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1、综合实训项目技术报告电电子测温计的制作姓 名：学 号：课程名称：电子产品设计与制作综合实训提交日期：200年月日概 要本文介绍了以SPI总线器件TMP122为测温核心，用单片机AT89S51构造控制电路，利用数码管及其它外围元件组成显示单元，通过ISP方式进行程序的编制和调试，设计、制作了一种电子测温计。前言. .5第一章 DXP软件介绍. . 611 DXP的发展历史. 612 DXP2004的特点. 7第二章 PCB制作. . . 821 PCB的发展简史. 822 PCB的应用. . 923 PCB的制造原理. 924 PCB的生产过程. .10第三章 AT89S51单片机介绍. 12第

2、四章 温度传感器.1441 模拟量温度传感器热电偶的应用原理.1442 模拟量温度传感器热电阻的应用原理.1443 数字输出温度传感器TMP122. .15第五章 数码管简介. . .1651 数码管的分类. .1652 数码管的工作原理. .16第六章 工程制作. . . .1861 方案论证与电路设计. .18611 供电系统. .18612 基于TMP122的测温单元. .19613 控制单元电路. .20614 显示单元电路. .2162 PCB设计. . . . .2263 程序调试. . . . .23631 主程序及显示中断程序流程图. .23632 部分程序清单. .2464

3、系统调试与分析. .25结论. . . .27致谢. . .28参考文献. . .29附录1. .30附录2. . .31前 言本实训工程通过电子测温计系统总体方案设计、选择具有ISP下载方式的AT89S51、绘制电子测温计电路原理图、绘制电子测温计印制电路板图、制作电子测温计印制电路板图、安装、焊接电子测温计印制电路板、绘制流程图、上机调试电子测温计程序等环节设计并制作一个电子测温仪，使之能够测量-10125的温度，并且用数码管显示出来。本报告正是以实训工程为载体，对实训工程中用到的软硬件主要技术、主要芯片特性进行阐述。第一章 DXP软件介绍1.1 DXP的发展历史随着计算机业的发展，从80

4、年代中期计算机应用进入各个领域。在这种背景下，87、88年由美国ACCEL Technologies Inc推出了第一个应用于电子线路设计软件包TANGO，这个软件包开创了电子设计自动化EDA）的先河。随着电子业的飞速发展，TANGO显示出其不适应时代发展需要的弱点，Protel Technology公司以其强大的研发能力推出了Protel For Dos作为TANGO的升级版本，从此Protel1这个名字在业内日益响亮。八十年代末，Protel相继推出了Protel For Windows 1.0、Protel For Windows1.5等版本。这些版本的可视化功能给用户设计电子线路带来了

5、很大的方便，设计者再也不用记一些繁琐的命令。九十年代中，Win95开始出现，Protel也紧跟潮流，推出了基于Win95的3.X版本。98年，Prote公司推出了给人全新感觉的Proel98。Protel98以其出众的自动布线能力获得了业内人士的一直好评。99年，Protel公司又推出了最新一代的电子线路设计系统Protel99。在Protel99中加入了许多全新的特色。Altium公司作为EDA领域里的一个领先公司，在原来Protel 99SE的基础上，应用最先进的软件设计方法，率先推出了一款基于Windows2000和Windows XP操作系统的EDA设计软件Protel DXP。Pro

6、tel DXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的工程模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。12 DXP 2004的特点Protel DXP20042是Altium公司于2004年推出的最新版本的电路设计软件，该软件能实现从概念设计，顶层设计直到输出生产数据以及这之间的所有分析验证和设计数据的管理。Protel DXP 2004已不是单纯的PCB印制电路板）设计工具，而是由多个模块组成的系统工具，分别是SCH原理图）设计、SCH原理图）仿真、PCB印制电路板）设计、Auto Router印制线路板的简称，通常把在绝缘材上，按预定设计，制成印制线路、

7、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路。这样就把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板，亦称为印制板或印制电路板。标准的PCB上头没有零件，也常被称为“印刷线路板Printed Wiring BoardPWB）”。2.3 PCB的制造原理挠性银浆印制线路板使用丝网漏印方法得到图形。刚性板所用的基材是由纸基常用于单面）或玻璃布基常用于双面及多层），预浸酚醛或环氧树脂，表层一面或两面粘上覆铜簿再层压固化而成，我们就称它为刚性印制线路板。单面有印制线路图形称单面印制线路板，双面有印制线路图形，再通过孔的金属化进行双面互连形成的印制

8、线路板，称其为双面板。如果用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印制线路板，通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印制线路板就成为四层、六层印制电路板了，也称为多层印制线路板。2.4 PCB的生产过程PCB的生产过程较为复杂，它涉及的工艺范围较广，从简单的机械加工到复杂的机械加工，有普通的化学反应还有光化学电化学热化学等工艺，计算机辅助设计CAM等多方面的知识。由于其生产过程是一种非连续的流水线形式，任何一个环节出问题都会造成全线停产或大量报废的后果，印刷线路板如果报废是无法回收再利用的。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作

9、成在表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，留下来的部份就变成网状的细小线路了这些线路被称作导线conductor pattern）或称布线，并用来提供PCB上零件的电路连接为了将零件固定在PCB上面，我们将它们的接脚直接焊在布线上在最基本的PCB单面板）上，零件都集中在其中一面，导线则都集中在另一面，PCB的正反面分别被称为零件面Component Side）与焊接面Solder Side）。如果PCB上头有某些零件，需要在制作完成后也可以拿掉或装回去，那么该零件安装时会用到插座Socket）由于插座是直接焊在板子上的，零件可以任意的拆

10、装。如果要将两块PCB相互连结，一般我们都会用到俗称金手指的边接头edge connector），金手指上包含了许多裸露的铜垫，这些铜垫事实上也是PCB布线的一部份。通常连接时，我们将其中一片PCB上的金手指插进另一片PCB上合适的插槽上。PCB上的绿色或是棕色，是阻焊漆solder mask）的颜色，这层是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方在阻焊层上另外会印刷上一层丝网印刷面silk screen）通常在这上面会印上文字与符号大多是白色的），以标示出各零件在板子上的位置丝网印刷面也被称作图标面legend）。印刷电路板将零件与零件之间复杂的电路铜线，经过细致整齐的规

11、划后，蚀刻在一块板子上，提供电子零组件在安装与互连时的主要支撑体，是所有电子产品不可或缺的基础零件。印刷电路板以不导电材料所制成的平板，在此平板上通常都有设计预钻孔以安装芯片和其它电子组件。组件的孔有助于让预先定义在板面上印制之金属路径以电子方式连接起来，将电子组件的接脚穿过PCB后，再以导电性的金属焊条黏附在PCB上而形成电路。本次实训我们就亲自实践了整个PCB板的制作过程，掌握了生产实际中PCB板的制作技术，很有成就感，对锻炼我们的动手能力有极大的帮助，而且在学校中就学到了对我们很实用的技能，增强了我们的信心，很有意义！第三章 AT89S51单片机介绍AT89S51是一种带4K字节闪烁可编

12、程可擦除只读存储器FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器6。其主要特性如下：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定1288位内部RAM32可编程I

13、/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 AT89S51是市场上开发工程师应用的比较多的一种单片机，市场份额很大，价位在6元左右，比较便宜，我们的课程中也是讲得它，本次实训中我们就选用了AT89S51。第四章 温度传感器41模拟量温度传感器热电偶的应用原理温度传感器热电偶3是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：测量精度高。因温度传感器热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。测量范围广。常用的温度传感器热电偶从-50+1600均可边续测量，某些特殊温度传感器热电偶最低可测到-269如金铁镍铬），最高可达+2800如钨-铼）。构

14、造简单，使用方便。温度传感器热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。42 模拟量温度传感器热电阻的应用原理温度传感器热电阻4是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。温度传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。温度传感器热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造温度传感器热电阻。4.3 TMP122温度传感器TMP12211是一款数字输出

15、温度传感器，其内部的集成电路，带有与SPI接口并采用微型SOT23封装技术。适用于诸如计算机外设热保护、笔记本电脑、手机、恒温控制器、电池管理与环境监控等对空间要求极严格的低功耗系统。其工作温度范围介于 -55C至+150C 之间，其在温度范围为 -25C 至 +85C 时，测量所得温度的精确度在0.5摄氏度以内最大为1.5C）。该器件具有50uA的极低电流、仅为 0.1uA的关断电流，以及2.7V至5.5V的电源范围等卓越特性，因而是低功耗应用的最佳选择。此外，TMP122 还可为报警引脚提供9至12位的可编程精度以及可编程设置点。TMP122是TI日益壮大的温度传感器产品系列的最新成员，是

16、高精度、多功能及低功耗为一体的完美集成。由于 TMP122 具有可编程功能、纤小的封装以及极大的温度范围，因而可广泛应用于各种各样的应用之中。与模拟量输出的温度传感器相比，数字输出温度传感器可以节约前端调理电路，使电路尺寸减小，稳定度提高，因此，本次实训我们就选用了这种传感器。第五章 数码管简介51数码管的分类数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。数码管由8个发光二极管以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字0 9

17、、字符A F、H、L、P、R、U、Y、符号“-”及小数点“.”。数码管的外形结构如图5-1所示。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构。图5-1 数码管引脚图52 数码管的工作原理共阳极数码管的8个发光二极管的阳极二极管正端）连接在一起。通常，公共阳极接高电平一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。共阴极数码管的8个发光二极管的阴极二极管负端）连接在一起。通常，公共阴极接低电平一般接地），其

18、它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。这次实训设计中我们采用了八段共阴数码管。第六章 工程制作6.1方案认证与电路设计经过同组同学们查阅资料，大家在一起讨论，在分析了几个方案的基础上确定了以下方案。本设计是制作一个电子测温仪，其整体结构如图6-1所示，下面就框图的每一部分作出分析。图6-1：结构框图6.1.1 供电系统因为本系统是采用+5供电，所以从各方面考虑，决定使用性价比较高的三端稳压器7805作

19、为稳压芯片，相关电路如图6-2所示：U2U1图6-2：直流稳压电源原理图查电子手册得知,7805的输入电压是730V，本电路采用12V电压输入。即，交流电经变压、整流、滤波滤波电容C5=470F）变成12V电压，则有U2/2）x0.9=12V，即U2=12V/0.9=13.3V。于是U1：U2=220：13.3=16：138V的二极管1N4007。图6-2中：C6主要是输入电压的纹波。 C8用来消除电路中可能存在的高频噪声，即改善负载的瞬时响应。6.1.2 基于TMP122的测温单元 该单元其实就是一片TMP122数字化温度传感器芯片， 它是以SPI总线方式与控制单元通信。 TMP122适合于恶劣环境的现场温度测量,测量温度范围为 40 +125，在25 +85内测量所得温度的精确度在0.5C以内 interrupt 1 using 0 TH0=0xf8。 TL0=0x30。 switch(m case 0:if(flag=1 P0=0xbf。 /显示“” flag=0。 /标志位值0 else P0=dis