电子系统综合设计报告.docx
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电子系统综合设计报告
电子系统综合设计报告
姓名：
学号：
专业：
日期：
2011-4-13
南京理工大学紫金学院电光系
摘要
本次课程设计目的是设计一个简易温度控制仪，可以在四联数码管上显示测得的温度。
主要分四部份电路：
OP07放大电路，AD转换电路，单片机部分电路，数码管显示电路。
设计文氏电桥电路，得到温度与电压的关系，通过控制电阻值改变温度。
利用单片机将现在温度与预设温度进行比较，将比较结果在LED数码管上显示，同时实现现在温度与预设温度之间的切换。
关键词放大电路转换电路控制电路显示
1引言
电子系统设计要求注重可行性、性能、可靠性、成本、功耗、使用方便和易维护性等。
总体方案的设计与选择：
由技术指标将系统功能分解为:
若干子系统，形成若干单元功能模块。
单元电路的设计与选择：
尽量采用熟悉的电路，注重开发利用新电路、新器件。
要求电路简单，工作可靠，经济实用。
1．1系统设计
1.1.1设计思路
本次实验基于P89L51RD2FN的温控仪设计采用Pt100温度传感器。
1.1.2总体方案设计
热敏电阻测温调理电路
设计要求
1.采用Pt100温度传感器，测温范围-20℃--100℃；
2.系统可设定温度值；
3.设定温度值与测量温度值可实时显示；
4.控温精度：
±0.5℃。
2单元模块设计
2.1各单元模块功能介绍及电路设计
2.1.1温度传感器电路的设计
实现温度T和电阻R的对应关系。
电桥中R1=R2=R3=200Ω=R,R4为温度传感器，温度变化，导致电桥的一个桥臂上的电阻也就是R4的阻值变化。
2.1.2信号调理电路的设计
实现将温度T和电阻R的对应关系转化为温度T和电压V的对应关系。
利用电桥的原理，R4的阻值变化使电桥两点的电位差改变，此两点作为运算放大器的两个输入。
2.1.3A/D采集电路的设计
实现启动、等待、采集数据。
信号调理电路的输出接0809的IN0。
0809的ALE的START连接，单片机的P2.7和WR或非后接0809的START，P2.7和RD或非后接0809的OE。
START脉冲来，A/D转换开始，以EOC作为转换完成的标志使用的是等待方式，所以EOC未连接。
2.1.4单片机电路
最小系统。
2.1.5键盘及显示电路的设计
实现键盘数据输入和温度显示。
利用四联数码管显示三位的温度值和一个‘C’代表显示的是温度。
两个键盘按键调整预设温度的高低。
2.1.6输出控制电路的设计
I/O驱动、继电器、指示灯、负载。
测得的温度值高于预设温度，红灯亮，低于则绿灯亮：
接两个发光二极管。
2.2元器件的选择
1.P89L51RD2FN
2.AD0809
3.OP07A
4.MAX232
5.驱动器ULN2003
6.四联数码管MT0546AR
7.继电器HRS2H-S-DC5V-N
8.发光二极管（红、绿色）
9.三极管9012（PNP）、9013（NPN）
11.面包板、连接线、插头座
12.周立功单片机实验箱
13.电阻200Ω×3用于电桥，10kΩ×2,20kΩ×2用于减法器
2.3特殊器件的介绍
2.3.1OP07A
OP07引脚图
OP07A的特点：
超低偏移：
150μV最大。
低输入偏置电流：
1.8nA。
低失调电压漂移：
0.5μV/℃。
超稳定，时间：
2μV/month最大
高电源电压范围：
±3V至±22V
2.3.2ADC0809
1．主要特性
1）8路8位A／D转换器，即分辨率8位。
2）具有转换起停控制端。
3）转换时间为100μs。
4）单个＋5V电源供。
5）模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。
6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度。
7）低功耗，约15mW。
2．内部结构
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，内部结构如图13．22所示，它由8路模拟
开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D／A转换器、逐次逼近，寄存器、三态输出锁
存器等其它一些电路组成。
因此，ADC0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各
种微处理器相连，也可单独工作。
输入输出与TTL兼容。
IN0~IN7：
8路模拟电压输入端，用与输入被转换的模拟电压。
D0~D7：
A/D转换后的数据输出端，
与单片机的P0口相接。
A、B、C：
模拟通道地址选择端，A为低位，C为高位。
3.A/D转换完成数据的输送
A/D转换后得到的是数字量的模拟量，这些数据应传诵给单片机进行处理。
数据串的关键是如何确定A/D转换完成。
因为只有确定数据转换完成后，才进行传送。
为此可采用以下三种方式：
定时传送方式
对于一种A时子程序。
A/D转换启动后，就调动这个子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了。
接着，就可以进行数据传送A/D转换来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。
查询方式
A/D转换芯片表明有转换完成的状态信号，例如ADC0809的E端，因此可以通过查询方式用软件测试EOC的状态，即可知道转换是否完成，若完成，则接着进行数据传送。
中断方式
中断方式ADC0809与8031的中断方式接口电路只需将0809的EOC端经过一非门连接到8031的INTl端即可。
采用中断方式可大大节省CPU的时间，当转换结束时，EOC发出一个脉冲向单片机提出中断请求，单片机响应中断请求，由外部中断1的中断服务程序读A／D结果，并启动0809的下一次转换，外部中断1采用边沿触发方式。
2.3.3ULN2003
ULN200A电路具有以下特点：
1电流增益高（大于1000）;
2带负载能力强（输出电流大于500mA）;
3温度范围宽（-40～85℃）;
4工作电压高（大于50V）。
2.3.4四联数码管（共阴）
四联数码管引脚图
2.4各单元模块的联接
2.4.1模块连接
共6个模块。
模块1：
信号调理电路：
电桥+减法器
模块2：
A/D转换器ADC0809
模块3：
单片机89C51或P89L51RD2FN
P0:
AD数据采集；
P1：
数码管段选信号（a,b,c,d,e,f,g）；
P2.7：
A/D的OE；
P3.4～P3.5：
指示灯1，指示灯2；
P2.0～P2.3：
数码管位选信号（1,2,3,4）；
INT0:
键+；
INT1:
键-。
模块4：
键盘输入：
连接单片机的两个外部中断。
模块5：
共阴四联数码管：
位选P2.0～P2.3，段选P1。
模块6：
控制输出：
接两个指示灯。
3软件设计
3.1开发工具及设计平台
3.1.1Proteus特点
1.Proteus软件提供数千种元器件和多达30多个元件库。
2.在Proteus软件中，理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。
3.除了现实存在的仪器外，Proteus还可以以图形的方式实时地显示线路上变化的信号。
4.虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，可减少仪器对测量结果的影响。
5.Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。
这些测试信号包括模拟信号和数字信号。
3.1.2Keil特点
1.全功能的源代码编辑器；
2.器件库用来配置开发工具设置；
3.项目管理器用来创建和维护用户的项目；
4.集成的MAKE工具可以汇编、编译和连接用户嵌入式应用；
5.所有开发工具的设置都是对话框形式的；
6.真正的源代码级的对CPU和外围器件的调试器；
7.高级GDI（AGDI）接口用来在目标硬件上进行软件调试以及和Monitor-51进行通信。
3.1.3部分按键
设定温度与实际温度间的切换数据的显示
3.1.4C代码编写
#include
#include"absacc.h"
bitflag;//采样标志
unsignedcharcountor;//定时器定时的循环标志
unsignedcharg,s,b,i;
unsignedcharQ=3,p=0;//设置预设温度
unsignedcharm,n;
sbitP34=P3^4;
sbitP35=P3^5;
sbitP30=P3^0;//为蜂鸣器提供一定频率的方波
voidDisplaySecond（unsignedchars,b）;//数码管显示函数的声明
voiddelay（void）;//延时函数的声明
floata,result=0,result1=0,T;
/*数码管动态显示*/
unsignedcharTab[]={
0x3F,//"0"
0x06,//"1"
0x5B,//"2"
0x4F,//"3"
0x66,//"4"
0x6D,//"5"
0x7D,//"6"
0x07,//"7"
0x7F,//"8"
0x6F,//"9"
0x39,//"C"
};
/*定时器T0定时*/
voidt0_ser（）interrupt1using1
{TL0=0xF0;
TH0=0xD8;
P30=!
P30;//蜂鸣器产生的方波
countor++;
if（countor==10）//循环10次达到定时0.1秒
{countor=0;flag=1;}//定时时间到，置采样标志为1，进行采样
}
/*采样函数*/
voidsamp（）
{
unsignedintc;
XBYTE[0x7FF8]=0;//进行一个写操作，启动A/D转换
delay（）;
a=XBYTE[0x7FF8];//将A/D转换的结果保存为变量a
result=a*5/256;//将A/D转换结果换算成十进制数
if（result>0.524&&result<1.940）
{T=10.3*result+9.35;}
elseif（result>1.940&&result<3.720）
{T=16.99*result-4.68;}
elseif（result>3.720&&result<4.302）
{T=37.60*result-80.86;}//把电压转换为温度
c=T;
g=c/100;//显示温度的百位
s=c/10;//显示温度的十位
b=c%10;//温度的个位
m=Q*10+p;//预设温度
n=s*10+b;//实际温度
if（n>m）
{P35=1;P34=0;}
else{P35=0;P34=1;}//当实际温度大于预设温度时，红灯亮，反之绿灯亮
}
/*外部中断0，预设温度加一*/
voidint0_ser（）interrupt0using0
{
delay（）;
if（INT0==0）
{p++;
if（p==10）
{Q++;p=0;}
}
for（i=0;i<50;i++）
DisplaySecond（Q,p）;
}
/*外部中断1，预设温度减一*/
voidint1_ser（）interrupt2using2
{
delay（）;
if（INT1==0）
{p--;
if（p==0）
{Q--;p=9;}
}
for（i=0;i<50;i++）
DisplaySecond（Q,p）;
}
voidmain（）
{TMOD=0x01;//定时器工作方式
TL0=0xF0;
TH0=0xD8;//定时器初值
ET0=1;//定时器中断开放
EA=1;//总允许
TR0=1;//启动定时器T0
EX1=1;//外部中断1开放
EX0=1;//外部中断0开放
PX0=1;//外部中断0优先级置高
PX1=1;//外部中断1优先级置高
IT0=1;//外部中断0为边沿触发方式
IT1=1;//外部中断1为边沿触发方式
while
（1）
{if（flag）
{flag=0;samp（）;}//采样标准为1时，调用采样函数进行采样
DisplaySecond（s,b）;
}
}
//延时函数
voiddelay（void）
{
unsignedintj;
for（j=0;j<100;j++）;
}
//数码管动态显示函数
voidDisplaySecond（unsignedchars,b）
{
P2=0xf1;//数码管1亮
P1=Tab1[g];//显示温度的百位
delay（）;
P2=0xf0;
P2=0xf2;//数码管2亮
P1=Tab1[s];//显示温度的十位
delay（）;
P2=0xf0;
P2=0xf4;//数码管3亮
P1=Tab1[b];//显示温度的十位
delay（）;
P2=0xf0;
P2=0xf8;//数码管4亮
P1=0x39;//显示C
delay（）;
P2=0xf0;
}
4系统测试
4.1温度与电阻的关系：
4.2温度与电压的关系：
4．3温度分段与电压的拟合曲线：
（11℃到24℃）
4．4温度分段与电压的拟合曲线：
（25℃到35℃）
4．5温度分段与电压的拟合曲线：
（36℃到48℃）
4．6温度分段与电压的拟合曲线：
（49℃到64℃）
4．7温度分段与电压的拟合曲线：
（65℃到80℃）
5小结和体会+
这次的电子系统综合设计在理论上不仅用到了单片机的知识，还用到了模电的知识。
然而理论必须联系实际。
在这次的元器件的选择上不仅考虑了其适用功能，还要考虑元件的适用环境。
就像ULN2003APG是用来驱动四位共连数码管的位选与段选的：
因为单片机出来的电流太小，就算能驱动数码管，但数码管的亮度会比较低。
实践总是能帮助理论知识的学习。
通过这次系统设计，我理解了一些以前在理论课上没有注意到的问题：
1.A/D转换中XBYTE[0x7ff8]=0，这句程序是用来给单片机的WR口提供信号，再通过或非门后将信号传给ADC0809的START端，用来启动A/D转换；
2.在单片机与A/D转换的连接方法上有了更多的了解。
三种连接方式：
中断方式、查询方式、延时等待。
其中，中断方式为EOC接非门；查询方式为EOC接到单片机的任一接口，不断查询if（EOC==1）;延时等待为EOC悬空，估计A/D转换的时间。
3.对一些管脚的认识更加深刻：
OE=“1”时，读取信号；在平时OE为低电平；
4.继电器的连接与功能问题；
通过这次系统设计，知道了许多设计系统的方法，熟悉了系统设计的一般步骤。
在搭建电路后的原件选择上考虑的方面更加广了。
设计程序时的思路也比以前更加宽了。
在这次的设计中可以是预置温度的显示更加人性化。
在按键按一次后就显示预置温度，接着再按则开始加减预置温度；在调节预置温度时不要显示当前温度；等调节好后，再显示当前温度。
6参考文献
[1]胡宴如，耿苏燕.模拟电子技术基础.北京:
高等教育出版社,2004.213-216.
[2]闫玉德，葛龙，俞虹.单片机微型计算机原理与设计.中国电力出版社，2010.112-154,197-199,.
[3]朱蕴璞.传感器原理与应用.国防工业出版社.
[4]黄锦安.电路.北京：
机械工业出版社，2007.
附录：
系统原理图：
软件仿真图：
信号调理电路
控制电路图
AD采集电路与单片机电路
数码管显示图
系统连接图
代码
#include
#include"absacc.h"
bitflag;//采样标志
unsignedcharcountor;//定时器定时的循环标志
unsignedcharg,s,b,i;
unsignedcharQ=3,p=0;//设置预设温度
unsignedcharm,n;
sbitP34=P3^4;
sbitP35=P3^5;
sbitP30=P3^0;//为蜂鸣器提供一定频率的方波
voidDisplaySecond（unsignedchars,b）;//数码管显示函数的声明
voiddelay（void）;//延时函数的声明
floata,result=0,result1=0,T;
/*数码管动态显示*/
unsignedcharTab1[]={
0x3F,//"0"
0x06,//"1"
0x5B,//"2"
0x4F,//"3"
0x66,//"4"
0x6D,//"5"
0x7D,//"6"
0x07,//"7"
0x7F,//"8"
0x6F,//"9"
0x77,//"A"
0x7C,//"B"
0x39,//"C"
0x5E,//"D"
0x79,//"E"
0x71,//"F"
};
/*定时器T0定时*/
voidt0_ser（）interrupt1using1
{TL0=0xF0;
TH0=0xD8;
P30=!
P30;//蜂鸣器产生的方波
countor++;
if（countor==10）//循环10次达到定时0.1秒
{countor=0;flag=1;}//定时时间到，置采样标志为1，进行采样
}
/*采样函数*/
voidsamp（）
{
unsignedintc;
XBYTE[0x7FF8]=0;//进行一个写操作，启动A/D转换
delay（）;
a=XBYTE[0x7FF8];//将A/D转换的结果保存为变量a
result=a*5/256;//将A/D转换结果换算成十进制数
if（result>0.524&&result<1.940）
{T=10.3*result+9.35;}
elseif（result>1.940&&result<3.720）
{T=16.99*result-4.68;}
elseif（result>3.720&&result<4.302）
{T=37.60*result-80.86;}//把电压转换为温度
c=T;
g=c/100;//显示温度的百位
s=c/10;//显示温度的十位
b=c%10;//温度的个位
m=Q*10+p;//预设温度
n=s*10+b;//实际温度
if（n>m）
{P35=1;P34=0;}
else{P35=0;P34=1;}//当实际温度大于预设温度时，红灯亮，反之绿灯亮
}
/*外部中断0，预设温度加一*/
voidint0_ser（）interrupt0using0
{
delay（）;
if（INT0==0）
{p++;
if（p==10）
{Q++;p=0;}
}
for（i=0;i<50;i++）
DisplaySecond（Q,p）;
}
/*外部中断1，预设温度减一*/
voidint1_ser（）interrupt2using2
{
delay（）;
if（INT1==0）
{p--;
if（p==0）
{Q--;p=9;}
}
for（i=0;i<50;i++）
DisplaySecond（Q,p）;
}
voidmain（）
{TMOD=0x01;//定时器工作方式
TL0=0xF0;
TH0=0xD8;//定时器初值
ET0=1;//定时器中断开放
EA=1;//总允许
TR0=1;//启动定时器T0
EX1=1;//外部中断1开放
EX0=1;//外部中断0开放
PX0=1;//外部中断0优先级置高
PX1=1;//外部中断1优先级置高
IT0=1;//外部中断0为边沿触发方式
IT1=1;//外部中断1为边沿触发方式
while
（1）
{if（flag）
{flag=0;samp（）;}//采样标准为1时，调用采样函数进行采样
DisplaySecond（s,b）;
}
}
//延时函数
voiddelay（void）
{
unsignedintj;
for（j=0;j<100;j++）;
}
//数码管动态显示函数
voidDisplaySecond（unsignedchars,b）
{
P2=0xf1;//数码管1亮
P1=Tab1[g];//显示温度的百位
delay（）;
P2=0xf0;
P2=0xf2;//数码管2亮
P1=Tab1[s];//显示温度的十位
delay（）;
P2=0xf0;
P2=0xf4;//数码管3亮
P1=Tab1[b];//显示温度的十位
delay（）;
P2=0xf0;
P2=0xf8;//数码管4亮
P1=0x39;//显示C
delay（）;
P2=0xf0;
}
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