电子技术课程设计 温度测量 自动化0.docx

电子技术课程设计报告
课程名称: 电子技术课程设计
院 系: 地球物理与信息学院
专业班级: 自动化09-2
学生姓名: 李书波
指导教师: 姜珊
完成时间: 2012年1月5日
报告成绩:
(主要负责:protel原理图绘制和PCB图的绘制)
温度控制与测量设计报告
1. 设计要求
要求运用四臂电桥电路、差动集成运放、滞回比较器、继电器等设计温度监测与控制电路。检测电路中用热敏电阻Rt作为测温元件。电路能实时监控温度,当温度超过设定值(如60±2?C)时,能自动停止加热,否则将开始加热。具有自动指示“加热”与“停止”功能。(不设计加热电路)
由51单片机控制进行温度采集和LED显示,将温度测量结果显示出来。*
具体设计要求:
1.根据技术指标要求自选方案设计出原理电路图,分析工作原理,选择适当的元器件。
2.利用Multisim(或Protel99SE)对所设计电路进行仿真调试。
3.制作PCB电路板图。
4.编写用单片机控制A/D转换和温度显示的程序。*
5.在面包板上组装调试所设计的温度测量、控制电路。在单片机实验箱上调试温度显示程序。*
6.记录实验结果,分析所能实现的温度测量、显示精度。
7.撰写设计报告,写出收获和体会。
二.设计的作用、目的
使用PT100温度传感器(电阻值随温度变化),设计传感器放大电路,将传感器的电阻值转变为0~5V电压信号,将温度值显示出来。再设计控制电路,控制加热源,使其能够稳定在设定的温度值。
设计以测量显示部分电路为主,以单片机系统为核心,对单点的温度进行实时测量检测。并采用热电阻PT100作为温度传感器、LM343作为信号放大器、ADC0809作为A/D转换部件,对于温度信号的采集具有大范围、高精度的特点。
设计最终目的是通过设计的电路能够对加热源进行定温控制,而且当温度超过一定的值(60°C),当加热温度达到60°C上下2°C时,通过滞回比较器使加热源电路电源断开(或通过单片机控制继电器实现),本课程设计以二极管的亮灭来表示该功能的实现。另外通过单片机用一定程序,使温度的数值显示出来。
(同样也可以通过单片机内采集到的温度信号的升高,来控制继电器的合闭,进而达到控制温度加热源的开关)
三.设计的具体实现
1.Protel原理图
(1)单片机信号转换处理部分
该原理图运用8051作为系统的核心信号处理部分,ADC0809将模拟的温度信号转化问单片机的可读信号,单片机作为信号处理核心,分别使LED显示出温度,控制继电器的开关。
(2)温度信号的放大处理部分:
此电路是温度信号的采集放大电路,通过电桥平衡法则,采集到稳定的温度变化信号,然后经过运放的一级放大得到2.738mV,由于电压信号太小,再经过二级放大后,得到2.783V的电压,然后将此信号输入到ADC0809的输入端即可。
画protel原理图注意事项:
(1)、 文档先行。按功能块确认各部分的电路,选用的元件,为什么选择这种元件,注意事项,参考电路,信号流经的通路等,这些都写清楚了,再开始画原理图。画图的过程中,如果有什么需要修改的,在这里写清楚了,再开始修改;
(2)、 如果有CPU,需要先分配好CPU的管脚,再开始画原理图,分配的管脚也要有书面记录,说明分配的位置、功能、分配原则和这样分配的原因(如8051的中断引脚只能放到P0口)等;
(3)、 在原理图上画出各功能块的原理图,不同部分之间使用网络标号进行连接,这样做的好处:容易划分各功能块,方便查看,便于移植。
(4)、 原理图上使用虚线对不同功能块进行分隔,并进行必要的注释,如功能、注意事项、跳线的默认设置等;
(5)、 画完原理图后要注意检查,确保没有任何错误。常见的错误有:VCC写成VDD;+12V写成12V;gnd和GND同时出现;网络标号没有与相应的导线连接到一起;不同地虽然使用不同的形状,但网络标号一样,实际上不会起到隔离作用。为了避免出现这些错误,可以使用一些简单的方法,如:放置一个网络标号时,如果已经有了这个网络标号,就不要再重新输入了,而是直接从已有的标号中选择;对于电源、地等,可以复制现有的网络标号而不是重新设置一个;
(6)、 关于元件的顺序号(designator):如果有30个电容,其中2个为15pF,15个为0.1uF,5个为1uF,其余为10uF,可以将15pF 命名为CA?,0.1uF命名为CB?,1uF命名为CC?,10uF命名为 CD?,焊接时很容易找到对应值的电容。对于结构类似的接插件,也可以命名为JUSB、JCAN、JPW等,而不是J1、J2、J3等;
(7)、 原理图检查无误后,开始为每个元器件确定封装。确定封装时,首先得买到需要封装的元器件,如果买不到,就需要调整封装。
2.PCB图绘制
分装步骤:
(1).进入画封装页面:File-----New-----PCB Librariy
(2).画封装,最重要的是画出的要和实际的元件大小一致,否则做出来的板子就插不上元件。所以设置合理的参数是很有必要的。 打开参数设置窗口:在页面中点击右键-----Option… ----->Library Option… 就是Board Options窗口。 先把度量单位改为“米”制:在measurement unit中把imperial为metric。 Snap Grid是设置鼠标每移动一格的距离。我一般把X、Y都设成1mil,移动的距离最小,也就是精度最高的。
visible grid为可视网格。就是页面中显示的格子的大小,元件用毫米还量度就足够了,所以grid 1和grid 2都设置成1mm(要自己输入1mm)。即可视网格边长为1毫米。这样用尺子量好元件大小时,在这里画就很容易知道画出来的线的长度,而不必要再用工具“Place Standard Dimension”测量了。其它的都才用默认就可以。
(3).接下来的一步也很重要,就是一定要在页面的中心画元件封装,否则画出来的封装在PCB页面中就会出现这样的情况:点击那个元件封装,鼠标居然跑到其它地方去了,这样就很难布局好元件。这种现象主要是因为画的封装的中心偏了。解决办法很简单,先点击一个焊盘“Place Pad”,然后按住键盘的“Ctrl+End”键,这时鼠标箭头会自动跑到页面中心,放下那个焊盘做为标记。这样,就可以以那个焊盘为中心画封装啦。画完再把那个定位的焊盘删掉即可。
下图为绘制完成后的PCB板:
单层布线:
待布局检查无误后点击Tools菜单栏,如下图:
分别对原理图进行设计规则检查,信号完整性分析以及错误查除。
PCB封装注意事项:
(1)、 将原理图中的元器件封装导入到PCB中,检查设计的PCB大小是否可以足够放下所有的元器件并进行布线,如果有困难,最好重新设计PCB形状或大小;
(2)、 简单排列一下元器件,不要互相重叠,并且可以用一张纸打印出来。打印吧,检查每个元器件的封装是否和实际器件相符;检查PCB形状或大小是否跟你设计的盒体相适应;
(3)、 有的元器件封装,贴片和直插的管脚数目相同,但管脚定义不一样,需要仔细确认;同样的封装有的宽窄不一样,需要确认;有的贴片封装引脚伸出太短,焊接完后无法检查焊接质量,所以事先要将引脚外扩一些;焊盘大小也需要检查;
(4)、 开始布局:需要打孔的位置先放上焊盘,定好位置,然后锁止,打孔焊盘我一般从模板中抄袭,比如PC104模板;如果是插槽式的,就在内部再画一个KeepoutLayer层的内框来放置元器件,以避免元器件的放置位置干涉安装;
(5)、 先放置需要机械定位的元器件,如电源插头、USB接口、指示灯等;
(6)、 将每个功能块的元器件放到一块,