綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告

電子測(cè)溫計(jì)的制作姓名：×××學(xué)號(hào)：×××課程名稱(chēng)：電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作綜合實(shí)訓(xùn)提交日期：200×年××月××日概要本文介紹了以SPI總線(xiàn)器件TMP122為測(cè)溫核心，用單片機(jī)AT89S51構(gòu)造控制電路，運(yùn)用數(shù)碼管及其它外圍元件組成顯示單元，通過(guò)ISP方式進(jìn)行程序的編制和調(diào)試，設(shè)計(jì)、制作了一種電子測(cè)溫計(jì)。目錄前言..................................................5第一章DXP軟件介紹.................................61．1DXP的發(fā)展歷史..............................61．2DXP2023的特點(diǎn)..............................7第二章PCB制作....................................82．1PCB的發(fā)展簡(jiǎn)史..............................82．2PCB的應(yīng)用.................................92．3PCB的制造原理..............................92．4PCB的生產(chǎn)過(guò)程..............................10第三章AT89S51單片機(jī)介紹............................12第四章溫度傳感器....................................144．1模擬量溫度傳感器熱電偶的應(yīng)用原理.............144．2模擬量溫度傳感器熱電阻的應(yīng)用原理.............144．3數(shù)字輸出溫度傳感器TMP122....................15第五章數(shù)碼管簡(jiǎn)介...................................165．1數(shù)碼管的分類(lèi).................................165．2數(shù)碼管的工作原理.............................16第六章項(xiàng)目制作.....................................186．1方案論證與電路設(shè)計(jì)............................186．1．1供電系統(tǒng).................................186．1．2基于TMP122的測(cè)溫單元...................196．1．3控制單元電路.............................206．1．4顯示單元電路.............................216．2PCB設(shè)計(jì)...................................226．3程序調(diào)試...................................236．3．1主程序及顯示中斷程序流程圖..............236．3．2部分程序清單...........................246．4系統(tǒng)調(diào)試與分析................................25結(jié)論.................................................27致謝.................................................28參考文獻(xiàn).............................................29附錄1................................................30附錄2................................................31前言本實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目通過(guò)電子測(cè)溫計(jì)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)、選擇具有ISP下載方式的AT89S51、繪制電子測(cè)溫計(jì)電路原理圖、繪制電子測(cè)溫計(jì)印制電路板圖、制作電子測(cè)溫計(jì)印制電路板圖、安裝、焊接電子測(cè)溫計(jì)印制電路板、繪制流程圖、上機(jī)調(diào)試電子測(cè)溫計(jì)程序等環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)電子測(cè)溫儀，使之可以測(cè)量-10℃—125℃的溫度，并且用數(shù)碼管顯示出來(lái)。本報(bào)告正是以實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目為載體，對(duì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中用到的軟硬件重要技術(shù)、重要芯片特性進(jìn)行闡述。第一章DXP軟件介紹DXP的發(fā)展歷史隨著計(jì)算機(jī)業(yè)的發(fā)展，從80年代中期計(jì)算機(jī)應(yīng)用進(jìn)入各個(gè)領(lǐng)域。在這種背景下，87、88年由美國(guó)ACCELTechnologiesInc推出了第一個(gè)應(yīng)用于電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)軟件包——TANGO，這個(gè)軟件包開(kāi)創(chuàng)了電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）的先河。隨著電子業(yè)的飛速發(fā)展，TANGO顯示出其不適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需要的弱點(diǎn)，ProtelTechnology公司以其強(qiáng)大的研發(fā)能力推出了ProtelForDos作為T(mén)ANGO的升級(jí)版本，從此Protel[1]這個(gè)名字在業(yè)內(nèi)日益響亮。八十年代末，Protel相繼推出了ProtelForWindows1.0、ProtelForWindows1.5等版本。這些版本的可視化功能給用戶(hù)設(shè)計(jì)電子線(xiàn)路帶來(lái)了很大的方便，設(shè)計(jì)者再也不用記一些繁瑣的命令。九十年代中，Win95開(kāi)始出現(xiàn)，Protel也緊跟潮流，推出了基于Win95的3.X版本。98年，Prote公司推出了給人全新感覺(jué)的Proel98。Protel98以其杰出的自動(dòng)布線(xiàn)能力獲得了業(yè)內(nèi)人士的一直好評(píng)。99年，Protel公司又推出了最新一代的電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)系統(tǒng)——Protel99。在Protel99中加入了許多全新的特色。Altium公司作為EDA領(lǐng)域里的一個(gè)領(lǐng)先公司，在本來(lái)Protel99SE的基礎(chǔ)上，應(yīng)用最先進(jìn)的軟件設(shè)計(jì)方法，率先推出了一款基于Windows2023和WindowsXP操作系統(tǒng)的EDA設(shè)計(jì)軟件ProtelDXP。ProtelDXP是第一個(gè)將所有設(shè)計(jì)工具集于一身的板級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，電子設(shè)計(jì)者從最初的項(xiàng)目模塊規(guī)劃到最終形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)都可以按照自己的設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)。1．2DXP2023的特點(diǎn)ProtelDXP2023[2]是Altium公司于2023年推出的最新版本的電路設(shè)計(jì)軟件，該軟件能實(shí)現(xiàn)從概念設(shè)計(jì)，頂層設(shè)計(jì)直到輸出生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及這之間的所有分析驗(yàn)證和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的管理。ProtelDXP2023已不是單純的PCB（印制電路板）設(shè)計(jì)工具，而是由多個(gè)模塊組成的系統(tǒng)工具，分別是SCH（原理圖）設(shè)計(jì)、SCH（原理圖）仿真、PCB（印制電路板）設(shè)計(jì)、AutoRouter（自動(dòng)布線(xiàn)器）和FPGA設(shè)計(jì)等，覆蓋了以PCB為核心的整個(gè)物理設(shè)計(jì)。該軟件將項(xiàng)目管理方式、原理圖和PCB圖的雙向同步技術(shù)、多通道設(shè)計(jì)、拓樸自動(dòng)布線(xiàn)以及電路仿真等技術(shù)結(jié)合在一起，為電路設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。PCB制作2.1PCB的發(fā)展簡(jiǎn)史印制電路基本概念在本世紀(jì)初已有人在專(zhuān)利中提出過(guò)，1947年美國(guó)航空局和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局發(fā)起了印制電路初次技術(shù)討論會(huì),當(dāng)時(shí)列出了26種不同的印制電路制造方法。并歸納為六類(lèi):涂料法、噴涂法、化學(xué)沉積法、真空蒸發(fā)法、模壓法和粉壓法.當(dāng)時(shí)這些方法都未能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),直到五十年代初期，由于銅箔和層壓板的粘合問(wèn)題得到解決,覆銅層壓板性能穩(wěn)定可靠,并實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，銅箔蝕刻法，成為印制板制造技術(shù)的主流，一直發(fā)展至今。六十年代，孔金屬化雙面印制和多層印制板實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn),七十年代收于大規(guī)模集成電路和電子計(jì)算機(jī)和迅速發(fā)展,八十年代表面安裝技術(shù)和九十年代多芯片組裝技術(shù)的迅速發(fā)展推動(dòng)了印制板生產(chǎn)技術(shù)的繼續(xù)進(jìn)步,一批新材料、新設(shè)備、新測(cè)試儀器相繼涌現(xiàn).印制電路生產(chǎn)動(dòng)手術(shù)進(jìn)一步向高密度,細(xì)導(dǎo)線(xiàn),多層,高可靠性、低成本和自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)的方向發(fā)展.我國(guó)從五十年代中期開(kāi)始了單面印制板的研制，一方面應(yīng)用于半導(dǎo)體收音機(jī)中。六十年代中自力更生地開(kāi)發(fā)了我國(guó)的覆箔板基材,使銅箔蝕刻法成為我國(guó)PCB生產(chǎn)的主導(dǎo)工藝，六十年代已能大批量地生產(chǎn)單面板,小批量生產(chǎn)雙面金屬化孔印制,并在少數(shù)幾個(gè)單位開(kāi)始研制多層板。七十年代在國(guó)內(nèi)推廣了圖形電鍍蝕刻法工藝,但由于受到各種干擾,印制電路專(zhuān)用材料和專(zhuān)用設(shè)備沒(méi)有及時(shí)跟上,整個(gè)生產(chǎn)技術(shù)水平落后于國(guó)外先進(jìn)水平。到了八十年代,由于改革開(kāi)放政策,不僅引進(jìn)了大量具有國(guó)外八十年代先進(jìn)水平的單面、雙面、多層印制板生產(chǎn)線(xiàn),并且通過(guò)十?dāng)?shù)年消化、吸取,較快地提高了我國(guó)印制電路生產(chǎn)技術(shù)水平.1990年以來(lái)香港、臺(tái)灣地區(qū)及日本等外國(guó)PCB廠(chǎng)商紛紛來(lái)到我國(guó)合資或獨(dú)資設(shè)廠(chǎng)，使我國(guó)PCB生產(chǎn)產(chǎn)量猛增，發(fā)展不久。2.2PCB的應(yīng)用PCB(PrintedCircuteBoard)印制線(xiàn)路板的簡(jiǎn)稱(chēng)，通常把在絕緣材上，按預(yù)定設(shè)計(jì)，制成印制線(xiàn)路、印制元件或兩者組合而成的導(dǎo)電圖形稱(chēng)為印制電路。而在絕緣基材上提供元器件之間電氣連接的導(dǎo)電圖形，稱(chēng)為印制線(xiàn)路。這樣就把印制電路或印制線(xiàn)路的成品板稱(chēng)為印制線(xiàn)路板，亦稱(chēng)為印制板或印制電路板。標(biāo)準(zhǔn)的PCB上頭沒(méi)有零件，也常被稱(chēng)為“印刷線(xiàn)路板PrintedWiringBoard（PWB）”。2.3PCB的制造原理?yè)闲糟y漿印制線(xiàn)路板使用絲網(wǎng)漏印方法得到圖形。剛性板所用的基材是由紙基（常用于單面）或玻璃布基（常用于雙面及多層），預(yù)浸酚醛或環(huán)氧樹(shù)脂，表層一面或兩面粘上覆銅簿再層壓固化而成，我們就稱(chēng)它為剛性印制線(xiàn)路板。單面有印制線(xiàn)路圖形稱(chēng)單面印制線(xiàn)路板，雙面有印制線(xiàn)路圖形，再通過(guò)孔的金屬化進(jìn)行雙面互連形成的印制線(xiàn)路板，稱(chēng)其為雙面板。假如用一塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層或二塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層的印制線(xiàn)路板，通過(guò)定位系統(tǒng)及絕緣粘結(jié)材料交替在一起且導(dǎo)電圖形按設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行互連的印制線(xiàn)路板就成為四層、六層印制電路板了，也稱(chēng)為多層印制線(xiàn)路板。2.4PCB的生產(chǎn)過(guò)程PCB的生產(chǎn)過(guò)程較為復(fù)雜，它涉及的工藝范圍較廣，從簡(jiǎn)樸的機(jī)械加工到復(fù)雜的機(jī)械加工，有普通的化學(xué)反映尚有光化學(xué)電化學(xué)熱化學(xué)等工藝，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAM等多方面的知識(shí)。由于其生產(chǎn)過(guò)程是一種非連續(xù)的流水線(xiàn)形式，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致全線(xiàn)停產(chǎn)或大量報(bào)廢的后果，印刷線(xiàn)路板假如報(bào)廢是無(wú)法回收再運(yùn)用的。板子自身的基板是由絕緣隔熱、并不易彎曲的材質(zhì)所制作成．在表面可以看到的細(xì)小線(xiàn)路材料是銅箔，原本銅箔是覆蓋在整個(gè)板子上的，而在制造過(guò)程中部份被蝕刻解決掉，留下來(lái)的部份就變成網(wǎng)狀的細(xì)小線(xiàn)路了．這些線(xiàn)路被稱(chēng)作導(dǎo)線(xiàn)（conductorpattern）或稱(chēng)布線(xiàn)，并用來(lái)提供PCB上零件的電路連接．為了將零件固定在PCB上面，我們將它們的接腳直接焊在布線(xiàn)上．在最基本的PCB（單面板）上，零件都集中在其中一面，導(dǎo)線(xiàn)則都集中在另一面，PCB的正反面分別被稱(chēng)為零件面（ComponentSide）與焊接面（SolderSide）。假如PCB上頭有某些零件，需要在制作完畢后也可以拿掉或裝回去，那么該零件安裝時(shí)會(huì)用到插座（Socket）．由于插座是直接焊在板子上的，零件可以任意的拆裝。假如要將兩塊PCB互相連結(jié)，一般我們都會(huì)用到俗稱(chēng)「金手指」的邊接頭（edgeconnector），金手指上包含了許多裸露的銅墊，這些銅墊事實(shí)上也是PCB布線(xiàn)的一部份。通常連接時(shí)，我們將其中一片PCB上的金手指插進(jìn)另一片PCB上合適的插槽上。PCB上的綠色或是棕色，是阻焊漆（soldermask）的顏色，這層是絕緣的防護(hù)層，可以保護(hù)銅線(xiàn)，也可以防止零件被焊到不對(duì)的的地方．在阻焊層上此外會(huì)印刷上一層絲網(wǎng)印刷面（silkscreen）．通常在這上面會(huì)印上文字與符號(hào)（大多是白色的），以標(biāo)示出各零件在板子上的位置．絲網(wǎng)印刷面也被稱(chēng)作圖標(biāo)面（legend）。印刷電路板將零件與零件之間復(fù)雜的電路銅線(xiàn)，通過(guò)細(xì)致整齊的規(guī)劃后，蝕刻在一塊板子上，提供電子零組件在安裝與互連時(shí)的重要支撐體，是所有電子產(chǎn)品不可或缺的基礎(chǔ)零件。印刷電路板以不導(dǎo)電材料所制成的平板，在此平板上通常都有設(shè)計(jì)預(yù)鉆孔以安裝芯片和其它電子組件。組件的孔有助于讓預(yù)先定義在板面上印制之金屬途徑以電子方式連接起來(lái)，將電子組件的接腳穿過(guò)PCB后，再以導(dǎo)電性的金屬焊條黏附在PCB上而形成電路。本次實(shí)訓(xùn)我們就親自實(shí)踐了整個(gè)PCB板的制作過(guò)程，掌握了生產(chǎn)實(shí)際中PCB板的制作技術(shù)，很有成就感，對(duì)鍛煉我們的動(dòng)手能力有極大的幫助，并且在學(xué)校中就學(xué)到了對(duì)我們很實(shí)用的技能，增強(qiáng)了我們的信心，很故意義！AT89S51單片機(jī)介紹AT89S51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微解決器。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89S51是一種高效微控制器[6]。其重要特性如下：·與MCS-51兼容·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器·壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保存時(shí)間：2023·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定·128×8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線(xiàn)·兩個(gè)16位定期器/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路AT89S51是市場(chǎng)上開(kāi)發(fā)工程師應(yīng)用的比較多的一種單片機(jī)，市場(chǎng)份額很大，價(jià)位在6元左右，比較便宜，我們的課程中也是講得它，本次實(shí)訓(xùn)中我們就選用了AT89S51。溫度傳感器4．1模擬量溫度傳感器熱電偶的應(yīng)用原理溫度傳感器熱電偶[3]是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是：１．測(cè)量精度高。因溫度傳感器熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。２．測(cè)量范圍廣。常用的溫度傳感器熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊溫度傳感器熱電偶最低可測(cè)到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800℃（如鎢-錸）。３．構(gòu)造簡(jiǎn)樸，使用方便。溫度傳感器熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，并且不受大小和開(kāi)頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。4．2模擬量溫度傳感器熱電阻的應(yīng)用原理溫度傳感器熱電阻[4]是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的重要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，并且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。溫度傳感器熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。溫度傳感器熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開(kāi)始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造溫度傳感器熱電阻。4.3TMP122溫度傳感器TMP122[11]是一款數(shù)字輸出溫度傳感器，其內(nèi)部的集成電路，帶有與SPI接口并采用微型SOT23封裝技術(shù)。合用于諸如計(jì)算機(jī)外設(shè)熱保護(hù)、筆記本電腦、手機(jī)、恒溫控制器、電池管理與環(huán)境監(jiān)控等對(duì)空間規(guī)定極嚴(yán)格的低功耗系統(tǒng)。其工作溫度范圍介于-55°C至+150°C之間，其在溫度范圍為-25°C至+85°C時(shí)，測(cè)量所得溫度的精確度在0.5攝氏度以?xún)?nèi)（最大為1.5°C）。該器件具有50uA的極低電流、僅為0.1uA的關(guān)斷電流，以及2.7V至5.5V的電源范圍等卓越特性，因而是低功耗應(yīng)用的最佳選擇。此外，TMP122還可為報(bào)警引腳提供9至12位的可編程精度以及可編程設(shè)立點(diǎn)。TMP122是TI日益壯大的溫度傳感器產(chǎn)品系列的最新成員，是高精度、多功能及低功耗為一體的完美集成。由于TMP122具有可編程功能、纖小的封裝以及極大的溫度范圍，因而可廣泛應(yīng)用于各種各樣的應(yīng)用之中。與模擬量輸出的溫度傳感器相比，數(shù)字輸出溫度傳感器可以節(jié)約前端調(diào)理電路，使電路尺寸減小，穩(wěn)定度提高，因此，本次實(shí)訓(xùn)我們就選用了這種傳感器。數(shù)碼管簡(jiǎn)介5．1數(shù)碼管的分類(lèi)數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡(jiǎn)稱(chēng)字段）構(gòu)成，通過(guò)不同的組合可用來(lái)顯示數(shù)字0~9、字符A~F、H、L、P、R、U、Y、符號(hào)“-”及小數(shù)點(diǎn)“.”。數(shù)碼管的外形結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)。圖5-1數(shù)碼管引腳圖5．2數(shù)碼管的工作原理共陽(yáng)極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極（二極管正端）連接在一起。通常，公共陽(yáng)極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為低電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，規(guī)定段驅(qū)動(dòng)電路能吸取額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來(lái)擬定相應(yīng)的限流電阻。共陰極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起。通常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為高電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，規(guī)定段驅(qū)動(dòng)電路能提供額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來(lái)擬定相應(yīng)的限流電阻。這次實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)中我們采用了八段共陰數(shù)碼管。第六章項(xiàng)目制作6.1方案認(rèn)證與電路設(shè)計(jì)通過(guò)同組同學(xué)們查閱資料，大家在一起討論，在分析了幾個(gè)方案的基礎(chǔ)上擬定了以下方案。本設(shè)計(jì)是制作一個(gè)電子測(cè)溫儀，其整體結(jié)構(gòu)如圖6-1所示，下面就框圖的每一部分作出分析。圖6-1：結(jié)構(gòu)框圖6.1.1供電系統(tǒng)由于本系統(tǒng)是采用+5供電，所以從各方面考慮，決定使用性?xún)r(jià)比較高的三端穩(wěn)壓器7805作為穩(wěn)壓芯片，相關(guān)電路如圖6-2所示：U2U1U2U1圖6-2：直流穩(wěn)壓電源原理圖查電子手冊(cè)得知,7805的輸入電壓是7~30V，本電路采用12V電壓輸入。即，交流電經(jīng)變壓、整流、濾波（濾波電容C5=470μF）變成12V電壓，則有（U2/2）x0.9=12V，即U2=12V/0.9=13.3V。于是U1：U2=220：13.3=16：1（變壓比）；本電路二極管所承受的最大反向電壓為Urm=U2/1.414=19V,即可選用反向擊穿電壓為Ubr>38V的二極管1N4007。圖6-2中：C6重要是輸入電壓的紋波;C8用來(lái)消除電路中也許存在的高頻噪聲，即改善負(fù)載的瞬時(shí)響應(yīng)。6.1.2基于TMP122的測(cè)溫單元該單元其實(shí)就是一片TMP122數(shù)字化溫度傳感器芯片，它是以SPI總線(xiàn)方式與控制單元通信。TMP122適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量,測(cè)量溫度范圍為–40℃—+125℃，在–25℃—+85℃內(nèi)測(cè)量所得溫度的精確度在0.5°C以?xún)?nèi)（最大為1.5°C）。該器件具有50uA的極低電流、0.1uA的關(guān)斷電流，以及2.7V至5.5V的電源范圍。下面就TMP122讀寫(xiě)命令及寄存器配置做簡(jiǎn)樸說(shuō)明[11]。對(duì)于TMP122的使用，必須要了解它的相關(guān)讀、寫(xiě)命令，下面給出了有關(guān)的寄存器配置及命令時(shí)序圖。復(fù)合命令時(shí)序如圖6-3，TMP122對(duì)于溫度的轉(zhuǎn)換是連續(xù)的，當(dāng)CS為低電平后，先得到的16位數(shù)據(jù)就是溫度值，先是一個(gè)符號(hào)位，然后是最高位，格式見(jiàn)表6-1，前13個(gè)數(shù)據(jù)是符號(hào)位加12個(gè)位的溫度值，D2是1，D1、D0是高阻態(tài).。表6-3是幾個(gè)溫度數(shù)據(jù)格式的具體例子。在溫度轉(zhuǎn)換完畢后，我們可以將CS變?yōu)楦唠娖?，表達(dá)轉(zhuǎn)換完畢，此時(shí)不再是復(fù)合命令時(shí)序，只是一個(gè)單一的讀溫度數(shù)據(jù)，命令時(shí)序見(jiàn)圖6-4。若我們讓CS仍然為低電平，表6-2為讀命令。圖6-3：復(fù)合命令時(shí)序表6-1：溫度寄存器數(shù)據(jù)格式表6-2：讀命令表6-3：溫度數(shù)據(jù)格式圖6-4：讀溫度數(shù)據(jù)6.1.3控制單元根據(jù)AT89S51單片機(jī)體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)環(huán)境規(guī)定不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)即以AT89S51作為控制核心，組成本電路的控制單元模塊。圖6-5為AT89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)。P1.5,P1.6,P1.7作為ISP下載口，P1.0,P1.1,P1.2作為SPI總線(xiàn)連接口。P0，P2作為顯示信號(hào)輸入輸出端口。圖6-5：最小系統(tǒng)6.1.4顯示單元設(shè)計(jì)運(yùn)用四個(gè)八段共陰數(shù)碼管作顯示，但為了增長(zhǎng)I/O的驅(qū)動(dòng)能力使用兩片74lS06、達(dá)林頓管UNL2023，所以在編程序時(shí)，我們基本可以把該數(shù)碼管當(dāng)作是共陽(yáng)數(shù)碼管來(lái)給其顯示代碼，同時(shí)八只330Ω電阻作上拉也是增長(zhǎng)I/O口的驅(qū)動(dòng)能力。具體電路如圖6-6所示：圖6-6：顯示電路原理圖6.2PCB設(shè)計(jì)這次實(shí)訓(xùn)我們自己動(dòng)手設(shè)計(jì)，制作了PCB板。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們碰到了一些問(wèn)題，像SCH庫(kù)中并不是每一個(gè)電子元器件都有的，所以在畫(huà)原理圖時(shí)，我們一方面要用編輯元器件，然后再畫(huà)原理圖，有些地方我們使用了總線(xiàn)畫(huà)圖，但沒(méi)有把相應(yīng)連接引腳間用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)標(biāo)注，所以在ERC檢查時(shí)怎么也過(guò)不去，每每都是一推錯(cuò)誤和警告。再設(shè)計(jì)PCB時(shí)，PCB元器件封裝庫(kù)中有許多封裝都沒(méi)有，我們一邊看書(shū)一邊動(dòng)手操作，還使用了游標(biāo)卡尺等測(cè)量元件的引腳間距。在這次實(shí)訓(xùn)中還碰到的問(wèn)題是元器件原理圖的引腳標(biāo)號(hào)與封裝引腳標(biāo)號(hào)不一致，在加載網(wǎng)絡(luò)表時(shí)犯錯(cuò)，我們用更改其中一個(gè)與另一個(gè)相同的方法來(lái)解決。這其中較為典型的就是二極管了，在原理圖中它的兩個(gè)引腳標(biāo)號(hào)是1和2，而在封裝庫(kù)中標(biāo)號(hào)是S和K。盡管碰到很多困難，但是還是作出了如圖6-7所示的PCB版圖。圖6-7：PCB版圖6.3程序調(diào)試6.3.1主程序及顯示中斷子程序流程圖圖6-8是主程序流程圖，對(duì)于TMP122的溫度讀取，直接進(jìn)入溫度的讀狀態(tài)，為了不影響溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)序，在TMP122的溫度的過(guò)程中一定要關(guān)斷中斷，轉(zhuǎn)換完畢后再打開(kāi)。圖6-9是顯示中斷子程序流程圖，我們運(yùn)用定期/計(jì)數(shù)器T0的定期功能，每2ms進(jìn)一次中斷，然后進(jìn)行顯示。TMP122溫度轉(zhuǎn)換，開(kāi)中斷TMP122溫度轉(zhuǎn)換，開(kāi)中斷從RAM中讀前兩字節(jié)數(shù)據(jù)，得到溫度數(shù)據(jù)解決，得到實(shí)際溫度值初始化，T0中斷定期賦值2ms，關(guān)中斷圖6-8：主程序流程圖初始化,T0中斷定期賦值2ms初始化,T0中斷定期賦值2ms數(shù)據(jù)送顯示緩沖區(qū)，依次顯示百位（負(fù)數(shù)顯示—）、十位、個(gè)位、小數(shù)點(diǎn)位圖6-9：中斷顯示子程序流程圖6.3.2部分程序清單/*程序開(kāi)始部分#include"reg51.h"#include"intrins.h"#include"math.h"sbitcs=P1^0;//定義數(shù)據(jù)端口sbitsio=P1^1;sbitsck=P1^2;codeunsignedchardisdata[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};inttempl=0,temph=0;//定義整型全局變量，分別存放從TMP122讀出數(shù)據(jù)的高字節(jié)位和低字節(jié)位linttemperature=0x8f,T;longfloatTN;bitflag;//定義標(biāo)志位unsignedcharm=0;/*下面是定期器0的中斷服務(wù)程序*/voiddisplay(void)interrupt1using0{TH0=0xf8;TL0=0x30;switch(m){case0:if(flag==1){P0=0xbf;//顯示“－”flag=0;}//標(biāo)志位值0elseP0=disdata[T/10000];P2=0x08;//點(diǎn)亮第一個(gè)數(shù)碼管break;case1:P0=disdata[T%10000/1000];P2=0x04;break;case2:P0=disdata[T%1000/100]&0x7fff;//顯示帶小數(shù)點(diǎn)的個(gè)位P2=0x02;break;case3:P0=disdata[T%100/10];P2=0x01;break;default:m=0;break;//m>3時(shí)，m值0}m++;}/*主函數(shù)*/voidmain(void){TMOD=0x01;//將定期器0設(shè)立為模式1定期方式TH0=0xf8;//定期2ms的初值TL0=0x30;EA=1;//開(kāi)中斷ET0=1;//允許定期器0產(chǎn)生中斷TR0=1;//開(kāi)始計(jì)數(shù)while(1){readtmp122();//讀溫度zh();//轉(zhuǎn)換溫度}6.4系統(tǒng)調(diào)試與分析調(diào)試工具：穩(wěn)壓源，溫度器，加熱器，PC機(jī)，AT89S51下載線(xiàn)，keilC，Atmel下載軟件。調(diào)試環(huán)節(jié)：1.把編譯好的程序下載到單片機(jī)中；2.拔下數(shù)據(jù)線(xiàn)，測(cè)溫并記錄數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)如表4所示）；3.用加熱器加熱，再測(cè)溫記錄數(shù)據(jù)。測(cè)試環(huán)境：一杯95的開(kāi)水，在室溫為29℃室內(nèi)自然冷卻，用分辨率為1℃溫度計(jì)和被測(cè)得溫度器同時(shí)測(cè)量得水得溫度，每隔10分鐘讀一次溫度值，數(shù)據(jù)如下表所示：表6-7：溫度對(duì)比表123456789溫度計(jì)測(cè)試值95℃73℃57℃49℃42℃39℃37℃35℃34℃作品實(shí)測(cè)值95℃72.5℃57.5℃48℃42.5℃39℃36.5℃35℃34℃101112131415161718溫度計(jì)測(cè)試值33℃31℃30℃30℃29℃29℃29℃29℃29℃作品實(shí)測(cè)值33.5℃31.5℃30.5℃30℃29.5℃29.5℃29℃29℃29℃通過(guò)三個(gè)小時(shí)的測(cè)試，由上表數(shù)據(jù)可知，溫度下降幅度基本符合溫度曲線(xiàn)，與溫度計(jì)所測(cè)值比較，我們的作品可以完畢精確測(cè)溫。結(jié)論五周時(shí)間不久就過(guò)去了，關(guān)于TMP122溫度計(jì)設(shè)計(jì)制作的綜合實(shí)訓(xùn)已經(jīng)結(jié)束了，在本次實(shí)訓(xùn)中我們完畢了從資料收集、擬定方案、計(jì)劃制定、電路圖設(shè)計(jì)、焊接到程序的調(diào)試、檢查和評(píng)估等一系列任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了具有ISP在線(xiàn)可編程的電子測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)和制作，收獲很大，圓滿(mǎn)地完畢了實(shí)訓(xùn)任務(wù)。致謝本綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目是在×××老師的悉心指導(dǎo)下完畢的，他對(duì)本次實(shí)訓(xùn)工作傾注了大量的心血。五周來(lái)，×××老師深厚的專(zhuān)業(yè)背景、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易寬厚的人格作風(fēng)使我受益匪淺。感謝您對(duì)我的悉心教導(dǎo)，使我順利地完畢了實(shí)訓(xùn)任務(wù)，在實(shí)訓(xùn)任務(wù)完畢之際，衷心感謝×××老師對(duì)我的關(guān)心和培養(yǎng)！感謝我同組同學(xué)及同班同學(xué)的幫助和關(guān)心！最后向?qū)忛喖夹g(shù)報(bào)告的老師致以深深的謝意！參考文獻(xiàn)1.王振營(yíng)、李滿(mǎn)、楊君等.PROTELDXP2023電路設(shè)計(jì)與制版實(shí)用教程.中國(guó)鐵道出版社,２００６2.