电子工程设计报告

北京工业大学电子工程设计报告学院专业姓名学号指导教师日期年月日摘要本次课程的目的是实现温度测量控制系统，而主要由我们制作的有三个模块：稳压电源模块，变送器模块以及功率放大器模块。通过自己设计电路图，仿真，了解各个电路的电路原理，然后根据仿真出的电路进行焊接，最终在整体的系统中测量各个模块的功能，得到相应的实验数据。本次课程锻炼了我们的系统综合应用能力、电路设计能力以及焊接能力等。使得我们在全方面都有了很大的提升。关键字：线性稳压电源变送电路功率放大电路AbstractThiscourseisdesignedtorealizethetemperaturemeasurementandcontrolsystem,andmainlymadebyushasthreemodules:powersupplymodule,transmittermoduleandpoweramplifiermodule.Throughtheirowncircuitdesign,simulation,circuitprincipleofeachcircuit,andthenaccordingtotheweldingcircuitsimulation,thefinalmeasurementmoduleinthewholesystemfunction,obtainedthecorrespondingexperimentaldata.Thecourseexercisecomprehensiveapplicationability,systemcircuitdesignourabilityandweldingability.Sothatweallhaveagreatdealofascension.Keywords:linearregulatedpower、transmissioncircuit、poweramplifiercircuit目录第一章温度测量控制总体概述......................................5一、课题背景................................................5二、总体概述：..............................................5第二章稳压电源的设计与实现......................................6一、实验目的..................................................6二、元器件选择三、原理图....................................错误!未定义书签。四、AltiumDesigner中的PCB图.................错误!未定义书签。五、焊接电路板................................................9六、误差分析..................................................9七、材料清单.................................................10八、调试分析及出现的问题.....................................10第三章放大电路的设计与实现.....................................11一、实验目的...............................................11二、实验原理...............................................11三、原理图及仿真...........................................12四、元器件选择.............................................12五、数据分析...............................................13六、AltiumDesigner绘制PCB图.............................13七、实际焊接电路板.........................................15第四章功率放大电路的总体概述...................................16一、实验目的................................错误!未定义书签。二、实验原理................................错误!未定义书签。三、原理图与仿真...........................................16四、元器件选择.............................................17五、数据分析...............................................17六、Protel绘制PCB图......................................18七、实际焊接电路板.........................................19八、材料清单................................错误!未定义书签。九、调试分析及出现的问题....................错误!未定义书签。第五章体会感想................................................20第一章温度测量控制总体概述一、课题背景随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演了一个越来越重要的角色。因此，对温度采集控制系统的设计与研究就具有十分重要的意义。现代化生产对温度采集的精度、实时性和采集效率等都有很高的要求，而且有许多测温现场环境恶劣，对操作人员现场采集十分不利，这就需要使用一种能够自动采集、处理和传送数据的测温仪器。同时，为了方便安装和维护，这类仪器需要具备长期自动稳定工作的能力。因此，开发低功耗的温度采集系统，对这些应用领域的温度数据进行测量是非常必要的。在科研实验、大棚蔬菜种植、各种动物养殖及卫生医疗等场合经常要用到温度采集系统；以及火灾自动报警控制系统、电话室温采集系统等都有相关的应用。二、总体概述：前向通道：由温度传感器，信号调理电路，A/D转换器组成。温度传感器将温度信号转化成电信号，电信号可能是电阻信号，电流信号等模拟信号，也可能是数字信号。如果是模拟信号则需转化成数字信号，进入微控制器进行数据采集。后向通道：由D/A转换器，驱动器，执行机构组成。微控制器将温度测量值和给定值产生的偏差通过D/A转换电路换成正负电压值，再通过驱动电路进行功率放大，再通过执行机构进行加温和制冷，形成温度闭环控制系统，实现温度的控制。显示电路：使用数码管或液晶作为显示电路，通过微控制器借口对其进行驱动，实现温度的测量和显示。键盘电路：使用独立式键盘或行列式键盘，通过借口驱动，实现数字键或者功能键，通过键盘可实现温度值的设定，功能键完全确定，取消等功能。电源电路：为温度测量控制系统提供直流电源，5V电源，12V电源，-12V电源第二章稳压电源的设计与实现一、实验目的交流供电9V和15V，实现线性稳压电源直流输出+5V电压和±12V电压。二、实验原理与分析（一）电路原理要实现线性稳压电源，就要分为两大部分，整流和滤波。整流，就是把交流电变为直流电的过程。利用具有单向导电特性的器件，可以把方向和大小交变的电流变换为直流电。整流分为两大方式：半波整流和全波整流。桥式整流电路的工作原理如下：e2为正半周时，对D1、D3加正向电压，Dl、D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、D1、Rfz、D3通电回路，在Rfz上形成上正下负的半波整流电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2、Rfz、D4通电回路，同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。输入端用一个全波整流桥把输入的交流电转换为有一定纹波的直流电。在该电路中要求减小纹波，而措施是接上大电容进行一定的滤波减少纹波。实验中我们用LM7805CT芯片提供正5V电压输出，LM7812CT芯片提供正12V电压输出，LM7912CT芯片提供负12V电压输出。（二）、元器件选择三端稳压器的输出端需要一个滤波电路对于三段稳压器的输出进行滤波，进一步减少纹波。数据方面则是三端稳压器能够产生需要的正负12V电压，以及正5V电压即可。而三段稳压器的输入端的电容要用大电容，输出端接一个小电容，进行滤波即可。电压值/V15~15+9+5+12-12实际值/V29.59.85.312.4-11.5三、原理图图2.2线性电源原理图四、PCB图图2.3线性电源PCB五、焊接电路板图2.4线性电源电路板六、误差分析可能存在着焊接的管脚的接触问题，使得电路的性能与设计存在出入。因为板子是旧板子，所以可能出现焊盘掉了，焊点没焊上，或者两个焊点之间段路。同时电路中使用的导线存在线性电容、阻抗，同时两根导线之间存在寄生电容，导线本身还存在着一些其他的误差因素使得电路的性能与设计存在出入。另外使用的元器件本身也存在误差。最好每一个元器件使用前均进行测量。在焊接时，需要注意各个元器件焊接是否正确，每个管脚之间的连接是否和仿真好的电路图一样。元器件是否焊反等问题。另外针对本次实验所使用的板，特别需要注意有一些地方存在暗线，一定要看清楚再进行焊接。七、材料清单名称数量/个220uF/50V电容3470uF/50V电容3整流桥2保险管3保险管座3LM7805CT1LM7812CT1LM7912CT1长插针（13X2）2八、调试分析及出现的问题由于本次是焊好电源模块插在大的单片机系统上，因此一定要分清正负左右，避免由于插反了导致烧板子甚至烧掉其他的板子。另外左右各位13X2的插针，插针的排布一定要看对，在训练指导书后边有对应的管教排布。调试时有一次就是因为排布没看对导致没有输出，经过自己检查后发现了这个问题，因此一定要注意。第三章放大电路的设计与实现一、实验目的将传感器输出的信号转变成采集电路所需要的信号，温度变送器的输出电压为0~5V（对应的温度为0°C~100°C）二、实验原理本模块的前端为温度传感器AD590，AD590输出的为电流信号，0°时对应的为0.273mA，100°时对应的为0.373mA。而本模块后端的采集电路所需要的为电压信号，0°时对应的电压为0V，100°时对应的电压为5V。因此本模块所需要做的分别为电流信号转变为电压信号、信号的放大与调零。首先进入模块的电流信号通过一个电阻使其变成电压信号。之后连续通过2个反向比例放大器，分别使信号放大10倍和5倍，并且在第二个反向比例放大器的正极进行调零。反向比例放大器的负极接入信号，正极接基准电压。第一级放大器接入前的电阻为1K，因此对应的电压值变为了0.273V~0.373V。第一级反向比例放大器放大10倍，因此输出信号为-2.73V~-3.73V。第二级放大器放大倍数为5倍，正极接电位器，左右端分别接入正负12V，通过调节电位器使得基准电压为-2.73V，这样相对的输入就变成了0V~-1V，通过反向比例放大器放大5倍后，变成0~5V。三、原理图及仿真图3.1电流273mA时的电压图3.2电流373mA时的电压四、元器件选择首先考虑到只使用两个反向比例放大器，并且通过放大器的只是直流信号，因此权衡考虑选择了LM358放大器进行放大。R1为1K是为了将电流信号转换为电压信号，为mV级。R2的选择是为了与R1形成10倍以上的关系，因为二者是并联关系，通过10倍关系减小干扰。电阻R3的目是保护运放。R4，R5的