流量监测与控制的电路，所以对这款软件有一定的接触，但学习的不是很深入，而这次课程设计，老师虽然没有要求我们画出单片机的封装，但我很想多熟悉一些关于这款软件的意愿，我主动要求将单片机的封装加入到了我的设计绘制任务当中，之前因为已经上过魏学良老师的单片机的课程，所以对单片机的连接还是略知一二的，再加之有姜珊老师提供的关于protel99se这款软件的教材，所以，这期间的过程就是边学边用，在protel原理图及PCB绘制完成后又陆续的帮助其他同学解决的一些问题，同时也请教了其他学的比较好的同学。这一切使得我对protel99se这款软件又进一步的熟悉了。感觉以后再遇到类似的关于实现一定功能的电路器件，对其电路的设计过程以及需要用到的各种软件及工具都有了一定的熟悉，通过一定的研究，自己大体可以胜任这项工作了。五．附录1、材料清单元件数量电阻4.7k61k41002330410k6100可调3电容0.1uf6其他稳压二极管1N47388发光二极管（0603红色）6LM3248六．参考文献1·清源科技·《Protel99SE电路原理图与PCB设计及仿真》·机械工业出版社·2007年7月第一版2、北京精仪达盛科技有限公司.《EL-MUT-Ⅲ单片机/微机实验系统使用说明及实验指导书》3、李良荣.《EWB9电子设计技术》.机械工业出版社.2007年8月第一版4、康华光.《电子技术基础.数字部分（第五版）》.高等教育出版社.2006年1月第五版