模擬電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式

1、廣西大學(xué)行健文理學(xué)院模擬電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目： 溫度控制器的設(shè)計(jì) 學(xué) 部： 電氣信息學(xué)部 班 級(jí)： 2011級(jí)通信工程1班 姓 名： 陳斌 學(xué) 號(hào)： 1138190128 指導(dǎo)教師： 唐琳 撰寫日期： 2013年12月 目 錄第一章 課程設(shè)計(jì)要求及電路說明11.1課程設(shè)計(jì)要求與技術(shù)指標(biāo)11.2課程設(shè)計(jì)電路說明2第二章 課程設(shè)計(jì)及結(jié)果分析42.1課程設(shè)計(jì)思想42.2課程設(shè)計(jì)問題及解決辦法122.3調(diào)試結(jié)果分析12第三章 課程設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)及體會(huì)13 3.1 課程設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)133.2 課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)13參考文獻(xiàn)15附 錄16第一章 課程設(shè)計(jì)要求及電路說明1.1 課程設(shè)計(jì)要求與技術(shù)指標(biāo)溫度控制器的

2、設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求與技術(shù)指標(biāo)：1、設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制器電路；（2）根據(jù)性能指標(biāo)，計(jì)算元件參數(shù)，選好元件，設(shè)計(jì)電路并畫出電路圖；（3）撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。2、技術(shù)指標(biāo)溫度測(cè)量范圍099，精度誤差為0.1；LED數(shù)碼管直讀顯示；溫度報(bào)警指示燈。1.2課程設(shè)計(jì)電路說明1.2.1系統(tǒng)單元電路組成溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示，控制器采用單片機(jī)AT89S51，溫度傳感器采用DS18B20，用3位LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。主 控 制 器LED顯 示溫 度 傳 感 器單片機(jī)復(fù)位時(shí)鐘振蕩報(bào)警電路1.2.2設(shè)計(jì)電路說明主控制器：CPU是整個(gè)控制部分的核心,由STC89C52芯片連同附加電路

3、構(gòu)成的單片機(jī)最小系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)處理及控制模塊.顯示電路：顯示電路采用4個(gè)共陽LED數(shù)碼管，用于顯示溫度計(jì)的數(shù)值。報(bào)警電路：報(bào)警電路由蜂鳴器和三極管組成，當(dāng)測(cè)量溫度超過設(shè)計(jì)的溫度時(shí)，該電路就會(huì)發(fā)出報(bào)警。溫度傳感器：主要由DS18B20芯片組成，用于溫度的采集。時(shí)鐘振蕩：時(shí)鐘振蕩電路由晶振和電容組成，為STC89C52芯片提供穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率。第二章 課程設(shè)計(jì)及結(jié)果分析2.1課程設(shè)計(jì)2.1.1設(shè)計(jì)方案論證與比較顯示電路方案方案一：采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示使用一個(gè)七段LED數(shù)碼管，采用動(dòng)態(tài)顯示的方法來顯示各項(xiàng)指標(biāo)，此方法價(jià)格成本低，而且自己也比較熟悉，實(shí)驗(yàn)室也常備有此元件。方案二：采用LCD液晶顯示采用160

4、2 LCD液晶顯示，此方案顯示內(nèi)容相對(duì)豐富，且布線較為簡(jiǎn)單。綜合上述原因，采用方案一，使用數(shù)碼管作為顯示電路。測(cè)溫電路方案方案一：采用模擬溫度傳感器測(cè)溫由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。方案二：采用數(shù)字溫度傳感器經(jīng)過查詢相關(guān)的資料，發(fā)現(xiàn)在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多數(shù)都是使用傳感器，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。綜

5、合考慮，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故采用了方案二。設(shè)計(jì)總體方案根據(jù)上述方案比較，結(jié)合題目要可以將系統(tǒng)分為主控模塊，顯示模塊，溫度采集模塊和報(bào)警模塊，其框圖如下：主控制器STC89C52DS18B20驅(qū)動(dòng)顯示電路報(bào)警電路2.1.3數(shù)字溫度計(jì)的硬件電路設(shè)計(jì)控制電路CPU是整個(gè)控制部分的核心。在考慮經(jīng)濟(jì)性和滿足需求的前提下，本系統(tǒng)選用宏晶公司生產(chǎn)的8位STC89C52單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心。STC89C52是宏晶公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用宏晶公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)

6、，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳，它集Flash存儲(chǔ)器既可在線編輯（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編輯及通用8位微處理器于單片芯片中，功能強(qiáng)大STC89C52單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合。本次設(shè)計(jì)中，由STC89C52芯片連同附加電路構(gòu)成的單片機(jī)最小系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)處理及控制模塊，其中，使用P0口作為數(shù)碼管顯示電路數(shù)據(jù)傳輸口，P2.4、P2.5、P2.6分別作為數(shù)碼管的位選接口，P2.0作報(bào)警控制接口，P2.2作DS18B20的總線接口。其電路連接圖如下：溫度傳感器設(shè)計(jì)引腳功能說明：VDD ：可選電源腳，電源電壓范圍35.5V。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。DQ ：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳。漏

7、極開路，常態(tài)下高電平。GND ：為電源地（1）存貯器 DS18B20的存貯器由一個(gè)高速暫存（便箋式）RAM和一個(gè)非易失性、電可擦除EEPROM組成，后者存貯高溫度和低溫度觸發(fā)器TH和TL。暫存存貯器有助于在單線通信時(shí)確保數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)首先寫入暫存存貯器，在那里它可以被讀回。當(dāng)數(shù)據(jù)被校驗(yàn)之后，復(fù)制暫存存貯器的命令把數(shù)據(jù)傳送到非易失性EEPROM。這一過程確保了更改存貯器時(shí)數(shù)據(jù)的完整性。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為9字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如3.6圖所示。前2字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息。第3和第4字節(jié)是TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)刷新。第5字節(jié)為配置寄存器，其內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，

8、DS18B20工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。其中，低5位一直為1；TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式，在DS18B20出廠時(shí)，該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)；R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即用來設(shè)置分辨率。R1 R0 分辨率/位 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms0 0 9 93.750 1 10 187.51 0 11 3751 1 12 750DS18B20分辨率配置寄存器位定義高速暫存的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)是前面所有8字節(jié)的CRC碼，可用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。高速暫存RAM結(jié)構(gòu)圖當(dāng)DS18B20接

9、受到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)張的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在暫存RAM的第1、2字節(jié)中。單片機(jī)可以通過單線接口讀出數(shù)據(jù)。讀數(shù)據(jù)是，低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625/LSB形式表示。溫度值格式如圖所示：低字節(jié) 高字節(jié) 溫度數(shù)據(jù)值格式圖中，S表示符號(hào)位。當(dāng)S=0時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。（2）DS18B20的測(cè)溫原理 如圖3.8所示，圖中低溫度系數(shù)振蕩器的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1；高溫度系數(shù)振蕩器隨溫度變化其振

10、蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。DS18B20測(cè)溫原理圖 圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將-55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器和溫度寄存器被預(yù)置在-55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值將重新被裝入，并重新開始對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。如此循環(huán)，知道減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)

11、，停止溫度計(jì)數(shù)器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程的非線形性，直到溫度寄存器達(dá)到被測(cè)溫度值。顯示電路顯示電路由一個(gè)數(shù)碼管、排阻組成。2.1.4軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計(jì)算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見圖所示。Y發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC校驗(yàn)9字節(jié)完？CRC校驗(yàn)正？確？移入溫度暫存器結(jié)束NNY 初

12、始化調(diào)用顯示子程序1S到？初次上電讀出溫度值溫度計(jì)算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令NYNY主程序流程圖 圖3-13 讀溫度流程圖讀溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。計(jì)算溫度子程序計(jì)算溫度子程序?qū)AM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，Proteus 進(jìn)行仿真程序編寫完以后，我們先對(duì)其進(jìn)行仿真，初步驗(yàn)證電路圖和程序的可行性和正確性。P

13、rotel99 SE軟件Protel99 SE 5共分5個(gè)模塊，分別是原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)（包含信號(hào)完整性分析）、自動(dòng)布線器、原理圖混合信號(hào)仿真、PLD設(shè)計(jì)。2.2 課程設(shè)計(jì)問題及解決方法2.3結(jié)果分析第三章 課程設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)及體會(huì)3.1課程設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)（1）使用的器件較少。（2）通過軟件可以方便的設(shè)定溫度范圍。（3）采用DS18B20芯片收集溫度，大大簡(jiǎn)化了電路的復(fù)雜程度。（4）采用STC89C52芯片，課程設(shè)計(jì)的擴(kuò)展性能比較好。3.2心得體會(huì)本次的課程設(shè)計(jì)，分別進(jìn)行了BS18D20電路原理圖的設(shè)計(jì)，電路仿真圖的設(shè)計(jì)以及實(shí)物電路板的焊制三個(gè)過程。經(jīng)過這次的課程設(shè)計(jì)，我們不僅加深了對(duì)Prot

14、el99 SE軟件的應(yīng)用和Proteus仿真軟件的了解和使用，還學(xué)到了許多課本上沒有涉及知識(shí)，練習(xí)了電路原理圖的設(shè)計(jì)和仿真運(yùn)行，同時(shí)對(duì)這一學(xué)期學(xué)習(xí)的單片機(jī)課程進(jìn)行了一次全面的復(fù)習(xí)和鞏固，收益很大。我們知道，課程設(shè)計(jì)一般強(qiáng)調(diào)能力培養(yǎng)為主，在獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)的同時(shí)，還要注意其他幾方面能力的培養(yǎng)與提高，如獨(dú)立工作能力與創(chuàng)造力；綜合運(yùn)用專業(yè)及基礎(chǔ)知識(shí)的能力，解決實(shí)際工程技術(shù)問題的能力；查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊(cè)和各種工具書的能力；書寫技術(shù)報(bào)告和編制技術(shù)資料的能力。在專業(yè)知識(shí)與研究方法方面為日后的畢業(yè)設(shè)計(jì)乃至畢業(yè)后的工作奠定良好的基礎(chǔ)第一周是對(duì)BS18D20電路原理圖設(shè)計(jì)，剛開始感覺有一定的難度，主要是對(duì)軟

15、件及功能的不了解。但在老師和同學(xué)的幫助下還是順利的完成了。整個(gè)課設(shè)的過程就是一個(gè)學(xué)習(xí)的過程。因?yàn)樵谡n設(shè)的過程中，我們必須熟悉電路原理及器件的使用特點(diǎn)，這些都是對(duì)課本知識(shí)復(fù)習(xí)和鞏固。所以 我覺得課設(shè)是一個(gè)很重要的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，值得我們應(yīng)該很認(rèn)真的去對(duì)待！由于本次課程設(shè)計(jì)是由分組進(jìn)行完成的，所以通過這次的課設(shè)我更加了解到合作的重要性。兩周的設(shè)計(jì)中，我們組成員都參加了設(shè)計(jì)的各個(gè)方面的討論和動(dòng)手實(shí)踐，大家更具自己的實(shí)際情況做了不同的分工，合理的利用了時(shí)間，感覺得到了很好的經(jīng)驗(yàn)。這次課設(shè)讓我對(duì)單片機(jī)有了進(jìn)一步的了解，而且對(duì)Proteus仿真軟件有了一定了解。體會(huì)到了Proteus仿真軟件和Protel99

16、SE軟件的強(qiáng)大。最主要的是我們能夠自己通過單片機(jī)焊接事物，這是我們?cè)谡n堂上是學(xué)不到的。極大地增強(qiáng)了我們的動(dòng)手實(shí)踐能力。通過本次課設(shè)，能夠使我們熟練掌握單片機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)、程序編寫和整體焊接及系統(tǒng)調(diào)試，從而全面地提高我們對(duì)單片機(jī)的軟件、硬件等方面的理解，進(jìn)而增強(qiáng)我們?cè)趯?shí)踐環(huán)節(jié)的動(dòng)手操作能力。譬如，我們可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求，完成BS18D20電路的硬件設(shè)計(jì)、電路器件的選擇、單片機(jī)軟件的運(yùn)行、以及整體系統(tǒng)調(diào)試，并寫出完善的設(shè)計(jì)報(bào)告。在進(jìn)行課設(shè)之前，要求我們具備數(shù)字電路、模擬電路、電路基礎(chǔ)、微機(jī)原理、電力電子、電機(jī)學(xué)和單片機(jī)等相關(guān)課程的知識(shí)，并具備一些基本的實(shí)踐操作水平，為以后的就業(yè)打好一定的基

17、礎(chǔ)?？偟膩碚f，這次的課程設(shè)計(jì)自己還是很滿意的，感覺收獲了不少東西，相信此次學(xué)到的知識(shí)在以后的生活和學(xué)習(xí)中對(duì)我會(huì)有很大的幫助！參考文獻(xiàn)：1 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19942 倪曉軍.單片機(jī)原理與接口技術(shù)教程.北京：清華大學(xué)出版社，20093 姚年春 向華Protel99SE基礎(chǔ)教程. 北京.人民名郵電出版社，20094 周靈彬;張靖武.PROTEUS的單片機(jī)教學(xué)與應(yīng)用仿真J.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用;2008年01期附錄實(shí)驗(yàn)原理圖實(shí)驗(yàn)PCB圖成品圖程序附錄#include <reg51.h> #define uint unsigned int#define

18、 uchar unsigned char /宏定義sbit dula=P27;sbit p35=P24;sbit p36=P25;sbit dp=P07;sbit p37=P26;sbit DQ=P22; /定義DS18B20總線I/Osbit LING=P20; /定義響鈴signed char m; /溫度值全局變量signed char shangxian=99; /上限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為99signed char xiaxian=0; /下限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為0uchar code LEDData=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80

19、,0x90,0xff,0xbf;/*延時(shí)子程序*/void Delay(uint i) while( i- );/*初始化DS18B20*/void Init_DS18B20(void) unsigned char x=0; DQ=1;/ 給脈沖信號(hào) Delay(8); /稍做延時(shí) DQ=0; /單片機(jī)將DS18B20總線拉低 Delay(80); /精確延時(shí)，大于480us DQ=1; /拉高總線 Delay(14); x=DQ; /稍做延時(shí)后，如果x=0則初始化成功，x=1則初始化失敗 Delay(20);/*讀一個(gè)字節(jié)*/unsigned char ReadOneChar(void) u

20、nsigned char i=0; unsigned char dat=0; for (i=8;i>0;i-) DQ=0; / 給脈沖信號(hào) dat>>=1;/右移1位并賦值 DQ=1; / 給脈沖信號(hào) if(DQ) dat|=0x80;/與0x80位或運(yùn)算 Delay(4); return(dat);/*寫一個(gè)字節(jié)*/void WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned char i=0; for (i=8; i>0; i-) DQ=0; DQ=dat&0x01; Delay(5); DQ=1; dat>>=1;

21、 void Tmpchange(void) /發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令 Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); /跳過讀序號(hào)列號(hào)的操作 WriteOneChar(0x44); /啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換/*讀取溫度*/unsigned int ReadTemperature(void) unsigned char a=0; unsigned char b=0; unsigned int t=0; float tt=0; Tmpchange(); Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); /跳過讀序號(hào)列號(hào)的操作 WriteOneChar(0xBE); /讀取溫度寄存器 a=ReadOneChar(); /讀低8位 b=ReadOneChar