《电子技术综合设计》谯蓉.doc

成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院 电子综合设计 总结报告总结报告 题题 目 目 低频信号函数发生器低频信号函数发生器 及直流小电机测速系统及直流小电机测速系统 专专 业 业 雷电防护科学与技术雷电防护科学与技术 班班 级 级 08 级级 1 班班 姓姓 名 名 张恺 张恺 2008024023 李迪 李迪 2008024002 指导教师 指导教师 张素娟张素娟 评评 分 分 2011 年年 12 月月 4 日日 目目 录录 1项目计划 1 1 1方案可行性分析 1 1 2项目执行计划 1 2设计说明 2 2 1各单元模块设计原理 2 2 2各单元模块设计流程 7 2 3部分源程序及注解 8 3调试说明 10 3 1调试方法及歩棸 10 3 2调试数据 11 3 3 误差分析 11 4总结 12 5参考文献 12 6附录 13 6 1PCB 图 13 6 2实物图 13 1 1项目计划项目计划 1 1 方案可行性分析方案可行性分析 1 1 1 市场分析市场分析 低频函数信号发生器是一种常用的信号源 广泛地应用于电子电路 自动 控制系统和教学实验等领域 在本设计中我们使用的事 STC12C5A60S2 单片机构 成的发生器 可产生三角波 方波 正弦波 简单方便 价格低廉 结构紧凑 性能优越等优点 有较良好的市场空间 直流小电机测速系统是一种基于 51 单片机开发的系统 操作简单 成本低 廉 能较准确地测试电机的速度 控制小电机转速 通过该设计能较好的为单 片机爱好者或初学者一个良好的设计案例与实验开发 其亦有良好的开发空间 与市场空间 1 1 2 设计方案设计方案 因为此电路对核心处理芯片要求并不很高 加上对 51 单片机的内部的编程 环境与外围电路较为熟悉 我们采用 51 单片机芯片模块电路设计 因其显示数 据要求并不是很多 所以采用 4 位数码管进行显示 因其方便快捷 易懂 1 2 项目执行计划项目执行计划 第二周 得到设计题目 选择了多路放大与巡回测量电路和教学打铃系统 两个题目 第三周 第六周 设计原理图并画出 PCB 图 完成电路板的腐蚀及器件的 领取 第七周 第八周 完成电路板焊接及电路基本调试 第九周 完成多路放大与巡回测量电路的基础功能 第十周 完成教学打铃系统电路的基础功能 第十一周 完成多路放大与巡回测量电路及教学打铃系统的提高功能 2 第十二周 完成所有作品任务 检查并上交作品 2设计说明设计说明 2 1 各单元模块设计原理各单元模块设计原理 2 1 1低频函数信号发生器电路的设计低频函数信号发生器电路的设计 本次设计所研究的就是对所需的某种波形输出对应的数字信号 在通过 D A 转换器和单片机部分的转换输出一组连续变化的 0 5V 的电压脉冲值 在设 计时分块来做 按波形设定 D A 转换 51 单片机连接 按键连接 4 个模块的 设计 最后通过连调方针完成相应的功能 设计框图如图 1 图 1 低频函数信号发生器设计框图 模块介绍 1 信号调理 对 D A 所产生的波形进行修正 放大 2 D A 转换 主要选用 DAC0832 来把数字信号转换为模拟信号 再送入单片 机进行处理 3 MCU 及基本外围电路 最小系统 4 按键 用按键来控制输出波形的种类和数值的输入 设计图如图 2 3 图 2 低频函数信号发生器电路设计图 2 1 2直流小电机测速的设计直流小电机测速的设计 3 根据直流电机的结构分析可得到等效的模型 包括电枢绕组及其等效的电 阻等 直流电动机的转速 n 和其它参数的关系可用下式来表示 4 2 1 C RIU n e aNN 5 2 1 式中 UN是电枢电压 IN是电枢电流 Ra是电枢回路总电阻 Ce是电 势常数 是励磁磁通 6 2 2 a PN Ce 60 7 2 2 式中 p 磁极对数 N 是导体数 a 是电枢支路数 8 2 3 K Ce 9 2 3 式中 当电机型号确定后 Ce 为常数 故式式 2 1 改为 10 2 4 K RaIU n NN 11 在中小功率直流电机中 电枢回路电阻非常小 式 2 4 中 INRa项可省略不 计 由此可见 当改变电枢电压时 转速 n 随之改变 达到直流电机的调 4 速的目的 改变直流电机电枢电压 可通过 PWM 控制的降压斩波器进行 斩波调压 1 3 系统框图如图 3 图 3 教学打铃系统设计框图 模块分析 1 驱动电路 用于驱动小电机的转速 通过控制 PWM 波来控制小电机的 转速 2 测速电路 用于通过光电对管来进行对小电机速度的测试 设计图如图 4 图 4 教学打铃系统设计图 5 11 1 1 按键模块电路的计按键模块电路的计 这个模块分四个功能键 与单片机的 P2 口相连 第一个选择模式 第二 个切换设置数码管数字所显示的位置 第三个是对数字进行加 0 9 的循环 第 四个是切换波形模式 具体的设计电路如图 5 图 5 按键模块电路设计图 2 1 4 最小系统模块电路的设计最小系统模块电路的设计 单片机最小系统中包含有复位电路和振荡电路 复位电路采用的是上电复 位 高点平能够使单片机复位 上电复位过程是在加电时 复位电路通过电容 给 REST 端一个短暂的高电平信号 此高电平信号随着 VCC 对电容充电过程逐 渐回落 即 REST 端的高电平持续时间取决于电容的充电时间 为了保证系统 能够可靠地复位 REST 端的高电平信号必须维持足够长的时间 单片机复位脚 为低电平有效 振荡电路给单片机提供时序 单片机内部有一个高增益的反相 放大器 该反相放大器用于构成振荡器 但要形成时钟 外部还需要加一些附 加电路 具体的电路图如图 6 6 图 6 单片机最小系统模块电路设计图 2 1 5 数码管电路的设计数码管电路的设计 本系统采用 4 位共阴数码管做显示界面 与 P0 口相接 随着模式按键的 按下 切换显示界面为波形的种类 波形的频率等 具体的设计电路图如图 7 图 7 液晶接口模块电路设计图 7 2 1 6 电源模块电路的设计电源模块电路的设计 本系统采用 5V 外部电源供电 接入系统后接开关 并用一大一小两个电 容滤波 并用 LED 提示系统的供电与否 图 8 电源模块电路设计图 11 2 各单元模块设计流程各单元模块设计流程 主程序 8 11 3 部分源程序及注解部分源程序及注解 AD 采集中的数据处理程序 void AD work unsigned char channel unsigned char ADC10 Buf unsigned int AD val 定义处理后的数值 AD val 为浮点数 unsigned char i for i 0 iADC MAX LED High 0 上限报警 9 else if AD val ADC MIN LED Low 0 下限报警 else ADC10 Buf 0 AD val 10 ADC10 Buf 1 8 ADC10 Buf 2 AD val 10 LED Low 1 LED High 1 向 DS1302 写入时钟数据 void Ds1302 Write Time void unsigned char i tmp for i 0 i 8 i BCD 处理 tmp time buf1 i 10 time buf i time buf1 i 10 time buf i time buf i tmp 16 Ds1302 Write Byte DS1302 control add 0 x00 关闭写保护 Ds1302 Write Byte DS1302 sec add 0 x80 暂停 Ds1302 Write Byte ds1302 charger add 0 xa9 涓流充电 Ds1302 Write Byte DS1302 year add time buf 1 年 Ds1302 Write Byte DS1302 month add time buf 2 月 Ds1302 Write Byte DS1302 date add time buf 3 日 Ds1302 Write Byte DS1302 day add time buf 7 周 Ds1302 Write Byte DS1302 hr add time buf 4 时 10 Ds1302 Write Byte DS1302 min add time buf 5 分 Ds1302 Write Byte DS1302 sec add time buf 6 秒 Ds1302 Write Byte DS1302 day add time buf 7 周 Ds1302 Write Byte DS1302 control add 0 x80 打开写保护 从 DS1302 读出时钟数据 void Ds1302 Read Time void unsigned char i tmp time buf 0 0 x50 time buf 1 Ds1302 Read Byte DS1302 year add 年 time buf 2 Ds1302 Read Byte DS1302 month add 月 time buf 3 Ds1302 Read Byte DS1302 date add 日 time buf 4 Ds1302 Read Byte DS1302 hr add 时 time buf 5 Ds1302 Read Byte DS1302 min add 分 time buf 6 Ds1302 Read Byte DS1302 sec add 秒 time buf 7 Ds1302 Read Byte DS1302 day add 周 for i 0 i 8 i BCD 处理 tmp time buf i 16 time buf1 i time buf i 16 time buf1 i time buf1 i tmp 10 time buf1 0 20 DS1302 初始化 void Ds1302 Init void RST CLR RST 脚置低 SCK CLR SCK 脚置低 Ds1302 Write Byte DS1302 sec add 0 x00 11 12 调试说明调试说明 12 1 调试方法及歩棸调试方法及歩棸 12 1 1 基本调试基本调试 1 电源与地的调试 拔下芯片 检查各处 5V 电源 GND 是否分别整板连通且正常 数据采集 放大 选择模块的调试 2 逐级调试 1 拔下芯片 上电 接地 拔下所有条线帽 检测八路分压电阻分压值是 否正常 如正常进入下一步 2 放大电路调试 插上 LM324 万用表检测 1 脚输出 如正常 进入下一 步单片机的调试 首先检测晶振是否起振 通电 接地 插上 STC12C5A60S2 单片机 用示 波器检测晶振管脚是否有正常的周期时钟脉冲 若有 则正常 显示模块的调 试 下载液晶测试程序 上电进行测试 12 1 2 软件调试软件调试 下载程序 整机调试 将仿真无误的程序下载到单片机中 分别检测待测 电压与所测值是否相同或相近 如不是则调整程序 检测按键能否正常切换 如不能则更改程序 查看时间 闹铃 倒计时 秒表是否能正常工作 如不能 则调整程序 12 2 调试数据调试数据 表 1 多路放大与巡回测量电路中的放大电路的测试数据 放大前的电压 V 0 0450 0400 035 放大后的电压 V 2 1231 8711 612 12 放大倍数 47 17846 77546 057 表 2 多路放大与巡回测量电路中八路电压的测试数据 V 实际值 1 3 332 822 311 911 430 900 512 11 显示值 1 3 32 82 31 91 40 90 52 1 误差 0 875 实际值 2 2 932 512 121 701 220 840 411 83 显示差 2 2 92 52 11 71 20 80 41 8 误差 1 691 表 3 教学打铃定时测试数据 12345678910 设定时间10 0610 1010 1510 1812 1012 3015 1019 1520 2523 59 闹铃时间10 0610 1010 1510 1812 1012 3015 1019 1520 2523 59 3 3 误差分析误差分析 在多路放大与巡回测量电路中 信号的放大倍数约为 47 倍 接近于设计的 50 倍 符合要求 测量的八路电压的误差在规定范围 5 以内 经过两次测量得 到的误差分别为 0 875 和 1 691 符合要求 教学打铃系统部分也基本符合 要求 时间显示正确准确 打铃时间准确 扩展要求基本实现 13 总结总结 多路放大与巡回测量电路实现了八路电路的巡回测量 其中包含一路小信 号的放大和上下限报警的功能 教学打铃系统实现了闹钟的功能 不足之处就 是程序上没有写到修改时间的部分 通过努力就可以实现了 经过几个星期的努力与学习 终于完成了本次电子综合设计的任务 成功 地做好多路放大与巡回测量电路和教学打铃系统两个题目的基本功能和扩展要 求 通过本次综合设计实验 我们在实践中进一步学习了相关的专业知识 针 对本次实验中的教学打铃系统设计 制作 调试中所遇到的突发性问题 能够 自主的查询资料 尽力解决 锻炼了自身的工程素质 我们团队两个人相互配 13 合 相互协调 从最初的硬件电路设计查找资料到最后编程调试 我们都努力 做到最好 虽然系统本身还有一些不足之处 但是看着自己一手制作出来 并 调试出效果