智能仪表课程设计指导书1.docx

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智能仪表课程设计指导书1

《电子系统》课程设计指导书

一、课程基本信息

1、课程代码：

2、课程名称：

电子系统课程设计

3、学时/学分：

4、先修课程：

微机原理应用、数字电路,自动控制,模拟电路,单片机,测控电路

5、面向对象：

自动化\电气及其它相关专业

6、开课院（系）、教研室：

电气工程及自动化

7、教材、教学参考书：

教材讲义：

<电子系统课程设计>

教学参考书：

二、本课程的性质和任务

本课程的任务是以微机原理应用、数字电路,自动控制,模拟电路,单片机,测控电路等来组织教学内容，介绍信息输入和转换，信号输出和驱动，数据处理，人机接口和监控程序，系统总线，可靠性技术和电子系统设计实例。

并对现阶段技术及今后发展趋向进行展望。

为学生从事电子系统整机设计打下扎实的基础。

学生通过课程设计学会电子系统设计方面的基本技能。

三、教学内容基本要求及学时分配

1．课程设计题目

题目见附录I，每8人一题。

2．设计内容

拿到题目后首先进行资料收集（可在图书馆网上电子资源的设计或期刊资料的查询）。

然后首先确定总体设计方案，确定设计的各项指标要求（也可以是定性的要求），主要机构、元器件选型，电路图绘制，必要是进行控制软件编译和软件仿真、系统动、静态特性和指标的计算，校正等工作。

写出详细的设计报告。

3．设计要求

（1）按题目要求的性能指标进行设计，电路各个组成部分可在设计报告中说明；

（2）使用计算机绘图软件绘图；

（3）图纸和仿真结果作为附录；

4．使用的软件

Protel绘图软件，Word排版软件等。

四、主要教学环节

（一）设计安排

1.课程设计时间为两周；

2.第1、2天讲授设计需要的硬件和软件、设计的要求、布置设计题目；

3.第3～8天学生进行设计；

4.第9、10天教师验收，然后学生撰写和打印设计报告。

（二）设计的考评

设计全部完成后，须经教师验收。

验收时学生要讲述自己设计电路的原理、仿真情况，。

教师根据学生设计全过程的表现和验收情况给出成绩。

五、课程设计报告的内容和要求

（一）课程设计报告的内容

按附录中给出的报告模板进行编写，用A4纸打印，左侧装订。

（二）课程设计报告编写的基本要求

（1）设计按学校要求的格式书写，所有的内容一律打印；

（2）报告内容包括设计过程、软件仿真的结果及分析、硬件仿真结果及分析；

（3）要有整体电路原理图、各模块原理图；

（4）软件仿真包括各个模块的仿真和整体电路的仿真，对仿真必须要有必要的说明；

（5）硬件仿真要给出各个输入信号的具体波形和输出信号的测试结果。

六．课程设计参考题目

1．数字式自动温度控制仪设计

设计任务：

利用学习过的《智能仪表原理与设计》课程的内容和其他相关课程的内容，根据设计要求设计一个比较完整的智能仪器系统。

设计内容：

以AT89系列单片机为核心，设计一个数字式自动温度控制仪。

设计要求：

1、测量温度范围：

室温~200℃；设置2个模拟输出通道：

一个通道控制加热设备（输出0~5VDC，控制0~220VAC），另一个通道控制电机转速（输出0~10V，控制转速0~2000rps）

温度℃

室温~100

100

100~150

150

150~180

180

时间

5分钟

10分钟

2分钟

10分钟

2分钟

10分钟

转速rps

1500

800

1500

800

1500

800

2、温度测量的精度为±1℃；

3、应用液晶显示器实时显示当前的温度值、系统时间和电机转速；

4、应用绘图软件画出完整电路图；

5、画出程序流程图，编写完整的应用程序；

2．手提数字显示电子秤设计

设计任务：

设计一个手提电子秤

设计内容和要求：

其电路构成主要有测量电路，差动放大电路，A/D转换，显示电路。

其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。

电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。

而差动放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的要求。

A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。

1、用电阻应变式传感器2、重范围为5kg3、电路由测量电桥，差动放大电路，A/D转换电路，显示电路组成4、要求工作原理，附系统图一张首先利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号，拟信号的方式传送到A/D转换器。

其次，由A/D转换电路把由差动放大器电路把传感器输出的微弱信号进行一定倍数的放大，然后送A/D转换电路中。

再由A/D转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送到显示电路，最后由显示电路显示数据。

3．数字频率计设计

设计任务：

设计一个数字式频率检测与显示装置

功能和要求：

1．输入为矩形脉冲，频率范围0~99MHz；

2．用五位数码管显示；只显示最后的结果，不要将计数过程显示出来；

4．基于单片机的电能计量、显示仪设计

设计任务：

设计一种单片机控制的交流电能记录、显示仪表。

设计内容和要求：

要求仪表具有高精度电能测量、计量、液晶显示、数据储存等功能。

要求完成系统的硬件电路和控制软件设计。

写出相应的设计说明书（设计报告）。

5．单片机控制的汽车数显智能仪表设计

设计任务：

设计一个新型单片机控制的汽车数字显示仪表

功能和要求：

采用新型单片机为主控制器，具有水温，油量，机油压力，发动机转速，车速，总里程等的检测与显示功能。

以及重要数据的掉电保护功能。

5.自选题（须经指导老师同意）

设计样例：

****课程设计报告

成员：

XXX

教师：

XXXXXX

日期：

一、目的

单片机课程设计是一项综合性的专业实践活动，目的是让学生将所学的基础理论和专业知识运用到具体的工程实践中，以培养学生综合运用知识能力、实际动手能力和工程实践能力，为此后的毕业设计打下良好的基础。

二、任务

本次单片机课程设计的任务是设计并制作一个空调控制器。

基本任务是利用AT89C51单片机、ADC0809模数转换器等芯片设计并制作一个具有制冷、制热、通风和自动运行的手控型空调控制器。

三、硬件部分的具体内容和要求

1．手控型空调控制器的功能：

1）空调控制器应具有制冷、制热、通风和自动运行四种工作模式。

a．制冷：

室内风机、压缩机及室外风机工作，而四通换向阀停止工作。

b．制热：

室内风机、压缩机、室外风机和四通换向阀均工作。

c．通风：

室内风机工作，而压缩机、室外风机和四通换向阀均不工作。

d．自动运行：

能根据当前室内温度和自动运行的设定温度，自动选择制冷、制热或通风工作模式。

e．每按一下工作模式选择键时，工作模式按图3所示的箭头方向依此变换：

图3工作模式选择

2）．能对温度进行设定和控制：

a．制冷时温度调节范围为：

20℃～32℃。

当室内温度高于设定温度1℃时,开始制冷；而当室内温度降到设定温度时，则转为通风状态。

b．制热时温度调节范围为：

14℃～30℃。

当室内温度低于设定温度1℃时,开始制热；而当室内温度升到设定温度时，则转为通风状态。

c．通风时温度设置栏显示“一一”，并且温度设置键无效。

d．自动运行温度调节范围为：

25℃、27℃、29℃。

若室内温度低于设定温度5℃时,自动按制热工作模式运行；若室内温度高于设定温度时，则按制冷模式运行；否则按通风模式运行。

e．温度设定键每按一下，则温度上升或下降1℃（在设定范围内）。

f．控温精度为±1℃

3）．室内风机具有高、中、低三档风速和自动风控制功能。

每按一下风速选择键时，风速模式按图4所示的箭头方向依此变换：

图4风速模式选择

其中自动风与工作模式及温度有关：

a．制冷时，当室内温度高于设定温度5℃时，为高速风；

当室内温度高于设定温度2℃～5℃时，为中速风；

当室内温度不高于设定温度2℃时，为低速风；

b．制热时，当室内温度低于设定温度5℃时，为高速风；

当室内温度低于设定温度2℃～5℃时，为中速风；

当室内温度不低于设定温度2℃时，为低速风；

c．通风时，当室内温度高于25℃时，为高速风；

当室内温度介于20℃～25℃时，为中速风；

当室内温度低于设定温度20℃时，为低速风；

4）．具有压缩机三分钟自动保护功能。

由于家用空调器所使用的压缩机大多为电容启动运行电动机，带载启动能力较差，因此无论在制冷运行还是在制热运行时，当压缩机停止工作后，必须在三分钟后才允许重新启动。

2．电路设计、制作的功能和要求：

1）用6只共阴极的八段数码管来分别显示工作模式、风速状态、设定温度和室内温度。

为了统一起见，对6只八段数码管的具体排列和工作状态的显示符号作如下规定：

室内温度

设定温度

风速状态：

低速档用“”表示

中速档用“”表示

高速档用“”表示

自动档用“”表示

工作模式：

制冷模式用“L”表示

制热模式用“H”表示

通风模式用“F”表示

自动模式用“”表示

2）用5只按钮来分别作为启动/关闭键、工作模式键、风速选择键、温度设定上升键和下降键。

（此外还有1只系统复位按钮，共6只）

3）上电后，自动显示自动工作模式、自动风速档、设定温度27℃和实际室内温度，这时用户可以对工作模式、风速档、设定温度进行设定，但只有在按下启动/关闭键后，空调器才正式开始运行；在空调器运行期间，若

对上述状态进行设定，则空调器马上开始执行。

若关机后（非断电）重新启动空调器，则空调器自动进入上次关机前的设定状态。

4）用6只LED发光二极管来分别表示室内风速的高、中、低三档，压缩机、室外风机和四通换向阀，所有发光二极管均要求用2003达林顿管或三极管放大驱动。

5）温度传感器采用AT502热敏电阻。

3.空调控制器硬件电路图

4.硬件设计思想

1）根据任务书可知，该系统需要人机界面（按键输入7段码LED显示），AD采样，以及单片机控制部分等模块，并且可以得到以下硬件系统框图

2）各部分硬件的设计

a.温度传感器选择

根据任务要求我们选择了AT502作为温度传感器，根据电阻分压（如下图左），实现由温度到电压值的转换，因为AT502的温度系数比较大，经计算当温度变化范围是0-99度时，IN0口的电压范围是0.64—3.6伏，所以就可以不用运放，直接送到AD采样的输入端进行AD采样。

b.AD芯片的选择

因为温度变化范围是0-99度，理论上AD位数只要7位（128级）就够了，所以系统采用了经典的ADC0809（8位AD）作为AD采样芯片。

温度的计算公式：

V=5*Rt/（R+R1+Rt）

c.按键输入：

因为按键数目不多，所以系统直接采用非编码方式，直接连接单片机I/O口。

d.显示部分：

系统采用74HC573和ULN2003作为驱动，P0和P2作为输出口，控制动态显示的LED显示器。

e.输出控制

任务要求用6只LED发光二极管来分别表示室内风速的高、中、低三档，压缩机、室外风机和四通换向阀，51单片机的低电平驱动能力较强，LED可以直接连接单片机的I/O口。

4、软件程序设计

1.工作模式和风扇模式设计思想：

由系统要求可以列出下表：

工作模式

温度范围

压缩机

室外风扇

四通换向阀

风扇速度

制冷（m1）

20~30

工作

不工作

室温高于设定温度5度

高速

室温高于设定温度2~5度

中速

室温高于设定温度<2度

低速

通风（m2）

14~32

不工作

室温>25度

高速

室温20~25度

中速

室温<20度

低速

制热（m3）

14~30

工作

室温低于设定温度>5

高速

室温低于设定温度2~5

中速

室温低于设定温度<2

低速

根据上表，我们列出一系列子程序，再根据当前状况选择相应的子程序。

例如在制冷模式时，我们的子程序是：

voidwork_csub（）//制冷子程序

{

if（compressor_delay==0&&compressor_on==1）

{compressor_on=0;

compressor_delay=compressor_delay_s;

}

else//灰色部分是实现压缩机保护功能的

if（compressor_delay!

=0&&compressor_on==1）

compressor_block=1;//3minprotect

ext_room_fan=0;//开室外风机

valve=1;//关换向阀

work_mode_fact=1;//设实际工作模式为1（制冷）

}

2.压缩机三分钟保护功能的实现

压缩机三分钟保护功能相对而言是程序中相对较难的的部分，在编程前提出过多种实现方案，最后确定了以下的设计方案：

设置一个全局变量compressor_delay，在定时子程序的1秒定时中，发现如果变量compressor_delay〉0就减一，而在压缩机需要工作时，先判断compressor_delay是否为“0”如果为0，则执行压缩机打开动作，否则compressor_block置1，主程序发现compressor_block置位了，并且三分钟时间已经到了，就执行压缩机打开子程序。