北工大電子工程設(shè)計報告小型溫度控制系統(tǒng)

電子工程設(shè)計報告題目：溫度測量系統(tǒng)/閉環(huán)溫度控制系IIIIII統(tǒng)設(shè)計專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)小組：第8小組姓名學(xué)號：王丹陽覃業(yè)泰11023226李賚龍11023228指導(dǎo)教師：完成日期：2013.12.15中文摘要本電子工程設(shè)計的任務(wù)是完成一套小型的溫度測量與控制系統(tǒng)。這個系統(tǒng)需要完成非電量到電量信號轉(zhuǎn)換、信號處理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、人機交互、數(shù)據(jù)通信、控制等設(shè)計工作，幾乎覆蓋一般電子系統(tǒng)的所有設(shè)計環(huán)節(jié)。其中包含有三個階段。本報告為第二階段內(nèi)容，在第一階段電源模塊、變送器模塊，驅(qū)動器模塊的基礎(chǔ)上，又包含：單片機模塊的設(shè)計與實現(xiàn)；數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計與實現(xiàn)；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計與實現(xiàn)；鍵盤顯示模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。在上述七個模塊的基礎(chǔ)上，通過軟件設(shè)計完成環(huán)境溫度的顯示與閉環(huán)溫度控制兩大功能。并通過鍵盤很方便的進行兩大功能的自由切換和目標(biāo)控制溫度的設(shè)定。本報告針對以上模塊分別詳細(xì)給出了設(shè)計要求、方案設(shè)計、電路設(shè)計、原理分析、電路調(diào)試、電路故障等方面的內(nèi)容，以完整反映實驗過程。關(guān)鍵詞【關(guān)鍵詞】單片機；溫度；閉環(huán)控制目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"中文摘要1關(guān)鍵詞1\o"CurrentDocument"1課題背景4\o"CurrentDocument"1.1課題背景4\o"CurrentDocument"1.2設(shè)計概述4\o"CurrentDocument"2簡單電路的模塊化設(shè)計與實現(xiàn)52.1單片機應(yīng)用電路設(shè)計與實現(xiàn)52.1.1基本要求5\o"CurrentDocument"2.1.2設(shè)計方案52.1.3單片機系統(tǒng)的調(diào)試72.1.4調(diào)試中遇到的問題92.2模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計與實現(xiàn)92.2.1實驗要求9\o"CurrentDocument"2.2.2設(shè)計方案92.2.3電路主要參數(shù)計算102.2.4模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模塊的調(diào)試122.3顯示與鍵盤控制電路設(shè)計與實現(xiàn)132.3.1基本要求：13\o"CurrentDocument"2.3.2設(shè)計方案：132.3.3顯示模塊模塊的調(diào)試142.3.4鍵盤模塊的調(diào)試162.4數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計與實現(xiàn)172.4.1基本要求：17\o"CurrentDocument"2.4.2設(shè)計方案172.4.3數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的調(diào)試19\o"CurrentDocument"3整體電路的調(diào)試與功能實現(xiàn)21\o"CurrentDocument"3.1環(huán)境溫度顯示功能的實現(xiàn)21\o"CurrentDocument"3.2閉環(huán)溫度控制功能的實現(xiàn)22\o"CurrentDocument"附錄23\o"CurrentDocument"附錄一、環(huán)境溫度顯示源程序23\o"CurrentDocument"附錄二、溫度閉環(huán)控制源程序24\o"CurrentDocument"附錄三、參考文獻281課題背景1.1課題背景在化工、石油、冶金等生產(chǎn)過程的物理過程和化學(xué)反應(yīng)中，溫度往往是一個很重要的量，需要準(zhǔn)確地加以控制。因此以溫度作為被控制量的反饋控制系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用于其他領(lǐng)域，是用途很廣的一類工業(yè)控制系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)常用來保持溫度恒定或者使溫度按照某種規(guī)定的程序變化。目前，溫度控制系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛的閉環(huán)控制系統(tǒng)，不但走進了工廠，而且走進了千家萬戶，為老百姓服務(wù)。本課程通過對閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，逐步掌握系統(tǒng)的設(shè)計方法與設(shè)計流程，掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試，并鍛煉在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。1.2設(shè)計概述本報告所涉及的小型溫度控制系統(tǒng)為教學(xué)實驗系統(tǒng)，所以只提出功能、指標(biāo)和采用元件的設(shè)計要求。溫度控制范圍：0°C?100°C測溫元件：半導(dǎo)體溫度傳感器AD592溫度控制執(zhí)行元件：半導(dǎo)體制冷片核心控制部件：C8051F系列單片機小型溫度控制系統(tǒng)基本組成如圖所示：圖1.1系統(tǒng)整體功能框圖需要說明的是本報告是在第一階段一一簡單電路的模塊化實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過更加復(fù)雜電路的設(shè)計與實現(xiàn)，并配合相關(guān)軟件設(shè)計，共同完成溫度控制任務(wù)。一般來說一個比較復(fù)雜的電路系統(tǒng)，可以按照電路實現(xiàn)的功能或電路的類型分為若干個模塊。其中有些模塊與其它模塊之間的界面清晰，入口參數(shù)和出口參數(shù)明確，能夠獨立工作，這類電路模塊可以稱之為獨立電路模塊。為了簡化系統(tǒng)電路的設(shè)計工作，并且使系統(tǒng)便于組裝、調(diào)試，這類電路模塊可以單獨進行設(shè)計、實現(xiàn)和調(diào)試、檢測。本階段的設(shè)計任務(wù)仍然采取模塊化的方法，分模塊進行設(shè)計與焊接、調(diào)試。這樣可以有效降低模塊設(shè)計的難度，分模塊調(diào)試，也是調(diào)試更加方便，降低了系統(tǒng)失敗的風(fēng)險。本階段上上階段已完成電源模塊、變送器模塊和驅(qū)動器模塊的設(shè)計與實現(xiàn)的基礎(chǔ)上。繼續(xù)完成單片機模塊、AD模塊、DA模塊、鍵盤顯示模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。并在各模塊的基礎(chǔ)上完成軟件設(shè)計，實現(xiàn)環(huán)境溫度的采集與顯示，環(huán)境溫度的閉環(huán)控制兩大功能，成功完成了預(yù)期目標(biāo)。2簡單電路的模塊化設(shè)計與實現(xiàn)2.1單片機應(yīng)用電路設(shè)計與實現(xiàn)2.1.1基本要求片選信號：6個地址信號：4個數(shù)據(jù)總線：AD0-AD7控制信號：WR，RD安裝：獨立電路板結(jié)構(gòu)2.1.2設(shè)計方案采用以MCS-51(C8051F023)為核心的單片機做為控制芯片。MCS-51系列單片機有眾多性能優(yōu)異的兼容產(chǎn)品、成熟的開發(fā)環(huán)境、世界上最大的單片機客戶群、高性價比、暢通的供貨渠道，是初學(xué)者的首選機型。本電路直接采用成品單片機最小系統(tǒng)版，最小系統(tǒng)版內(nèi)置晶振與復(fù)位電路，可以簡化設(shè)計，方便焊接，也增加了設(shè)計與實現(xiàn)的成功率。是單片機模塊更加可日靠。

R18.2K+~30~9—VCC00EA/VP-PALE/PPSENRESET8051C1R18.2K+~30~9—VCC00EA/VP-PALE/PPSENRESET8051C1C222pX1P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P23P24P25P26圖2.1典型的51單片機的最小系統(tǒng)電路圖X2本次設(shè)計采取總線結(jié)構(gòu)，把單片機的P1口作為數(shù)據(jù)總線接口，P1、P2口聯(lián)合使用作為地址總線接口。通過總線結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以有效減輕軟件設(shè)計難度，也是單片機控制的多個功能部件更加協(xié)調(diào)一致的工作。功能寺展框圖D0-D7EAPSE%P0qP2RSTX0XIRDINTOINTI時鐘電路+5V；GND——NC——復(fù)位電路分離電路譯碼電路功能寺展框圖D0-D7EAPSE%P0qP2RSTX0XIRDINTOINTI時鐘電路+5V；GND——NC——復(fù)位電路分離電路譯碼電路"1/顯示電路數(shù)換路模轉(zhuǎn)電SSC4口模擬量?

輸入模擬量輸出盤制路鍵控電如圖2.2所示，控制系統(tǒng)在數(shù)據(jù)/地址傳輸上采用數(shù)據(jù)/地址分離設(shè)計；在控制上采用部分譯碼電路。數(shù)據(jù)/地址分離電路設(shè)計：單片機模塊P3口為數(shù)據(jù)/地址復(fù)用端口，為了得到低8位地址，采用74LS373鎖存器構(gòu)成典型的數(shù)據(jù)/地址分離電路。地址譯碼電路設(shè)計：采用74LS138構(gòu)成部分譯碼電路。具體電路圖如下：

圖2.3圖2.3單片機系統(tǒng)設(shè)計電路圖為便于各模塊協(xié)調(diào)一致的工作，電路設(shè)計統(tǒng)一接口模式，方便調(diào)試與查錯，單片機模塊安裝接口如圖2.4所示。ADCAD2AD5AIMAD5AD6ADCAD2AD5AIMAD5AD6AD7KDKT&CSOCS1ALLCS2.WCS3AlC54A2CS5A3單片機電路-5VDGXDDGKD+12V+12V-12V-12V2.1.3單片機系統(tǒng)的調(diào)試調(diào)試平臺：電子工程設(shè)計訓(xùn)練調(diào)試臺調(diào)試內(nèi)容：地址譯碼電路輸出檢測適用電路：部分地址譯碼電路測試設(shè)備：JTAG適配器單片機應(yīng)用系統(tǒng)板150MHz數(shù)字雙蹤示波器調(diào)試方法：1、檢查電路連線無誤后，將電路板安裝在測試臺上2、斷開譯碼電路負(fù)載，運行測試程序，檢查各輸出引腳是否有輸出，各個輸出之間相對位置關(guān)系是否正確；3、用示波器觀察CS0-CS5引腳，應(yīng)有圖示的波形輸出。如果沒有輸出或者彼此關(guān)系錯亂，都表明電路中存在故障。調(diào)試程序：#include"C8051F020.h"#include"absacc.h"#include"data_define.c”#defineC1XBYTE[0x0000]#defineC2XBYTE[0x2000]#defineC3XBYTE[0x4000]#defineC4XBYTE[0x6000]#include"Init_Device.cvoidmain(void){Init_Device();while(1){C1=0;C2=0;C3=0;C4=0;}}2.1.4調(diào)試中遇到的問題剛開始調(diào)試的時候，我們用示波器觀察CS0?CS5的波形，但是并沒有得到正確的波形。后經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)老師提供的測試程序的譯碼地址與我們的硬件電路并不匹配，查電路設(shè)計圖后，修改程序譯碼地址，最終得到正確波形。完成了單片機模塊的設(shè)計與調(diào)試。表2.1常見故障及原因故障現(xiàn)象故障原因輸出全部沒有變化74LS373未接電源輸出全部沒有變化74LS373漏接+5V輸出全部沒有變化74LS373漏接地線輸出全部沒有變化未接ALE或ALE無效輸出關(guān)系混亂AD0?AD3接錯對應(yīng)引腳無輸出AD0?AD3漏接2.2模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計與實現(xiàn)2.2.1實驗要求輸入信號范圍：0V?+5V分辨率：8bit精度：1LSB轉(zhuǎn)換時間：＜1ms安裝：獨立電路板結(jié)構(gòu)2.2.2設(shè)計方案本次設(shè)計AD轉(zhuǎn)換電路采用芯片ADC0804，芯片主要參數(shù)如下：工作電壓：+5V，即VCC=+5V。模擬輸入電壓范圍：0?+5V，即0WVinW+5V。分辨率：8位，即分辨率為1/2=1/256，轉(zhuǎn)換值介于0?255之間。轉(zhuǎn)換時間：100us(fCK=640KHz時)。轉(zhuǎn)換誤差：±1LSB。參考電壓：2.5V，艮口Vref=2.5V。模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是將模擬電信號轉(zhuǎn)變成計算機能識別的數(shù)字信號。在模數(shù)轉(zhuǎn)換中，應(yīng)根據(jù)測量精度要求，考慮轉(zhuǎn)換電路的精度和分辨率，并力求降低成本。模

數(shù)轉(zhuǎn)換有多種方法可以實現(xiàn)，如采用電壓/頻率變換器，以頻率或脈寬來計算溫度，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信號的衰減可能引起的測試誤差，并盡量降低這一誤差。板間連接應(yīng)注意保護。根據(jù)課設(shè)要求，溫度0?100的變化是用電壓0?5V表示的，轉(zhuǎn)成數(shù)字表示，即0?FFH。AD電路模塊電路圖如圖2.6所示圖2.6鹵MEMY圖2.6鹵MEMY或十)3gD5]Vio；-)DEI-EEDBJE-S4DKCLX-KINTRCSKDg01234567DDDDDDDDAD模塊工作的時序圖如圖2.7所示。TOC\o"1-5"\h\zWR\_INTR/'\/RD\__/\o"CurrentDocument"DATA~~<〉CD|圖2.72.2.3電路主要參數(shù)計算(1)轉(zhuǎn)換精度：A/D轉(zhuǎn)換器也采用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述轉(zhuǎn)換精度。分辨率是指引起輸出數(shù)字量變動一個二進制碼最低有效位(LSB)時，輸入模擬量的最小變化量。他反映了A/D轉(zhuǎn)換器對輸入模擬量微小變化的分辨能力。在最大輸入電壓一定時，位數(shù)越多，量化單位越小，分辨率越高。轉(zhuǎn)換誤差通常用輸出誤差的最大值形式給出，常用最低有效位的倍數(shù)表示，反映A/D轉(zhuǎn)換器實際輸出數(shù)字量和理論輸出數(shù)字量之間的差異。轉(zhuǎn)換時間：轉(zhuǎn)換時間是指轉(zhuǎn)換控制信號(吃)到來，到A/D轉(zhuǎn)換器輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字量所需要的時間。轉(zhuǎn)換時間與A/D轉(zhuǎn)換器類型有關(guān)，業(yè)行比較型一般在幾十個納秒，逐次比較型在幾十個微秒，雙積分型在幾十個毫秒數(shù)量級。實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)位數(shù)、輸入信號極性與范圍、精度要求和采樣頻率等幾個方面綜合考慮A/D轉(zhuǎn)換器的選用。8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,V.qV￡=DataxJDATA為1時的Vi表示最小電壓變化誤差---±1LSB轉(zhuǎn)換時間---100微秒為便于各模塊協(xié)調(diào)一致的工作，電路設(shè)計統(tǒng)一接口模式，方便調(diào)試與查錯，模數(shù)裝換模塊安裝接口如圖2.8所示。圖2.8模數(shù)轉(zhuǎn)換電路安裝結(jié)構(gòu)圖2.2.4模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模塊的調(diào)試改變設(shè)置溫度，運行A/D測試程序，檢查模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。一般為0?5伏特之間改變，相應(yīng)數(shù)為0?255.調(diào)試源程序為：#include"C8051F020.h"#include"absacc.h"#include"data_define.c”#defineCS1XBYTE[0x2000]#defineTIMER0x8000#include"Init_Device.c”voiddelay(void);voidmain(void){unsignedcharx;Init_Device();while(1){CS1=x;delay();x=CS1;delay();}}voiddelay(void){unsignedinti;for(i=0;i<TIMER;++i);}一般故障檢測方法為：查數(shù)據(jù)線是否漏接，若A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)值不隨設(shè)置溫度正比變化檢查數(shù)據(jù)線是否錯接；查Vin(-)是否接GND；查Vin(+)是否有變化，如無變化，逆向檢查直至變送器輸出。若電源連接正常，查CLK-IN引腳是否有鋸齒波信號輸出，若沒有輸出檢查相關(guān)元件連接是否正確，若頻率過高(正常約為640KHz)檢查元件參數(shù)是否有誤。如果元件連接及元件參數(shù)無誤仍無信號輸出，則ADC0804損壞。若CLK-IN引腳有正常的鋸齒波信號輸出，可修改測試程序，將延時子程序

或延時函數(shù)去掉，加快程序循環(huán)的時間，檢查轉(zhuǎn)換控制信號、和數(shù)據(jù)讀取控制信號WR/RD是否正常。若上述控制信號正常，則可能是ADC0804損壞。2.3顯示與鍵盤控制電路設(shè)計與實現(xiàn)2.3.1基本要求：1、4位7段數(shù)碼顯示，前3位含小數(shù)點2、0?9數(shù)字輸入鍵及若干功能設(shè)置按鍵控制3、獨立電路板安裝結(jié)構(gòu)2.3.2設(shè)計方案：單片機與LED顯示器有兩種接口方法。動態(tài)顯示電路方案：電路簡單，成本低，控制程序復(fù)雜，適用于顯示位數(shù)較多的場合?？墒褂弥悄苄酒?279完成。本階段我們用74LS273設(shè)計顯示數(shù)據(jù)輸出電路，然后用74LS244設(shè)計鍵盤狀態(tài)讀入電路，最后設(shè)計出總的實驗電路圖，顯示模塊的電路原理圖如圖2.9所示。圖2.9顯示模塊電路原理圖矩陣鍵盤電路方案：按鍵較多時，成本低，控制程序較直讀電路復(fù)雜，適用于顯示位數(shù)較多的場合。鍵盤電路的電路圖如圖2.10所示。曰[￡弟昌任告女U3示。圖2.9顯示模塊電路原理圖矩陣鍵盤電路方案：按鍵較多時，成本低，控制程序較直讀電路復(fù)雜，適用于顯示位數(shù)較多的場合。鍵盤電路的電路圖如圖2.10所示。曰[￡弟昌任告女U3DCKD7圖2.10鍵盤模塊電路圖鍵盤模塊工作的時序圖如圖2.11所示。TOC\o"1-5"\h\zF2.0\/\時序圖DOD7C)(>時序圖WR\!R1-R4KRD'S1-S4￥1Y1-1Y4<>■圖2.11鍵盤模塊工作時序圖為便于各模塊協(xié)調(diào)一致的工作，電路設(shè)計統(tǒng)一接口模式，方便調(diào)試與查錯，鍵盤顯示模塊安裝接口如圖2.12所示。圖2.12鍵盤顯示模塊安裝結(jié)構(gòu)圖2.3.3顯示模塊模塊的調(diào)試

(1)顯示電路模塊調(diào)試源程序:#include"C8051F020.h"#include"absacc.h"#include"data_define.c”#defineDP1XBYTE[0x0000]#defineDP2XBYTE[0x0001]#defineDP3XBYTE[0x0002]#defineDP4XBYTE[0x0003]#defineTIMER0x8000#include"Init_Device.c”unsignedchartable[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};voiddelay(void);voiddisplay(unsignedcharx,y);voidmain(void){unsignedchari,num=0;Init_Device();DP1=DP2=DP3=DP4=0xff;while(1){for(num=0;num<10;++num){i++;if(i<=4)display(i,num);else{i=1;display(i,num);}delay();}}}(2)顯示模塊故障檢測方法：

運行顯示模塊測試程序，如果電路工作正常，在4個數(shù)碼管上應(yīng)有數(shù)字0-9滾動顯示。否則，說明電路存在故障，可以根據(jù)故障現(xiàn)象，按照下面的方法進行檢查。全黑:數(shù)碼管未接電源,74LS237未接電源或地,74LS237觸發(fā)控制信號（CK）不正常，數(shù)據(jù)線全部漏接全亮：74LS237的CLR引腳未接高電平，亂顯示且無規(guī)律、無變化：74LS237觸發(fā)控制信號（CK）不正常二次譯碼信號線上無信號：一次譯碼信號線漏接或信號線上無信號，二次譯碼電路74LS138的E2、E3連接錯誤，二次譯碼電路74LS138漏接電源或地線，地址信號（74LS138的A、B、C輸入）不正常，訪問地址錯誤2.3.4鍵盤模塊的調(diào)試運行鍵盤控制電路的測試程序，如果電路工作正常，在鍵盤上每按1個鍵，都會通過2位數(shù)碼顯示管，顯示相應(yīng)的行編碼和列編碼。否則，說明電路存在故障。調(diào)試源程序如下#include"C8051F020.h"#include"absacc.h"#include"datadefine.c"#defineDP1XBYTE[0x7000]#defineDP2XBYTE[0x7100]#defineDP3XBYTE[0x7200]#defineDP4XBYTE[0x7300]#defineTIMER#defineDP1XBYTE[0x7000]#defineDP2XBYTE[0x7100]#defineDP3XBYTE[0x7200]#defineDP4XBYTE[0x7300]#defineTIMER0x8000#include"InitDevice.c"unsignedchartable[]={0xC0，0xF9，0xA4，0xB0，0x99，0x92，0x82，0xF8，0x80，0x90};voiddisplay(unsignedcharx，unsignedchary)DP3=table[x];DP4=table[y];}voidmain(void){unsignedcharl_val,r_val,r_state,temp,cont,x,c;intkey;DP1=DP2=DP3=DP4=0xff;Init_Device();while(1){key=0x0004;for(x=1;x<5;x++,key++){c=XBYTE[key];if(r_state=~c&0x1f){for(cont=1,temp=0x01;cont<6;++cont,temp=temp<<1)if((r_state&temp)!=0){r_val=cont;l_val=x;display(l_val,r_val);}}}}}2.4數(shù)/模(。/司轉(zhuǎn)換電路設(shè)計與實現(xiàn)2.4.1基本要求：輸入范圍：00H~0FFH對應(yīng)輸出：-10V~+10V誤差：1%FSR響應(yīng)時間：<1ms電源供電：+5V，±12V安裝：獨立電路板結(jié)構(gòu)2.4.2設(shè)計方案D/A的作用是把輸入的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。有電流開關(guān)型、脈寬調(diào)制型等。在這里，我們采用DAC0832構(gòu)成D/A電路。DAC0832是8位乘算型電流輸出的典型產(chǎn)品，具有MCU兼容接口，使用方便，價格低，能滿足設(shè)計要求。數(shù)模轉(zhuǎn)換器是整個控制系統(tǒng)將計算機輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化成模擬信號的重要部件，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VrefoDAC0832工作原理及特性如圖2.13所示:圖2.13模數(shù)裝換工作原理也也皿直少蟲DadD0mD2D3D4D5D6D7Iout1=DDAC0832工作原理及特性如圖2.13所示:圖2.13模數(shù)裝換工作原理也也皿直少蟲DadD0mD2D3D4D5D6D7Iout1=D0x2-+D1x2+D2x2-+IVr…=—xDATA=—fxDATA2828XR+D7X—21=—Dox20+D1x21+D2x22+28+D7x27)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路如圖2.14所示:圖2.14數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊電路圖febDIDVerDllVrefDEILEDISR*DM05DbMDT7U1DAC0832原理分析:DAC0832的loutl和Iout2作為輸入信號輸入到LM358的輸入端。由電流-Vmt1=-%xDATA

電壓轉(zhuǎn)換電路可知：LM358的1號管腳輸出為：，此管腳作為輸入信號輸入到U2BLM358的反相輸入端。則U2BLM358輸出端輸出為：V=-Vbut1*R3/R1-5*R3/R2取電阻參數(shù)：R1=5K,R2=10K,R3=20K。因為Vout1的取值為（-5V—0V），R3/R1=4,故-Vout1*R3/R2的范圍為（0V—20V），又因為-5*R3/R2=-10V所以總輸出范圍：V={0—20V}-10V={-10V—10V}。為便于各模塊協(xié)調(diào)一致的工作，電路設(shè)計統(tǒng)一接口模式，方便調(diào)試與查錯，數(shù)模裝換模塊安裝接口如圖2.15所示。ADQAD]AD2AD3AMAD5AD&ADQAD]AD2AD3AMAD5AD&AD1RDINTOCSOCS1CS2CS3CS4CS5數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路+5V■+5VDGNDDGNDDAO1DAO1DAO2DAO2DAO3DAO3DAO4DAO4-12V-12VAGKDAGND-12V-12V2.4.3數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的調(diào)試調(diào)試平臺：電子工程設(shè)計訓(xùn)練調(diào)試臺調(diào)試內(nèi)容：地址譯碼電路輸出檢測適用電路：數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路板測試設(shè)備：JTAG適配器單片機應(yīng)用系統(tǒng)板數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路板150MHz數(shù)字雙蹤示波器

調(diào)試方法：1、檢查電路連線無誤后，將電路板安裝在測試臺上2、斷開電路負(fù)載，運行測試程序，檢查各節(jié)點信號是否正確。如果有問題，按照故障診斷預(yù)案進行診斷分析，并且排除故障。3、用示波器觀察LM3587號管腳。正確的輸出波形如圖2.16所示圖2.16數(shù)模轉(zhuǎn)換測試波形圖調(diào)試程序：#include"C8051F020.h"#include"absacc.h"#include"data_define.c”#defineCS2XBYTE[0x4000]#defineTIMER0x8000#include"Init_Device.c”voiddelay(void);voidmain(void){unsignedcharx;Init_Device();while(1){++x;CS2=x;/*delay();*/}}voiddelay(void){inti;for(i=0;i<TIMER;++i);}故障檢查：根據(jù)第二級運放輸出信號波形判斷故障原因部分節(jié)點無信號或全部節(jié)點無信號的故障原因：第二級運放無信號輸出：連線有誤或運放損壞二級運放皆無信號輸出：連線有誤或未接電源或運放損壞或D/A電路故障斷開第一級運放輸出與Rfb的連線，測量lout1引腳有鋸齒波輸出為運放損壞，否則為D/A電路故障調(diào)試中遇到的問題：調(diào)試時由于接線問題，沒能獲得正確波形。糾正接線問題后，發(fā)現(xiàn)輸出波形正確但是幅值不對。經(jīng)細(xì)心觀察，實際輸出波形為正確波形幅值的0.1倍，初步判斷為示波器的衰減探頭打到了X10位置。檢查示波器探頭，果不其然。糾正錯誤后波形輸出終于正常。3整體電路的調(diào)試與功能實現(xiàn)在分模塊電路設(shè)計完成之后，就要進行整系統(tǒng)聯(lián)合的功能調(diào)試，整體調(diào)試主要實現(xiàn)兩個功能。分別是環(huán)境溫度顯示功能和閉環(huán)溫度控制功能。通過整體功能的調(diào)試與實現(xiàn)，進一步深化對系統(tǒng)設(shè)計的理解，增強系統(tǒng)調(diào)試能力與發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。3.1環(huán)境溫度顯示功能的實現(xiàn)調(diào)試過程：連接電路并運行程序。觀察測溫系統(tǒng)數(shù)字顯示，應(yīng)跟隨調(diào)試臺設(shè)置溫度變化并與調(diào)試臺設(shè)置溫度接近。若測量溫度與設(shè)置溫度相差過大的調(diào)試，則需調(diào)整變送器。調(diào)試臺設(shè)置低端溫度，變送器進行零點校準(zhǔn)，調(diào)試臺設(shè)置高端溫度，變送器進行滿度校準(zhǔn)。調(diào)試源程序見附錄一，調(diào)試結(jié)果如圖3.1所示。圖3.1溫度顯示功能實現(xiàn)圖3.2閉環(huán)溫度控制功能的實現(xiàn)調(diào)試過程：連接電路并運行程序。通過鍵盤切換到環(huán)境溫度顯示功能。觀察測溫系統(tǒng)數(shù)字顯示，應(yīng)跟隨調(diào)試臺設(shè)置溫度變化并與調(diào)試臺設(shè)置溫度接近。若測量溫度與設(shè)置溫度相差過大的調(diào)試，則需調(diào)整變送器。調(diào)試臺設(shè)置低端溫度，變送器進行零點校準(zhǔn)，調(diào)試臺設(shè)置高端溫度，變送器進行滿度校準(zhǔn)。通過鍵盤切換到閉環(huán)溫度控制功能。通過鍵盤設(shè)定目標(biāo)控制溫度，觀察實際溫度時候能變化到目標(biāo)控制溫度?？梢酝ㄟ^改變程序來調(diào)節(jié)控制精度。調(diào)試源程序見附錄二，調(diào)試結(jié)果如圖3.2所示。圖3.2閉環(huán)控制功能實現(xiàn)圖4收獲和體會第二階段我們一共完成了測溫系統(tǒng)中的單片機，A/D轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換，顯示鍵盤電路一共四塊電路板。雖然有了第一階段的一些經(jīng)驗積累，沒有那么手忙腳亂，但是這四塊板子的難度相比第一階段來說是更加的高。第二階段我們主要面臨的問題有以下幾點。第一點就是電路板需要焊接的線數(shù)量非常大，非常密集。這就意味著排線的難度大幅增加，同時在焊接過程中很容易出現(xiàn)失誤。在單片機這塊的焊接中，我們就出現(xiàn)了把芯管腳搞反，結(jié)果在插針焊接的時候錯了很多，要更改起來特別困難。另外在布線的結(jié)構(gòu)上我們也存在很大的問題，這就讓焊接的線變得很多很亂，在測試電路的時候出現(xiàn)問題，查線排除故障進行的非常緩慢。另外在顯示鍵盤電路這塊板子上，一開始四個數(shù)碼管只有兩個亮，我們以為是數(shù)碼管的問題，但更換之后問題依然存在。于是再進行電路檢查，查了三四遍線路都認(rèn)為沒有問題這讓我們覺得非常奇怪，后來在和其他組同學(xué)的電路板對比之后發(fā)現(xiàn)少了兩根地線沒有接，還是我們焊接時候的粗心大意造成的。最讓我們組頭痛的就是測溫系統(tǒng)，將6塊板子組合在一起進行測試。在之前我們每塊板子單個都通過了測試，可是沒有想到進行測溫系統(tǒng)測試的時候竟然沒有成功。經(jīng)過推斷我們認(rèn)為問題肯定是出現(xiàn)在單片機上，但是不論是查線還是測試輸出波形都查不出問題所在。在我們非常著急頭痛走投無路的時候，老師給予了我們巨大的幫助。本學(xué)期電子工程設(shè)計課程圓滿結(jié)束，在這學(xué)期我們第一次嘗試去完成一個功能完善的電子系統(tǒng)。在這個過程中遇到了諸多的困難，但我們都頑強的克服了，我們的動手能力得到了鍛煉，讓我們明白紙上的電路轉(zhuǎn)換為實際的系統(tǒng)，需要付出百倍的努力和耐心才能實現(xiàn)。也讓我們更加敬仰在歷史長河中那些為人類做出貢獻的電子工程師。最后感謝高新老師的耐心教導(dǎo)和幫助。附錄附錄一、環(huán)境溫度顯示源程序#include"C8051F020.h"#defineC2XBYTE[0x4000]#include"absacc.h"#defineDP1XBYTE[0x0000]#include"data_define.c”#defineDP2XBYTE[0x0001]#defineC0XBYTE[0x0000]#defineDP3XBYTE[0x0002]#defineC1XBYTE[0x2000]#defineDP4XBYTE[0x0003]#defineTIMER0x8000#include"Init_Device.c”unsignedchartable[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};unsignedcharkeymatrix[5][4]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,'A','B','C','D','E','F'};voiddisplay(unsignedcharx,unsignedchary){if(x==1)DP1=table[y];elseif(x==2)DP2=table[y];elseif(x==3)DP3=table[y];elseDP4=table[y];}voiddelay(void){inti;for(i=0;i<TIMER;++i);}voidmain(void){unsignedcharnum1,num2;附錄二、溫度閉環(huán)控制源程序#include"C8051F020.h"#include"absacc.h"unsignedchardp[4];unsignedcharoutput,input;signedchardnum;DP1=DP2=DP3=DP4=0xff;Init_Device();aa:keyboard(dp);//Setanddisplaytheaimedtemperaturenum1=dp[3]*10+dp[4];do{C1=input;delay();input=C1;num2=(input*100)/256;display(1,num2/10);display(2,num2%10);//Displaycurrenttemperature}while(dnum!=0);gotoaa;}#include"data_define.c"#defineDP1TOC\o"1-5"\h\z#defineDP2XBYTE[0x0001]#defineDP3XBYTE[0x0002]#defineDP4XBYTE[0x0003]#defineC2XBYTE[0x2000]#defineCS2XBYTE[0x4000]#defineKEY_WRXBYTE[0x0005]#defineKEY_RDXBYTE[0x0004]#defineTIMER0x8000#include"Init_Device.c”Unsignedchartable[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};unsignedchartable_doc[]={0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10};unsignedcharconvert(unsignedchara);unsignedcharkey_scan(void);voiddelay(void);voidmain(void){Init_Device();DP1=DP2=DP3=DP4=0xFF;CS2=0x81;while(1){/*測溫程序段*/DP3=DP4=0xFF;r=0;e=0;C2=dr;delay();dr=C2;delay();dr=dr*100/255;hr=dr/10;lr=dr%10;if(hr>9){hr=9;if(lr<1)lr=9;}display(hr,lr);delay();delay();delay();/*測溫程序段*/unsignedcharnum1,num2;unsignedchardp[4];unsignedcharoutput,input;signedchardnum;DP1=DP2=DP3=DP4=0xff;Init_Device();aa:keyboard(dp);//Setanddisplaytheaimedtemperaturenum1=dp[3]*10+dp[4];

do{C1=input;delay();input=C1;num2=(input*100)/256;display(1,num2/10);display(2,num2%10);//Displaycurrenttemperaturednum=num1-num2;if(dnum>0){if(dnum>1)output=255;do{else