北京工业大学电子工程设计二阶实验报告.docx
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北京工业大学电子工程设计二阶实验报告
电子工程设计报告
题目:
温度测量系统/闭环温度控制系
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:
高新
完成日期:
2013、12、12
一、摘要
在上学期我们完成了温度控制系统的第一阶段,在这一阶段,我们完成了焊接包括电源板、驱动器与变送器在内的一些工作。
也为我们这次的第二阶段做好了准备。
通过上学期的准备,我们对焊接电路已经基本上熟练掌握了,对一些电路的原理与设计也都达到了必要的要求,正就是基于此我们目前已经完成了第二阶段的所有内容。
下面就主要介绍一下我们第二阶段的工作。
二、设计任务与要求
设计小型温度测量与控制系统---典型电子系统
驱动器
数/模转换器
后向通道
1、电路设计
⑴核心单元—单片机应用电路
⑵模拟量接口—A/D、D/A电路
⑶人机交互单元—显示、键盘控制电路
2、程序设计
⑴控制模/数转换进行温度数据采集
⑵控制数/模转换改变控温元件工作状态,进行温度控制。
⑶控制键盘与显示器,进行控制温度设定与测量温度显示。
⑷将温度数据转换为显示温度数值的算法程序。
（5）控制温度精确、平稳变化的的算法程序。
3、系统联调
⑴电路系统联调,配合测试程序实现基本的测温、控温功能。
⑵程序联调,通过电路系统实现精确、平稳的温度控制
4、本学期关注的重点
⑴设计并实现了一个能够精确、稳定控制温度的系统。
⑵知道了一个典型的电子系统应该具备哪些主要功能
⑶知道了一个典型电子系统的设计实现过程与工作方法。
⑷知道如何设计测试方法、创造测试条件,对设计完成的电路模块或电路系统进行测试,使电路或系统的功能、指标充分展现。
⑸设计组装的电路系统出现故障,能够根据电路或系统的工作原理、自己掌握的专业知识以及积累的经验,快速确定故障范围与故障原因。
⑹掌握电路的设计方法,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:
0°C~+100°C。
2．温度测量误差:
不大于±2°C
3．单片机:
具有独立电路板结构。
片选信号:
4个,
地址信号:
4个,
数据总线:
AD0~AD7,
I/O口线:
P3口,P1口。
4．数/模（D/A）转换电路:
具有独立电路板结构。
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．模/数（A/D）转换电路:
独立电路板结构
输入信号范围:
0V~+5V
分辨率:
8bit
精度:
1LSB
转换时间:
<1ms
6．显示与键盘控制电路:
4位7段数码显示,
前3位含小数点独立电路板安装结构
0~9数字输入键及若干功能设置按键控制
（三）单片机
（一）、电路工作原理及主要元件的功能
1,芯片的介绍与参数
MCS-51系列单片机性能优异,因此单片机芯片采用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条控制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部分叙述这40条引脚的功能。
1）主电源引脚VCC与VSS:
VCC——（40脚）接+5V电压;
VSS——（20脚）接地。
2）外接晶体引脚XTAL1与XTAL2:
XTAL1（19脚）接外部晶体的一个引脚。
在单片机内部,它就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。
当采用外部振荡器时,对HMOS单片机,此引脚应接地;对CMOS单片机,此引脚作为驱动端。
XTAL2（18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。
采用外部振荡器时,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）控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN与EA/VPP:
RST/VPD（9脚）当振荡器运行时,在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。
ALE/PROG（30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出现正脉冲信号,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。
PSEN（29脚）:
此脚的输出就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信号将不出现。
EA/VPP（31脚）:
当EA端保持高电平时,访问内部程序存储器,但在PC（程序计数器）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保持低电平时,则只访问外部程序存储器,不管就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）:
就是双向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,能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。
P1口（1脚至8脚）:
就是准双向8位I/O口。
由于这种接口输出没有高阻状态,输入也不能锁存,故不就是真正的双向I/O口。
P1口能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。
对8052、8032,P1、0引脚的第二功能为T2定时/计数器的
P2口（21脚至28脚）:
就是准双向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）:
就是准双向8位I/O口,在MCS-51中,这8个引脚还用于专门功能,就是复用双功能口。
2、电路方案的比较、选择与确定
全部地址参与译码,产生的控制信号对应唯一地址。
部分地址参与译码,产生的控制信号对应某一地址区域,而不就是唯一地址。
部分地址参与译码,产生的控制信号对应某一地址区域,而不就是唯一地址。
三种电路方案
（1）部分地址译码、带有总线驱动电路,产生的控制信号对应某一地址区域。
图示部分地址译码、带有总线驱动电路
（2）部分地址译码、无总线驱动电路
图示部分地址译码,无总线驱动电路
（3）直接选通、不要低8位地址与驱动电路
因为这个方案的片选信号与地址之间并不就是线性关系,所以使用
该方案需要熟练掌握片选信号与地址之间的关系计算。
（4）电路方案的确定
通过比较,我们最后选定相对容易实现的部分地址译码,无总线驱动的方案,
因为这样可以简化电路。
电路图如下:
单片机的安装结构图如下图所示:
单片机电路
（二）、电路的调试
1.按照电路图将电路板焊接完毕,过程中需要严格检查焊接线路就是否正确,避免出现错误。
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（注意缺口标志要对应）再把仿真器连好。
3.断开译码电路负载,运行测试程序,检查各输出引脚就是否有输出,各个
输出之间相对位置关系就是否正确;以下就是单片机测试的程序:
#include"C8051F020、h"
#include"absacc、h“
#include"data_define、c"
#defineCS0XBYTE[0x0000]
#defineCS1XBYTE[0x2000]
#defineCS2XBYTE[0x4000]
#defineCS3XBYTE[0x6000]
#defineCS4XBYTE[0x8000]
#defineCS5XBYTE[0xA000]
#include"Init_Device、c"
voidmain（void）
{
Init_Device（）;
while
（1）
{CS0=0;CS1=0;CS2=0;CS3=0;CS4=0;CS5=0;}
}
正确输出波形如图所示:
用示波器观察C1~C4引脚,应有图示的波形输出。
如果没有输出或者彼此关系错乱,都表明电路中存在故障。
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芯片介绍
数模转换器就是整个控制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与Vref。
根据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,按其内部电路结构一般可分为两类:
一类集成芯片内部只集成了转换网络与模拟电子开关;另一类则集成了组成D/A转换器的所有电路。
本实验选用DA0832,各引脚名称及作用如下:
D7～D0:
具有三态特性数字信号输出。
GND:
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:
读信号输入,低电平输出端有效。
VREF:
参考电平输入,决定量化单位。
2、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,考虑输出电压的分辨率与精度。
（2）、数模转换有多种方法可以实现,在满足要求的情况下,应力求降低成本。
可以采用频率/电压变换的方法,也可以采用D/A变换器或其它方法,如采用D/A变换器,建议使用DAC0832。
（00－FF）数字对应于（－10V～＋10V）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/数字量与参考电压的相乘输出。
我们组选择的电路如图:
本实验要求模数转换电路的输出电压为－10V～＋10V电压。
因此,在DA的外围电路上,我们连接了一个放大器。
放大器的作用就是将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0～5V变为－10V～10V。
安装结构图
（二）、电路主要参数计算
D/A转换器用于将数字量转换成模拟量,她的输入粮食数字量D,输出量为模拟量VO,要求输出的模拟量与输入的数字量成正比,即:
其中VR为基准电压。
其中,,,…,就是输入的数字量代码;n就是输入数字量的位数。
将D带入得到:
。
该式说明,将输入的每一位数字量转换为与其相应的模拟量,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,检查各节点信号就是否正确。
1.焊接完毕,而后再次认真查线一遍然后再开始测试。
2.测试时,将电源板,单片机,数模电路正确连接。
按正确加电顺序供电,如果一切正常可以开始进一步的测试。
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00—FF顺序递增并不断循环。
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"
#defineC3XBYTE[0x4000]
#defineTIMER0x8000
#include"Init_Device、c"
voiddelay（void）;
voidmain（void）
{
unsignedcharx;
Init_Device（）;
while
（1）
{++x;C3=x;dela
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