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1、电子工程设计其次阶段设计报告1电子工程设计报告题目：温度测量系统/闭环温度掌握系统设计专业： 电子科学与技术小组： 7姓名：学号： 袁彬11023221赖力11023222指导教师：完成日期：2023.12.121名目一、摘要3二 、设计任务与要求3二、设计要求4(三)单片机5一、电路工作原理及主要元件的功能5二、电路的调试9四 数/模(D/A)转换电路10一、电路工作原理及主要元件功能10二、电路主要参数计算12(三)、电路调试12五、 模/数(A/D)转换电路13一、ADC0804 芯片介绍13二、电路主要参数计算14三、电路调试15六、电路显示与键盘掌握电路16一、电路工作原理16(二)
2、.电路调试19七、温度测量22八、 心得体会25九、附录262电子工程设计其次阶段设计报告3一、摘要在上学期我们完成了温度掌握系统的第一阶段，在这一阶段，我们完成了焊接包括电源板、驱动器和变送器在内的一些工作。也为我们这次的其次阶段做好了预备。通过上学期的预备，我们对焊接电路已经根本上娴熟把握了，对一些电路的原理和设计也都到达了必要的要求，正是基于此我们目前已经完成了其次阶段的全部内容。下面就主要介绍一下我们其次阶段的工作。二 、设计任务与要求设计小型温度测量与掌握系统 - 典型电子系统1.电路设计 核心单元单片机应用电路 模拟量接口A/D、D/A 电路 人机交互单元显示、键盘掌握电路2.程序
3、设计 掌握模/数转换进展温度数据采集 掌握数/模转换转变控温元件工作状态，进展温度掌握。3电子工程设计其次阶段设计报告4 掌握键盘与显示器，进展掌握温度设定和测量温度显示。 将温度数据转换为显示温度数值的算法程序。(5)掌握温度准确、平稳变化的的算法程序。3.系统联调 电路系统联调，协作测试程序实现根本的测温、控温功能。 程序联调，通过电路系统实现准确、平稳的温度掌握4.本学期关注的重点 设计并实现了一个能够准确、稳定掌握温度的系统。 知道了一个典型的电子系统应当具备哪些主要功能 知道了一个典型电子系统的设计实现过程和工作方法。 知道如何设计测试方法、制造测试条件，对设计完成的电路模块或电路系
4、统进展测试，使电路或系统的功能、指标充分呈现。 设计组装的电路系统消灭故障，能够依据电路或系统的工作原理、自己把握的专业学问以及积存的阅历，快速确定故障范围和故障缘由。 把握电路的设计方法，通过设计、计算实现电路设计要求。二、设计要求1. 温度测量范围：0C +100C。2. 温度测量误差：不大于 2C3. 单片机：具有独立电路板构造。片选信号：4 个， 地址信号：4 个，数据总线：AD0AD7，I/O 口线：P3 口，P1 口。4. 数/模(D/A)转换电路：具有独立电路板构造。输入范围：00H 0FFH，对应输出：-10V+10V，误差：1%，响应时间： 1ms， 电源供电：+5V，12V
5、。5. 模/数(A/D)转换电路: 独立电路板构造输入信号范围： 0V+5V区分率： 8bit精度：1LSB转换时间： 1ms 6显示与键盘掌握电路:44 位 7 段数码显示，前 3 位含小数点独立电路板安装构造0 9 数字输入键及假设干功能设置按键掌握(三)单片机一、电路工作原理及主要元件的功能1，芯片的介绍和参数MCS-51 系列单片机性能优异，因此单片机芯片承受 MCS-51 系列中的 89C51。在单片机的 40 条引脚中有 2 条专用于主电源的引脚，2 条外接晶体的引脚，4条掌握或与其它电源复用的引脚，32 条输入/输出I/O引脚。下面按其引脚功能分为四局部表达这 40 条引脚的功能
6、。1) 主电源引脚 VCC 和 VSS： VCC40 脚接+5V 电压； VSS20 脚接地。2) 外接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2：XTAL119 脚接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当承受外部振荡器时，对HMOS 单片机，此引脚应接地；对 CMOS 单片机，此引脚作为驱动端。XTAL218 脚接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。承受外部振荡器时，对HMOS 单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对XHMOS，此引脚应悬浮。3) 掌握或与其它电源复
7、用引脚 RST/VPD、ALE/PROG、PSEN 和 EA/VPP： RST/VPD9 脚当振荡器运行时，在此脚上消灭两个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG30 脚：当访问外部存贮器时，ALE允许地址锁存的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE 端仍以不变的频率周期性地消灭正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。PSEN29 脚：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令或常数期间，每个机器周期两次PSEN 有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的 PSEN 信号将不消灭。EA
8、/VPP31 脚：当 EA 端保持高电寻常，访问内部程序存储器，但在PC程序计5数器值超过 0FFFH对 851/8751/80C51或 1FFFH对 8052时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当 EA 保持低电寻常，则只访问外部程序存储器， 不管是否有内部程序存储器。输入/输出I/O引脚P0、P1、P2、P3共 32 根： P0 口39 脚至 32 脚：是双向 8 位三态 I/O 口，在外接存储器时，与地址总线的低 8 位及数据总线复用，能以吸取电流的方式驱动 8 个 LS 型的 TTL 负载。P1 口1 脚至 8 脚：是准双向 8 位 I/O 口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入
9、也不能锁存，故不是真正的双向 I/O 口。P1 口能驱动吸取或输出电流4 个LS 型的 TTL 负载。对 8052、8032，P1.0 引脚的其次功能为 T2 定时/计数器的P2 口21 脚至 28 脚：是准双向 8 位 I/O 口。在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高 8 位地址总线送出高 8 位地址。P3 口10 脚至 17 脚：是准双向 8 位 I/O 口，在 MCS-51 中，这 8 个引脚还用于特地功能，是复用双功能口。2、电路方案的比较、选择和确定全部地址参与译码，产生的掌握信号对应唯一地址。局部地址参与译码，产生的掌握信号对应某一地址区域，而不是唯一地址。局部地址参与译码，产
10、生的掌握信号对应某一地址区域，而不是唯一地址。三种电路方案（1） 局部地址译码、带有总线驱动电路，产生的掌握信号对应某一地址区域。+5P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6RST P3.2 P3.4 WD RDP3.3R17P3.51234567891011121314R15 151617U1 89C51P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 RESET RXD TXD INT0 INT1 T0T1 WR RD+5R3 R5 R7 R9 R11 R13 R23VCC40234567891C3 10uFR1 8.2KRXD R21R19TXD
11、L5 L3 L23 L6 L8P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P073234781314171811ALE/P30L4ALEC122p1918P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P272122232425262728A1 3 1A1 4 2A1 5 3CY1 11.059X1 X2U2 74LS245A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 DIRU3 74LS373D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 LEU3 74LS138A B CB0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 E18171615141312111
12、9L7 L9 L11 L13 L15 L17 L19 L21D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 OE2569121516191A0 L16 A1 L14 A2 L12 A3 L10A4 A5 A6A7A1 A2 A3 A4L24 L22 L20 L18+5C222p293120PSEN EA/VP GNDVCC6E345E1E2Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y715141312111097C1 C2 C3 C4图示局部地址译码、带有总线驱动电路6（2） 局部地址译码、无总线驱动电路+5R3P1. 0 R5P1. 1 R7P1
13、. 2 R9P1. 3 R1 1P1. 4 R1 3P1. 5 R2 3P1. 6RST P3. 2P3. 4 WD RDP3. 3P3. 51234567891 01 11 21 31 4R1 5 1 51 61 7U18 9C5 1P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 RESET RXD TXD INT0 INT1 T0T1 WR RDVCCD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7C31 0u FU37 4LS3 73R18.2 KRXD TXDR1 9R2 1L5 L3 L23 L6 L8R1 7P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P0
14、7A1 A2 A3 A4ALE/PC12 2p1 91 8CY11 1. 0 59X1 X2+5C22 2p2 93 1PSEN2 0EA/VPGNDP20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P271 51 41 31 21 11 097L24 L22 L20 L18C1 C2 C3 C4图示局部地址译码，无总线驱动电路+54 03 933 843 773 683 51 33 41 43 31 73 21 83 01 12 1L4ALE2 2A 1 312 3A 1 422 4A 1 532 52 6VCC2 742 856D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q6
15、D7Q7LEOEL7L9L11L13L15L17L19L212A 0L165A 1L146A 2L129A 3L101 2A 41 5A 51 6A 61 9A 71U47 4LS1 38AY0BY1CE1Y2 Y3 Y4Y5E2Y6E3Y7（3） 直接选通、不要低 8 位地址和驱动电路+5C3 10u FR1 8.2KR3P1. 0R5P1. 1R7P1. 2R9P1. 3R1 1P1. 4R1 3P1. 5R2 3P1. 6R1 9RXDR2 1TXDRST P3. 2P3. 4 WD RDL5 L3 L23 L6 L8P3. 3R1 7P3. 5R1 512345678910111213
16、14151617U1 89C5 1P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 RESET RXD TXD INT0 INT1 T0T1 WR RD+5VCC4 0P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7ALE/PALEC122p1918CY1 11. 059X1 X2+5C222p29PSEN31EA/VP20GNDP20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27A1 A2 A3 A4 C1 C2 C3 C4由于这个方案的片选信号与地址之间并不是线性关系，所以使用该方案需要娴熟把握片选信号与地
17、址之间的关系计算。3 9A D 0L73 8A D 1L93 7A D 2L113 6A D 3L133 5A D 4L153 4A D 5L173 3A D 6L193 2A D 7L213 0L42 1A 8L162 2A 9L142 3A 1 0L122 4A 1 1L102 5A 1 2L242 6A 1 3L222 7A 1 4L202 8A 1 5L18（4） 电路方案确实定通过比较，我们最终选定相对简洁实现的局部地址译码，无总线驱动的方案， 由于这样可以简化电路。电路图如下：7电子工程设计其次阶段设计报告8单片机的安装构造图如以下图所示：单片机电路8二、电路的调试电子工程设计其次
18、阶段设计报告91. 依据电路图将电路板焊接完毕，过程中需要严格检查焊接线路是否正确，避开消灭错误。2. 测试时，将电源板放到相应位置。将单片机正确插入，然后将仿真头与单片机电路连接留意缺口标志要对应再把仿真器连好。3. 断开译码电路负载，运行测试程序，检查各输出引脚是否有输出， 各个输出之间相对位置关系是否正确；以下是单片机测试的程序：#include “C8051F020.h“ #include “absacc.h“ #include “data_define.c“#define CS0 XBYTE0x0000 #define CS1 XBYTE0x2023 #define CS2 XBYT
19、E0x4000 #define CS3 XBYTE0x6000 #define CS4 XBYTE0x8000 #define CS5 XBYTE0xA000 #include “Init_Device.c“void main(void)Init_Device; while(1) CS0=0; CS1=0; CS2=0; CS3=0; CS4=0; CS5=0; 正确输出波形如下图：9电子工程设计其次阶段设计报告10用示波器观看 C1 C4 引脚，应有图示的波形输出。假设没有输出或者彼此关系错乱，都说明电路中存在故障。四 数/模(D/A)转换电路一、电路工作原理及主要元件功能1、DAC8032
20、 芯片介绍数模转换器是整个掌握系统将计算机输出的数字信号转化成模拟信号的重要部件，它的特性直接影响温度转换的精度。其转换的精度主要由数模转换器的位数和 Vref 结合电子工程设计的实际要求，结合高性价比的原则我们选择了 8 位D/A 转换器 DAC0832。单片集成 D/A 转换器产品种类繁多，按其内部电路构造一般可分为两类：一类集成芯片内部只集成了转换网络和模拟电子开关；另一类则集成了组成 D/A 转换器的全部电路。本试验选用 DA0832，各引脚名称及作用如下：D D ：具有三态特性数字信号输出。70GND：信号地。CS：低电平有效的片选端。WR：写信号输入，低电平启动 D/A 转换。RD
21、：读信号输入，低电平输出端有效。V ：参考电平输入，打算量化单位。REF2、原理说明（1） 、数模转换电路，可以将数字电量转换成模拟电量。在数模转换中，应根据转换要求，考虑输出电压的区分率和精度。（2） 、数模转换有多种方法可以实现，在满足要求的状况下，应力求降低本钱。可以承受频率/电压变换的方法，也可以承受 D/A 变换器或其它方法，如承受 D/A变换器，建议使用 DAC0832。00FF数字对应于10V10V电压。3.电路的选择输出方式：与数字量成比例的电流输出/与数字量成比例的电压输出/数字量和参考电压的相乘输出。我们组选择的电路如图：10电子工程设计其次阶段设计报告11本试验要求模数转
22、换电路的输出电压为10V10V 电压。因此，在 DA 的外围电路上，我们连接了一个放大器。放大器的作用是将 DAC0832 的输出电流转化成电压，通过合理调整两个滑动变阻器的阻值，可以调整输出电压的大小，即使 D/A 的输出从 05V 变为10V10V。安装构造图数/模转换电路11电子工程设计其次阶段设计报告12二、电路主要参数计算OD/A 转换器用于将数字量转换成模拟量，他的输入粮食数字量D，输出量为模拟量V ， 要求输出的模拟量与输入的数字量成正比，即：V其中为基准电压。RD = dn-12n-1 + dVOn-2= D VR2n-2 + d 200= n-1 d 2iii=0其中， d
23、， d ， d是输入的数字量代码；n 是输入数字量的位数。12n-1将 D 带入V= D V得到：V= n-1 d 2i V。该式说明，将输入的每一位数字量转换为与OROiRi=0其相应的模拟量，把各位对应的模拟量相加就可得到该数字两所对应的模拟量。D/A 转换器的模拟输出与数字量输入成正比。(三)、电路调试调试方法：断开电路负载，运行测试程序，检查各节点信号是否正确。1焊接完毕，而后再次认真查线一遍然后再开头测试。2. 测试时，将电源板，单片机，数模电路正确连接。按正确加电挨次供电， 假设一切正常可以开头进一步的测试。3. 运行 D/A 测试程序数/模数据显示窗口将有相应，数据显示，数据为从
24、00FF 挨次递增并不断循环。另外输出管脚会有锯齿波。测试程序如下：#include “C8051F020.h“ #include “absacc.h“ #include “data_define.c“#defineC3XBYTE0x4000 #defineTIMER0x8000 #include “Init_Device.c“void delay(void); void main(void)unsigned char x; Init_Device;while(1) +x; C3=x; delay; void delay(void)12int i; for(i=0;iTIMER;+i) ;用示
25、波器测量芯片的 7 号管脚输出波形如图：假设消灭上述的波形图，就间接地证明电路板调试成功。五、 模/数(A/D)转换电路一、ADC0804 芯片介绍芯片参数：工作电压： +5V，即 VCC=+5V 。模拟输入电压范围： 0+5V，即 0Vin+5V。区分率： 8 位，即区分率为 1/2 8=1/256 ，转换值介于 0255 之间。转换时间： 100us fCK=640KHz 时。转换误差：1LSB。参考电压： 2.5V ，即 Vref=2.5V 。1. 原理说明模数转换器，是将模拟电信号转变成计算机能识别的数字信号。在模数转换中， 应依据测量精度要求，考虑转换电路的精度和区分率，并力求降低本
26、钱。模数转换有多种方法可以实现，如承受电压/频率变换器，以频率或脉宽来计算温度， 也可以承受 A/D 变换器或其它方法。如承受 A/D 变换器，应考虑转换器输入阻抗和变送器输出阻抗对信号的衰减可能引起的测试误差，并尽量降低这一误差。板间连接应留意保护。依据课设要求，温度 0100 C 的变化是用电压 05V 表示的，转成数字表示，即 0FFH。2. 电路的选择常用 A / D 电路的特点：积分型：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。优点： 区分率高；缺点：转换速率极低逐次比较型 ：由比较器和 DA 转换器通过逐次比较规律构成，经 n 次比较而13电子工程设计其次阶段设计报告
27、14输出数字值。优点：速度较高、功耗低，在12 位分辩率时价格廉价并行比较型：用多个比较器，仅作一次比较而实行转换。优点：转换速率极高；分辩率高时电路规模大、价格也高，只适用于低区分率高速场合压频转换型：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 ， 从理论上讲其区分率几乎可以无限增加。优点：分辩率高、功耗低、价格低；但是需要外部计数电路共同完成 AD 转换二、电路主要参数计算(1) 转换精度：A/D 转换器也承受区分率和转换误差来描述转换精度。区分率是指引起输出数字量变动一个二进制码最低有效位LSB时，输入模拟量的最小变化量。他反映了 A/D 转换器对输入模拟量微小变化的区分力量。
28、在最大输入电压肯定时，位数越多，量化单位越小，区分率越高。转换误差通常用输出误差的最大值形式给出，常用最低有效位的倍数表示，14电子工程设计其次阶段设计报告15反映 A/D 转换器实际输出数字量和理论输出数字量之间的差异。(2) 转换时间：转换时间是指转换掌握信号v到来，到 A/D 转换器输出端得到稳定的数L字量所需要的时间。转换时间与 A/D 转换器类型有关，並行比较型一般在几十个纳秒，逐次比较型在几十个微秒，双积分型在几十个毫秒数量级。实际应用中，应依据数据位数、输入信号极性与范围、精度要求和采样频率等几个方面综合考虑 A/D 转换器的选用。(3) 8 位数模转换电路主要技术指标：区分率
29、- 8 位：表示能够区分的最小电压变化VV V=DatarefiS2 8DATA 为 1 时的 Vi 表示最小电压变化误差 - 1LSB转换时间 - 100 微秒三、电路调试调试方法：调整变送器电路在正常工作状态，连接变送器输出至模/数转换电路输入。运行测试程序，转变调试台温度设置值，检查单片机采集到的数据是否正确，假设不正确依据故障诊断预案进展诊断分析，并且排解故障。转变设置温度，运行 A/D 测试程序，检查模/数转换结果。在调试台上通过+10 按键不断转变温度数值。模/数转换电路15调试程序如图： #include “C8051F020.h“ #include “absacc.h“#inc
30、lude “data_define.c“ #defineC2XBYTE0x2023 #defineTIMER0x8000 #include “Init_Device.c“void delay(void); void main(void)unsigned char x; Init_Device;while(1) C2=x; delay; x=C2; delay; void delay(void)unsigned char i; for(i=0;iTIMER;+i);在调试台上通过旋转调温按钮不断转变温度数值六、电路显示与键盘掌握电路一、电路工作原理1.电路的选择单片机与 LED 显示器有两种接口
31、方法。动态显示电路方案：电路简洁，本钱低，掌握程序简单，适用于显示位数较多的场合。可使用智能芯片 8279 完成。以下为动态显示原理图16电子工程设计其次阶段设计报告17静态显示电路方案：使用的元件多，本钱相对较高。每位独立掌握，程序设计比较简洁，适用于显示位数较少的场合。使用 74LS273，承受此方案。键盘接口方法矩阵键盘电路方案：按键较多时，本钱低，掌握程序较直读电路简单，适用于显示位数较多的场合。承受此方案。原理图如下：17电子工程设计其次阶段设计报告18最终我们的电路方案如下图：18(二).电路调试电子工程设计其次阶段设计报告19键盘/显示电路（1） 显示电路模块调试依据图进展电源板
32、焊接完毕，而后再次认真查线一遍然后再开头测试。测试时，将电源板，单片机，显示电路正确连接。按正确加电挨次供电，假设一切正常可以开头进一步的测试。运行显示模块测试程序，假设电路工作正常，在 4个数码管上应有数字 0-9 滚动显示。否则，说明电路存在故障。显示电路的编程流程如图：19电子工程设计其次阶段设计报告20试程序如图：#include “C8051F020.h“#include “absacc.h“#include “data_define.c“#include “Init_Device.c“#defineADCXBYTE0x0000#defineDP1XBYTE0x0001#define
33、DP2XBYTE0x0002#defineTIMER0x8000unsignedchartable=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90;void delay(void);void display(unsigned char x,unsigned char y);void main(void)unsigned char x=0,y=0,z=0,num=0;DP1=DP2=0xff;Init_Device;while(1)ADC=x;delay;x=ADC;x=(x*100)/256;y=x%10;num=2;display(num,
34、y);z=x/10;num=1;display(num,z);void display(unsigned char x,unsigned char y)if (x=1) DP1=tabley;elseDP2=tabley;void delay(void)unsigned int i;for(i=0;iTIMER;+i);键盘掌握模块调试：运行键盘掌握电路的测试程序，假设电路工作正常，在键盘上每按 1 个键，都会通过 2 位数码显示管，显示相应的行编码和列编码。否则，说明电20路存在故障。电子工程设计其次阶段设计报告21汇编程序流调试程序如图： #include “C8051F020.h“ #i
35、nclude “absacc.h“ #include “data_define.c“#defineDP1XBYTE0x7000 #defineDP2XBYTE0x7100 #defineDP3XBYTE0x7200 #defineDP4XBYTE0x7300 #defineTIMER 0x8000 #include “Init_Device.c“unsigned char table=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90; void display(unsigned char x,unsigned char y)DP3=tablex
36、; DP4=tabley;void main(void)unsigned char l_val,r_val,r_state,temp,conter,x,c; int key;DP1=DP2=DP3=DP4=0xff;Init_Device; while(1)21key=0x0004;电子工程设计其次阶段设计报告22for(x=1;x5;x+,key+)c=XBYTEkey; if(r_state=c&0x1f)for(conter=1,temp=0x01;conter6;+conter,temp=temp1) if(r_state&temp)!=0)r_val=conter; l_val=x; display(l_val,r_val);七、温度测量1. 内容与原理2. 试验程序如下：#include “C8051F020.h“22电子工程设计其次阶段设计报告23#include “absacc.h“ #include “data_define.c“#defineC0XBYTE0x0000#defineC1XBYTE0x2023#defineC2XBYTE0x4000#defineDP1XBYTE0x0000#defineDP2XBYTE0x0001#defineDP3XBYTE0x0002#defineDP4XBYTE0x0003#defineTIMER