北京工業(yè)大學(xué)電子工程設(shè)計(jì)--二階試驗(yàn)報(bào)告

1、電子工程設(shè)計(jì)第二階段報(bào)告小組：10組高培元12024215小型溫度測(cè)量與限制系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)：通信工程成員：劉志斌 12024228指導(dǎo)教師：高新完成日期：2022.12.20摘要：第一階段我們已經(jīng)完成了電源板和變送器.本學(xué)期的第二階段要求是完成這 個(gè)系統(tǒng)中單片機(jī),A/D, D/A轉(zhuǎn)換電路和顯示與鍵盤(pán)限制電路局部.溫度限制系統(tǒng)總體概述(一)、總述電子工程設(shè)計(jì)練習(xí)是一門(mén)綜合理論知識(shí),實(shí)踐操作,電子電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、 實(shí)現(xiàn)、調(diào)試、故障排查等方面的綜合性練習(xí).第一階段只完成了電源以及變送器 局部.本階段工作量非常大,需要完成單片機(jī),數(shù)模,模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和顯示與鍵 盤(pán)限制電路局部,并且完成測(cè)溫系統(tǒng)的測(cè)試.(二)設(shè)

2、計(jì)任務(wù)與要求一、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)、制作并調(diào)試單片機(jī),數(shù)模,模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和顯示電路共四個(gè)模塊.二、設(shè)計(jì)要求1.單片機(jī)：具有獨(dú)立電路板結(jié)構(gòu).片選信號(hào)：6個(gè),地址信號(hào)：4個(gè),數(shù)據(jù)總線：AD0AD7 ,I/O 口線：P3 口,P1 口.2 .數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換電路：具有獨(dú)立電路板結(jié)構(gòu).輸入范圍：00H0FFH, 對(duì)應(yīng)輸出：-10V+10V, 電源供電：+5V, ±12V.3 .模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路：獨(dú)立電路板結(jié)構(gòu)輸入信號(hào)范圍：0 V+5V分辨率：8bit精度：1LSB轉(zhuǎn)換時(shí)間： 1ms4 .顯示與鍵盤(pán)限制電路：4位7段數(shù)碼顯示,前3位含小數(shù)點(diǎn)獨(dú)立電路板安裝結(jié)構(gòu)09數(shù)字輸入鍵及假設(shè)干功能設(shè)置

3、按鍵限制三單片機(jī)應(yīng)用電路一、電路設(shè)計(jì)方案1 .芯片介紹MCS-51系列單片機(jī)有眾多性能優(yōu)異的兼容產(chǎn)品、成熟的開(kāi)發(fā)環(huán)境、世界上最大的單片機(jī)客戶(hù)群、高性?xún)r(jià)比、暢通的供貨渠道,是初學(xué)者的首選機(jī)型. 8051 是MCS-51系列單片機(jī)早期產(chǎn)品之一,內(nèi)建一次性可編程只讀存儲(chǔ)器 PROM , 只需要很少的外圍元件即可組成最小系統(tǒng).所以我們選擇 8051作為我們的單片 機(jī)2 .安裝結(jié)構(gòu)ADOAD1AD2ATOAD4AD5AD6AD7NDURDiTOCSOCS1ALECS2CS3Al 1CS4A2CSSA3單片機(jī)電路45VF"DGM)DGM)J-12V+12VAGND.12V-I23 .電路方案確實(shí)

4、定通過(guò)比擬,我們最后選定相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的局部地址譯碼, 無(wú)總線驅(qū)動(dòng)的方案, 由于這樣可以簡(jiǎn)化電路.電路圖如下：、電路的調(diào)試$include (C8051F020.inc)LOOP:LCALL Init_DeviceMOVXA , DPTRMOVDPTR, #0000HMOVXA , DPTRMOV DPTR, #2000HMOVXA , DPTRMOVDPTR, #4000HMOVXA , DPTRMOVDPTR, #6000HMOVXA , DPTRSJMPLOOP$include (Init_Device.inc) END正確輸出波形如下圖：ClC4輸出波形圖C1C2C330000用示波器觀

5、察C1C4弓I腳,應(yīng)有圖示的波形輸出.如果沒(méi)有輸出或者彼此關(guān)系 錯(cuò)亂,都說(shuō)明電路中存在故障.3.原理及功能分析(1)電路工作原理C8051的P3 口為數(shù)據(jù)/地址復(fù)用端口,為了得到低 8位地址,需要數(shù)據(jù)/ 地址別離電路.C8051通過(guò)A13、A14、A15三口輸出信號(hào)給74LS138譯碼器, 經(jīng)過(guò)芯片譯碼后輸出6個(gè)片選信號(hào),當(dāng)輸出相應(yīng)地址時(shí)輸出相應(yīng)片選. 譯碼器的 E1、E2 口接低,E3 口接高,7、9兩口制空.C8051接收信號(hào)后需要數(shù)據(jù)/地址別離電路,而74LS373鎖存器便充當(dāng)了這一功能.373從8051的D0D7 口接收到信號(hào)后將信號(hào)別離,數(shù)據(jù)信號(hào)從鎖存 器的Q0Q3 輸出,地址信號(hào)從

6、鎖存器的 D0D7 口輸出.(四)數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換電路一、電路設(shè)計(jì)方案1、DAC8032K片介紹數(shù)模轉(zhuǎn)換器是整個(gè)限制系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)的重要部件,它的特性直接影響溫度轉(zhuǎn)換的精度. 其轉(zhuǎn)換的精度主要由數(shù)模轉(zhuǎn)換器的位數(shù)和Vref結(jié)合電子工程設(shè)計(jì)的實(shí)際要求,結(jié)合高性?xún)r(jià)比的原那么我們選擇了8位2、安裝結(jié)構(gòu)ADOAMADAD3AIMADSADOAD?RDINTOCSOCS1CS2CS3CSJcss數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路+5V+5VDG5DDGXDDAO1DAO1DAO2D.AO2DAO 3DAO 3DAO4DAO-IfUV-UVAGXDAGX1>-12 V-12 V3、電路的選擇

7、輸出方式：與數(shù)字量成比例的電流輸出/與數(shù)字量成比例的電壓輸出/數(shù)字量的DB 口國(guó)工RCS的R7Vail )Vsi(+)EVt&&2CLK-CLE-3in151FF：GNDTr?r fA GNDADUUtU4n 5.311 R15IL ,J d 5 6 B B B B & & D D D D D D；驅(qū)GKD和參考電壓的相乘輸出.電路主要參數(shù)計(jì)算小獨(dú)14氏叮13R1111R：D,輸出量為模擬量Vo,D/A轉(zhuǎn)換器用于將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量,他的輸入糧食數(shù)字量 要求輸出的模擬量與輸入的數(shù)字量成正比,即：Vo D Vr其中Vr為基準(zhǔn)電壓.n 1D dni2n 1 dn 2

8、2n 2 L d020di2ii 0n 1將 D 帶入 Vo D Vr得到：Vodi2iVR 0i 0三、電路調(diào)試運(yùn)行D/A測(cè)試程序數(shù)/模數(shù)據(jù)顯示窗口將有相應(yīng),數(shù)據(jù)顯示,數(shù)據(jù)為從00-FF 順序遞增并不斷循環(huán).另外輸出管腳會(huì)有鋸齒波.測(cè)試程序如下：$include (C8051F020.inc) LCALL Init_Device MOV DPTR,#4000HABC:MOVX DPTR,AINC A CALL DELAY JMP ABC DELAY: MOV R7,#01H JJJ:MOV R6,#20HDJNZ R6,$ DJNZ R7,JJJ RET$include (Init_Devi

9、ce.inc) END輸出波形如圖:(五)模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路一 .ADC0804芯片介紹芯片參數(shù)：工作電壓：+5V,即VCC=+5V模擬輸入電壓范圍：0+5V,即0< Vin < +5V分辨率：8位,即分辨率為 1/2=1/256 ,轉(zhuǎn)換值介于 0255之間轉(zhuǎn)換時(shí)間：100us (fCK=640KHz 時(shí)).轉(zhuǎn)換誤差：± 1LSB參考電壓：2.5V,即 Vref=2.5V .二.安裝結(jié)構(gòu)模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路ADOAn AD2AO3AOSJ<L>匚號(hào)c<二身1原理說(shuō)明：模數(shù)轉(zhuǎn)換器,是將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào).在模數(shù)轉(zhuǎn)換中,應(yīng)根據(jù)測(cè)量精度要求

10、,考慮轉(zhuǎn)換電路的精度和分辨率,并力求降 低本錢(qián).模數(shù)轉(zhuǎn)換有多種方法可以實(shí)現(xiàn),如采用電壓 /頻率變換器,以頻率或脈 寬來(lái)計(jì)算溫度,也可以采用A/D變換器或其它方法.如采用A/D變換器,應(yīng)考慮 轉(zhuǎn)換器輸入阻抗和變送器輸出阻抗對(duì)信號(hào)的衰減可能引起的測(cè)試誤差,并盡量降低這一誤差.板間連接應(yīng)注意保護(hù).根據(jù)課設(shè)要求,溫度0100 C的變化是用電壓05V表示的,轉(zhuǎn)成數(shù)字表示,即 0FFH3.電路的選擇Ltidl M2瓦珀匚8c 1 5 3 i s s b T- r r 1 .1 I b一 口 口口口 口Vref101 r-ijHDXa"n：ILE取£】GNL二、電路主要參數(shù)計(jì)算(1) 8

11、位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路主要技術(shù)指標(biāo)：分辨率-8位：表示能夠分辨的最小電壓變化V i V DataVrefDATA為1時(shí)的Vi表示最小電壓變化誤差-± 1LSB轉(zhuǎn)換時(shí)間-100微秒三、電路調(diào)試 調(diào)試程序如圖： $include (C8051F020.inc) LCALL Init_DeviceABC: MOVDPTR,#2000HMOVX DPTR,A CALL DELAY MOV DPTR,#2000H MOVX A,DPTR CALL DELAY JMP ABCDELAY: MOV R7,#02H JPP:MOV R6,#0HDJNZ R6,$ DJNZ R7,JPP RET$includ

12、e (Init Device.inc)END結(jié)果在示波器上顯示鋸齒波,波形在 -10V+10V上即可六顯示與鍵盤(pán)限制電路一、電路設(shè)計(jì)方案根本顯示限制方式有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種,我們選擇了靜態(tài)電路顯示限制方式與 矩陣鍵盤(pán)電路方案.靜態(tài)顯示電路方案：使用的元件多,本錢(qián)相對(duì)較高.但每位 獨(dú)立限制,程序設(shè)計(jì)比擬簡(jiǎn)單,適用于顯示位數(shù)較少的場(chǎng)合.矩陣鍵盤(pán)電路方案: 按鍵較多時(shí),本錢(qián)低,限制程序較直讀電路復(fù)雜,適用于顯示位數(shù)較多的場(chǎng)合.2 .安裝結(jié)構(gòu)ADD3DAADSCIADI3D 3AU4.3A&7RD較RINIQCSfiCS1ALIS1AOCS3AlCSSA3鍵盤(pán)/顯不電路心兇咐的RILIR：L：R3

13、UR4LIR5L?SW1SW1SW2SM2SLSLSRSRDGXDDGXDDGXDDGXD3 .電路的選擇靜態(tài)顯示電路方案：使用的元件多,本錢(qián)相對(duì)較高.每位獨(dú)立限制,程 序設(shè)計(jì)比擬簡(jiǎn)單,適用于顯示位數(shù)較少的場(chǎng)合.使用74LS273,采用此方案L靜態(tài)顯示限制電路鍵盤(pán)接口方法矩陣鍵盤(pán)電路方案：按鍵較多時(shí),本錢(qián)低,限制程序較直讀電路復(fù)雜,適用 于顯示位數(shù)較多的場(chǎng)合.采用此方案.原理圖如下：黑2 a筵y年 L L. L I ABH A.* AJ /:善 I 1 ! 上 <!| 士 3RDP2,0WR74LS244L 1二.電路調(diào)試(1)顯示電路模塊調(diào)試根據(jù)圖進(jìn)行電源板焊接完畢,而后再次認(rèn)真查線一

14、遍然后再開(kāi)始測(cè)試. 測(cè)試 時(shí),將電源板,單片機(jī),顯示電路正確連接.按正確加電順序供電,如果一切正 ?？梢蚤_(kāi)始進(jìn)一步的測(cè)試.運(yùn)行顯示模塊測(cè)試程序,如果電路工作正常,在4個(gè)數(shù)碼管上應(yīng)有數(shù)字0-9滾動(dòng)顯示.否那么,說(shuō)明電路存在故障.調(diào)試程序如圖：#include "C8051F020.h#include "absacc.h"#include "datadefine.c"#define#define#define#define#defineDPIDP2DP3DP4 TIMERXBYTE0x0000XBYTE0x0001XBYTE0x0002XBYTE0

15、x00030x8000#include "Init_Device.c"unsigned char table =0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99, 0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90;void delay(void);void display(unsigned char x,y);void main(void)unsigned char i,num=0;Init_Device();DP1=DP2= DP3=DP4=0xff;while(1)for(num=0;num<10;+num)i+;if(i<=4) display(i,num

16、);else i=1; display(i,num); delay();void display(unsigned char x,y) if (x=1) DP1=tabley;else if(x=2) DP2=tabley;else if(x=3) DP3=tabley;else DP4=tabley;void delay(void) unsigned int i;for(i=0;i<TIMER;+i);)(1)鍵盤(pán)限制模塊調(diào)試：1個(gè)說(shuō)明電運(yùn)行鍵盤(pán)限制電路的測(cè)試程序,如果電路工作正常,在鍵盤(pán)上每按 鍵,都會(huì)通過(guò)2位數(shù)碼顯示管,顯示相應(yīng)的行編碼和列編碼.否那么, 路存在故障.調(diào)試程序如圖：

17、#include "C8051F020.h#include "absacc.h"#include "datadefine.c"#define DP1XBYTE0x0000#define DP2XBYTE0x0001#define KEY_WRXBYTE0x0002#define KEY_RDXBYTE0x0003#define linescan1 0xfe#define linescan2 0xfd#define linescan3 0xfb#define linescan4 0xf7#define TIMER 0x8000#include &

18、quot;Init_Device.c"unsigned char table=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99, 0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90;void display(unsigned char x,y);void main(void)unsigned char l_val,r_val,r_state,temp,conter;DP1 = DP2 = 0xff;Init_Device();while(1)for( l_val = 1;l_val < 5;+l_val ) 一 一一switch( l_val ).case 1: KEY_WR =

19、 linescan1; break;case 2: KEY_WR = linescan2; break;case 3: KEY_WR = linescan3; break; case 4 : KEY_WR = linescan4;).if(r_state=KEY_RD&0x1f)for(r_val=1,temp=1; r_val<6;+r_val,temp=temp<<1) if(r_state&temp)!=0) display(l_val,r_val);)void display(unsigned char x,y)DP1=tablex;DP2=table

20、y;)七溫度測(cè)量1.內(nèi)容與原理1.溫度測(cè)控系統(tǒng)的根本組成限制執(zhí)行單元2.實(shí)驗(yàn)程序如下：#include "C8051F020.h"#include "absacc.h"#include "data_define.c"#include "Init_Device.c"#defineDP1XBYTE0x2000#defineDP2XBYTE0x2001#defineDP3XBYTE0x2022#defineDP4XBYTE0x2022#defineKEY_WRXBYTE0x2022#defineKEY_RDXBYTE0x

21、2022#defineADCXBYTE0x0000#defineDACXBYTE0x4000#definelinescan10xfe#definelinescan20xfd#definelinescan30xfb#definelinescan40xf7#defineTIMER0x8000unsigned char data table =0xC0,0xF9,0XA4,0XB0,0x99,0x92,0x82,0Xf8,0x80,0x90;unsigned char key44=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,'a','b','c','

22、;d','e','f'void delay(void);void main(void)unsigned char l_val,r_val,r_state,temp,conter;unsigned char b=0,key_test;unsigned char x=0,target,now;int y=0,z=0; /wenduint shiwei,gewei; /jianpanint diff1=128;DP1=DP2=DP3=DP4=0xff;Init_Device();while(1)ADC=x;delay();x=ADC;x=(x*100)/256

23、;y=x%10;DP4=tabley;z=(x/10);DP3=tablez;for(l_val=1;l_val<5;+l_val)switch(l_val)case 1: KEY_WR=linescan1; break;case 2: KEY_WR=linescan2; break;case 3: KEY_WR=linescan3; break;default: KEY_WR=linescan4;)if(r_state=KEY_RD&0x0f)for(conter=1,r_val=1,temp=1;conter<5;+conter,+r_val,temp=temp<

24、<1) if(r_state&temp)!=0)key_test=keyr_val-1l_val-1;switch(key_test)case 'd': b=0;break; 十位case 'a': b=1;break;/ 個(gè)位case 'b': b=2;break;開(kāi)始)if(b=0)if(r_val=1&&l_val=1)shiwei=0;DP1=table0;if(r_val=1&&l_val=2)shiwei=1;DP1=table1;if(r_val=1&&l_val=3)s

25、hiwei=2;DP1=table2;if(r_val=1&&l_val=4)shiwei=3;DP1=table3;if(r_val=2&&l_val=1)shiwei=4;DP1=table4;if(r_val=2&&l_val=2)shiwei=5;DP1=table5;if(r_val=2&&l_val=3)shiwei=6;DP1=table6;if(r_val=2&&l_val=4)shiwei=7;DP1=table7;if(r_val=3&&l_val=1)shiwei=8;DP1=

26、table8;if(r_val=3&&l_val=2)shiwei=9;DP1=table9;if(b=1)if(r_val=1&&l_val=1)gewei=0;DP2=table0;if(r_val=1&&l_val=2)gewei=1;DP2=table1; if(r_val=1&&l_val=3)gewei=2;DP2=table2;if(r_val=1&&l_val=4)gewei=3;DP2=table3; if(r_val=2&&l_val=1)gewei=4;DP2=table4;

27、if(r_val=2&&l_val=2)gewei=5;DP2=table5; if(r_val=2&&l_val=3)gewei=6;DP2=table6; if(r_val=2&&l_val=4)gewei=7;DP2=table7;if(r_val=3&&l_val=1)gewei=8;DP2=table8; if(r_val=3&&l_val=2)gewei=9;DP2=table9; target=shiwei*10+gewei;now=z*10+y;if(b=2) if(target>now) d

28、iff1=255;else if(target<now)diff1=0;elsediff1=128;DAC=diff1;delay();void delay(void)unsigned int i;for(i=0;i<TIMER;+i);3.調(diào)試過(guò)程：連接電路并運(yùn)行程序.觀察測(cè)溫系統(tǒng)數(shù)字顯示,應(yīng)跟隨調(diào)試 臺(tái)設(shè)置溫度變化并與調(diào)試臺(tái)設(shè)置溫度接近.假設(shè)測(cè)量溫度與設(shè)置溫度相差過(guò)大的調(diào) 試,那么需調(diào)整變送器.調(diào)試臺(tái)設(shè)置低端溫度,變送器進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn),調(diào)試臺(tái)設(shè)置 高端溫度,變送器進(jìn)行滿(mǎn)度校準(zhǔn).4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果:八心得體會(huì)第二階段我們一共完成了測(cè)溫系統(tǒng)中的單片機(jī),A/D轉(zhuǎn)換,顯示鍵盤(pán)電路,D/A 轉(zhuǎn)換一共四塊電路板.第二階段的難度相比第一階段來(lái)說(shuō)是更加的高,聽(tīng)老師說(shuō)一塊顯示鍵盤(pán)電路就比之間的所有板子都難.雖然有了第一階段的一些經(jīng)驗(yàn)積 累,但在焊接過(guò)程中依然出現(xiàn)了許多問(wèn)題, 而且第二階段需要自己設(shè)計(jì)程序, 這 更增加了難度.第二階段的電路板的難度主要在于焊接.一是需要的線數(shù)量大,二是焊點(diǎn)非 常密集.這樣不僅增加了焊接布線的難度,同時(shí)在焊接過(guò)程中很容易出現(xiàn)失誤. 在一開(kāi)始的單片機(jī)的焊接中還比擬順利, 由于焊點(diǎn)排列比擬整潔,所以布線很少 有交叉,焊接自然就比擬順利.