教函09-11范例：综合实训项目技术报告--电子测温计的制作

概要本文介绍了以SPI总线器件TMP122为测温核心，用单片机AT89S6．1．1供电系统.................................186．1．2基于TMP122的测温单元...................196．1．3控制单元电路.............................206．1．4显示单元电路.............................216．2PCB设计...................................226．3程序调试...................................236．3．1主程序及显示中断程序流程图..............236．3．2部分程序清单...........................246．4系统调试与分析................................25结论.................................................27致谢.................................................28参考文献.............................................29附录1................................................30附录2................................................31南京工业职业技术学院项目技术报告2前言本实训项目通过电子测温计系统总体方案设计、选择具有ISP下载方式的AT89S51、绘制电子测温计电路原理图、绘制电子测温计印制电路板图、制作电子测温计印制电路板图、安装、焊接电子测温计印制电路板、绘制流程图、上机调试电子测温计程序等环节设计并制作一个电子测温仪，使之能够测量-10℃—125℃的温度，并且用数码管显示出来。本报告正是以实训项目为载体，对实训项目中用到的软硬件主要技术、主要芯片特性进行阐述。南京工业职业技术学院项目技术报告3第一章DXP软件介绍1.1DXP的发展历史随着计算机业的发展，从80年代中期计算机应用进入各个领域。在这种背景下，87、88年由美国ACCELTechnologiesInc推出了第一个应用于电子线路设计软件包——TANGO，这个软件包开创了电子设计自动化（EDA）的先河。随着电子业的飞速发展，TANGO显示出其不适应时代发展需要的弱点，ProtelTechnology公司以其强大的研发能力推出了ProtelForDos作为TANGO的升级版本，从此Protel[1]这个名字在业内日益响亮。八十年代末，Protel相继推出了ProtelForWindows1.0、ProtelForWindows1.5等版本。这些版本的可视化功能给用户设南京工业职业技术学院项目技术报告4计电子线路带来了很大的方便，设计者再也不用记一些繁琐的命令。九十年代中，Win95开始出现，Protel也紧跟潮流，推出了基于Win95的3.X版本。98年，Prote公司推出了给人全新感觉的Proel98。Protel98以其出众的自动布线能力获得了业内人士的一直好评。99年，Protel公司又推出了最新一代的电子线路设计系统——Protel99。在Protel99中加入了许多全新的特色。Altium公司作为EDA领域里的一个领先公司，在原来Protel99SE的基础上，应用最先进的软件设计方法，率先推出了一款基于Windows2000和WindowsXP操作系统的EDA设计软件ProtelDXP。ProtelDXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。1．2DXP2004的特点ProtelDXP2004[2]是Altium公司于2004年推出的最新版本的电路设计软件，该软件能实现从概念设计，顶层设计直到输出生产数据以及这之间的所有分析验证和设计数据的管理。ProtelDXP2004已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是由多个模块组成的系统工具，分别是SCH（原理图）设计、SCH（原理图）仿真、PCB（印制电路板）设计、AutoRouter（自动布线器）和FPGA设计等，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。该软件将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓朴自动布线以及电路仿真等技术结合在一起，为电路南京工业职业技术学院项目技术报告5设计提供了强大的支持。第二章PCB制作2.1PCB的发展简史印制电路基本概念在本世纪初已有人在专利中提出过，1947年美国航空局和美国标准局发起了印制电路首次技术讨论会,当时列出了26种不同的印制电路制造方法。并归纳为六类:涂料法、喷涂法、化学沉积法、真空蒸发法、模压法和粉压法.当时这些方法都未能实现大规模工业化生产,直到五十年代初期，由于铜箔和层压板的粘合问题得到解决,覆铜层压板性能稳定可靠,并实现了大规模工业化生产，铜箔蚀刻法，成为印制板制造技术的主流，一直发展至今。六十年代，孔金属化双面印制和多层印制板实现了大规模生产,七十年代收于大规模集成电路和电子计算机和迅南京工业职业技术学院项目技术报告6速发展,八十年代表面安装技术和九十年代多芯片组装技术的迅速发展推动了印制板生产技术的继续进步,一批新材料、新设备、新测试仪器相继涌现.印制电路生产动手术进一步向高密度,细导线,多层,高可靠性、低成本和自动化连续生产的方向发展.我国从五十年代中期开始了单面印制板的研制，首先应用于半导体收音机中。六十年代中自力更生地开发了我国的覆箔板基材,使铜箔蚀刻法成为我国PCB生产的主导工艺，六十年代已能大批量地生产单面板,小批量生产双面金属化孔印制,并在少数几个单位开始研制多层板。七十年代在国内推广了图形电镀蚀刻法工艺,但由于受到各种干扰,印制电路专用材料和专用设备没有及时跟上,整个生产技术水平落后于国外先进水平。到了八十年代,由于改革开放政策,不仅引进了大量具有国外八十年代先进水平的单面、双面、多层印制板生产线,而且经过十多年消化、吸收,较快地提高了我国印制电路生产技术水平.1990年以来香港、台湾地区及日本等外国PCB厂商纷纷来到我国合资或独资设厂，使我国PCB生产产量猛增，发展很快。2.2PCB的应用PCB(PrintedCircuteBoard)印制线路板的简称，通常把在绝缘材上，按预定设计，制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路。这样就把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板，亦称为印制板或印制电路板。标准的PCB上头没有零件，也常被称为“印刷线路板PrintedWiringBoard（PWB）”。南京工业职业技术学院项目技术报告72.3PCB的制造原理挠性银浆印制线路板使用丝网漏印方法得到图形。刚性板所用的基材是由纸基（常用于单面）或玻璃布基（常用于双面及多层），预浸酚醛或环氧树脂，表层一面或两面粘上覆铜簿再层压固化而成，我们就称它为刚性印制线路板。单面有印制线路图形称单面印制线路板，双面有印制线路图形，再通过孔的金属化进行双面互连形成的印制线路板，称其为双面板。如果用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印制线路板，通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印制线路板就成为四层、六层印制电路板了，也称为多层印制线路板。2.4PCB的生产过程PCB的生产过程较为复杂，它涉及的工艺范围较广，从简单的机械加工到复杂的机械加工，有普通的化学反应还有光化学电化学热化学等工艺，计算机辅助设计CAM等多方面的知识。由于其生产过程是一种非连续的流水线形式，任何一个环节出问题都会造成全线停产或大量报废的后果，印刷线路板如果报废是无法回收再利用的。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成．在表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，留下来的部份就变成网状的细小线路了．这些线路被称作导线（conductorpattern）或称布线，并用来提供PCB上零件的电路连接．南京工业职业技术学院项目技术报告8为了将零件固定在PCB上面，我们将它们的接脚直接焊在布线上．在最基本的PCB（单面板）上，零件都集中在其中一面，导线则都集中在另一面，PCB的正反面分别被称为零件面（ComponentSide）与焊接面（SolderSide）。如果PCB上头有某些零件，需要在制作完成后也可以拿掉或装回去，那么该零件安装时会用到插座（Socket）．由于插座是直接焊在板子上的，零件可以任意的拆装。如果要将两块PCB相互连结，一般我们都会用到俗称「金手指」的边接头（edgeconnector），金手指上包含了许多裸露的铜垫，这些铜垫事实上也是PCB布线的一部份。通常连接时，我们将其中一片PCB上的金手指插进另一片PCB上合适的插槽上。PCB上的绿色或是棕色，是阻焊漆（soldermask）的颜色，这层是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方．在阻焊层上另外会印刷上一层丝网印刷面（silkscreen）．通常在这上面会印上文字与符号（大多是白色的），以标示出各零件在板子上的位置．丝网印刷面也被称作图标面（legend）。印刷电路板将零件与零件之间复杂的电路铜线，经过细致整齐的规划后，蚀刻在一块板子上，提供电子零组件在安装与互连时的主要支撑体，是所有电子产品不可或缺的基础零件。印刷电路板以不导电材料所制成的平板，在此平板上通常都有设计预钻孔以安装芯片和其它电子组件。组件的孔有助于让预先定义在板面上印制之金属路径以电子方式连接起来，将电子组件的接脚穿过PCB后，再以导电性的金属焊条黏附在PCB上而形成电路。本次实训我们就亲自实践了整个PCB板的制作过程，掌握了南京工业职业技术学院项目技术报告9生产实际中PCB板的制作技术，很有成就感，对锻炼我们的动手能力有极大的帮助，而且在学校中就学到了对我们很实用的技能，增强了我们的信心，很有意义！第三章AT89S51单片机介绍AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器[6]。其主要特性如下：南京工业职业技术学院项目技术报告10·与MCS-51兼容·4K字节可编程闪烁存储器·寿命：1000写/擦循环·数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·128×8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路AT89S51是市场上开发工程师应用的比较多的一种单片机，市场份额很大，价位在6元左右，比较便宜，我们的课程中也是讲得它，本次实训中我们就选用了AT89S51。南京工业职业技术学院项目技术报告11第四章温度传感器4．1模拟量温度传感器热电偶的应用原理温度传感器热电偶[3]是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：１．测量精度高。因温度传感器热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。２．测量范围广。常用的温度传感器热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊温度传感器热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。南京工业职业技术学院项目技术报告12３．构造简单，使用方便。温度传感器热电偶