北工大版 电子工程设计 温控系统 第二次实验报告

1电子工程设计报告温度测量系统/闭环温度控制系统设计目录单片机应用电路.........................................................................................32模数转换电路.............................................................................................5数模转换电路.............................................................................................7显示键盘电路.............................................................................................9温度测量程序设计.....................................................................................11程序设计.....................................................................................................11遇到的问题及解决方案.............................................................................18心得体会......................................................................................................19感谢..............................................................................................................20参考文献......................................................................................................20附录：原程序..............................................................................................20一．单片机应用电路1.设计任务与设计要求片选信号：6个地址信号：4个控制信号：RD,WR,ALE,INT0数据总线：AD0~AD73安装：独立电路板结构2.电路设计方案①MCS-51系列单片机有众多性能优异的兼容产品、成熟的开发环境、世界上最大的单片机客户群、高性价比、畅通的供货渠道，是初学者的首选机型。8051是MCS-51系列单片机早期产品之一，内建一次性可编程只读存储器(PROM)，只需要很少的外围元件即可组成最小系统。所以我们选择8051作为我们的单片机②安装结构③电路选择单片机模块P3口为数据/地址复用端口，为了得到低8位地址，需要设计数据/地址分离电路。所以设计电路图如下43.原理及功能分析（1）74LS373工作原理当三态允许控制端OE为低电平时，Q0～Q7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，Q0～Q7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，Q随数据D而变。当LE为低电平时，D被锁存在已建立的数据电平。当LE端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400mV。（2）74LS138工作原理当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（(/E2))和/(E3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。比如：A2A1A0=110时，则Y6输出端输出低电平信号。（3）电路工作原理①C8051的P3口为数据/地址复用端口，为了得到低8位地址，需要数据/地址分离电路。C8051通过A13、A14、A15三口输出信号给74LS138译码器，经过芯片译码后输出6个片选信号，当输出相应地址时输出相应片选。译码器的E1、E2口接低，E3口接高，7、9两口制空。②C8051接收信号后需要数据/地址分离电路，而74LS373锁存器便充当了这一功能。373从8051的D0~D7口接收到信号后将信号分离，数据信号从锁存器的Q0~Q3口输出，地址信号从锁存器的D0~D7口输出。5二．模数转换电路1.设计任务与设计要求输入信号范围：0V~+5V分辨率：8bit精度：1LSB转换时间：1ms安装：独立电路板结构2.电路设计方案①D/A---数字量→模拟量转换电路，常用D/A电路的基本原理有电流开关型和脉宽调制型，其中电流开关型是用数字切换电流开关，产生与电阻网络权电流对应的电流“和”；脉宽调制型是将数字转换为输出脉冲宽度，用积分器将脉冲宽度转换为与之对应的电压输出。DAC0832是8位乘算型电流输出的典型产品，具有MCU兼容接口，使用方便，价格低，能满足设计要求。所以我们选择DAC0832。②安装结构6③电路选择3.原理及功能分析（1）ADC0804工作原理ADC0804采用的是逐次比较的方法，逐次比较转换过程与用天平称物重的方法类似。其方法是将输入信号的电压与一系列的参考电压相比较。第一次与输入参考电压5V的一半进行比较（即2.5V），如果大于2.5V，则将置1，并保留2.5V；如果小于2.5V，则将置0，并舍去2.5V。第二次将数入参考电压的四分之一（即1.25V）加到上一次所剩下的值上，将输入电压与这个值进行比较，如果大于这个值，则将置1，并保留这个值；如果小于这个值，则将置0，并舍去7这次新加上的1.25V。依此类推，每次新加上的值都是上一次所新加的值的一半，如此比较8次之后，就被确定下来了，此值就是ADC0804的输出。（2）电路工作原理将Vin（+）输入的模拟量通过ADC0804转换为数字量，从11到18管脚输出。其中Vin（-）、AGND、10脚接地。4脚和19脚之间按图示的方法接10KΩ的电阻和150PF的电容，与内部电路配合构成时钟信号的发生电路。片选CS接单片机的CS1片选，RD、WR分别接单片机的RD和WR信号。（3）电路主要参数的计算4脚和19脚之间按图示的方法接10KΩ的电阻和150PF的电容，是根据芯片手册上给的参考电路所确定的。三．数模转换电路1.设计任务与设计要求输入范围：00H~0FFH对应输入：-10V~+10V输出阻抗：100Ω响应时间：1ms电源供电：+5V，±12V安装：独立电路板结构2.电路设计方案①A/D---模拟量→数字量转换电路，常用A/D电路的基本原理有积分型、逐次比较型、并行比较型。其中积分型是将电压转换成脉宽信号或频率，由定时器/计数器获得数字值。逐次比较型是由比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，经n次比较而输出数字值。并行比较型是用多个比较器，仅作一次比较而实行转换。压频转换型是将模拟信号转换成频率，然后用计数器将频率转换成数字量，从理论上讲其分辨率几乎可以无限增加。ADC0804是8位逐次比较（逐次逼近）型典型产品，具有MCU兼容接口，使用方便；分辩率和转换速度都能够满足设计要求，且价格低廉。②安装结构8③电路选择3.原理及功能分析（1）DAC0832工作原理DAC0832是8位分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。它有八个恒流源，每个恒流源之间相差2倍。由D0~D7八个地址口相应输出信号给八个恒流源，当信号为“1”时开关开，从Iout1管脚输出给后面电路，当信号为“0”时，接地。（2）电路工作原理DAC0832输出口Iout1、2分别接NE5532的2、3口，NE5532的5口接模拟地，电流转成电压，然后电压放大，最后电压平移。DAC0832的Iout1和电阻输出一电流信号经过运放的虚短虚断变为0~-5V的电压，之后再通过一个负反馈电路，电压值=，得到一个0~20V的电压。+5V的电压经过运放后，得到-10V9电压。经过负反馈的0~20V的电压再经过-10V电压平移最终得到-10V~+10V的电压输出。四．显示键盘电路1.设计任务与设计要求显示能力：4位7段数码显示，前三位含小数点键盘功能：0~9数字按键及若干功能按键控制安装：独立电路版安装结构2.电路设计方案①基本显示控制方式有静态和动态两种，静态电路考验的是焊接工艺，动态电路考验的是程序编写能力。因为我们组比较擅长于程序编写方面，所以我们选择了动态电路显示控制方式。其中最主要的部件是CH452芯片，基本功能是采用动态扫描控制方式，4线同步串行接口编程或2线（I2C）串行接口编程。动态显示电路方案：电路简单，成本低，控制程序复杂，适用于显示位数较多的场合。矩阵键盘电路方案：按键较多时，成本低，控制程序较直读电路复杂，适用于显示位数较多的场合。②安装结构10设计电路如下：11五．温度测量程序设计1.设计任务与设计要求搭建测温硬件环境设计数据数据采集数据处理数据显示程序完成温度测量和显示工作温度测量显示误差：2.设计方案总体功能描述初始化启动A/D转换并读取结果对A/D转换结果进行处理得到显示温度将显示温度转换为显示段码数据将显示段码数据送显示电路进行显示延时1秒钟，开始下一次测温过程六．程序设计12变量1、数组①table1[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};一维数组，显示的段码表，从0到9进入温度设定？进行闭环温控？温度设定程序闭环温控程序监测温控标识变量Coop=0？NNNYYYN开始并初始化13②table2[3][5]={0,1,2,3,'A',4,5,6,7,'B',8,9,'C','D','E‘};自己设定的二维数组，用于配合读取键值的程序，使得键盘和输入对应。1、全局变量r_number1送到AD转换中的数值r_number2从AD转换中读取的数值DP_number1送给第一个数码管的数，读取的温度的十位DP_number2送给第二个数码管的数，读取的温度的个位DP_number3=2送给第三个数码管的数，并初始化2，输入的温度的十位DP_number4=5送给第四个数码管的数，并初始化5，输入的温度的个位DP_number5=0从键盘读取的用于控制的数DP_number6从键盘读取的用于输入数据的数DP_number7=0从键盘读取的用于检测是否停止控温的数coop=0控温监测变量t=0输入温度检测变量一、子程序1、voidmain(void)主函数{Init_Device();while(1){INTR5:;Read();display();K_int1();if(t==1){K_int2();t=0;gotoINTR5;}if(coop==1){while(1){Read();T_change();display();K_int3();if(DP_number7=='D'){DP_number7=0;coop=0;}if(coop==0){control=0x80;gotoINTR6;}}}INTR6:;}}主函数，用于实现框图中的功能，按照框图的逻辑编写，这里不再赘述2、voiddisplay(void)显示函数{14DP1=table1[DP_number1];DP2=table1[DP_number2];DP3=table1[