数字温度计试验指南

1、1简易数字温度计制作实训实训指导书深圳宋工编写一、实训目的及要求电装实训是面向通信工程、电子信息工程、计算机科学与技术、自动化、测控技术与仪器、电气工程、光电信息工程、生物医学工程等电子信息类本科专业学生开设的一门综合性实践类必修课程。“简易数字温度计制作”适用于电子信息工程、测控技术与仪器、自动化等专业。本课程主要讲述电子产品的元器件基本知识、印刷电路板设计基础、印刷电路板的生产方法及工艺、电路板的焊接方法及数字温度计的基本原理等。本课程从基础实践入手，要求学生完成数字温度计的设计、制作和调试，实现如下实训目标。1、认识和学会使用常用电子元器件。2、了解电子产品生产的一般工艺过程。3、掌握印

2、刷电路板设计的基本方法。4、了解印刷电路板生产的工艺过程和主要设备。5、掌握电路板的基本焊接方法。6、学习电子产品的安装调试。实训过程中要求学生分组（一般5-6 人为一组）完成实训内容，每个学生独立完成实训报告。二、实训条件1、场地条件：2设备条件：计算机、PCB 制板设备、SMT 焊装设备、示波器、万用表、稳压电源等。3工具及材料条件：剥线钳、偏口钳、螺丝刀、电烙铁、电线、焊锡丝等。三、实训安排实训时间为1 周：四、实训内容1、基本原理温度与我们的生活、环境以及工业生产过程息息相关，是过程控制中的重要参数之一。测量温度的关键是温度传感器，目前新型温度传感器已从模拟走向数字化。DS18B20数

3、字温度传感器是Dallas公司生产的1-Wire，即单总线器件，具有线路简单、体积小的特点。因此用他组成一个测温系统，具有线路简单，在1根通信线可以挂很多这样的数字温度传感器，十分方便。1）系统功能：(1)采用AT89S52单片机和DS18B20温度传感器通信，控制温度的采集过程和进行数据通信；(2)利用数码管显示测量的温度值；3(4)编写C51程序，完成单片机对温度数据的采集过程以及与DS18B20数据传输过程的控制。2）硬件电路根据系统的控制要求，选择AT89S52单片机，包括数字温度传感器的数据采集、数据处理、晶振复位和温度显示电路。系统电路原理图如下所示：系统由3 个模块组成：主控制器

4、.测温电路和显示电路。结构框图如下所示。（1）主控制器：单片机使用AT89S52。易于调试及烧录。AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片

5、内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。时钟电路：时钟电路为单片机产生时序脉冲，单片机所有运算与控制过

6、程都是在统一的时序脉冲的驱动下的进行的。EA/VPP（31脚）为内外程序存储器选择控制引脚，当EA为低电位时，单片机从外部程序存储器取指令；当EA接高电平时，单片机从内部程序存储器取指令。把EA接到+5V高电平，让单片机运行内部的程序。复位电路：在复位引脚（9脚）脚持续出现24个振荡器脉冲周期（即2个机器周期）的高电平信号将使单片机复位。如下图所示电容C和电阻R构成了单片机上电自动复位电路。（2）显示电路：显示电路采用4位共阳LED数码管，从P1口输出段码，列扫描用来实现，列驱动用8055三极管。4（3）系统设计电路原理图：3）软件设计基于DS18B20数字温度传感器的软件设计采用C51编写程

7、序，主要完成DS18B20的测量温度值计算及温度值的显示功能。其采用模块化设计，程序设计包括系统初始化、复位程序、读取温度程序、温度转换程序、数码管显示程序和延时程序，其总体流程图如下图所示。开始初始化DS18B20读DS18B20 的序检测发送跳过ROM 指令I=1 等待DS18B20 复位发送DS18B20 编码读取、显示温度数据2、电路制作电路制作包括电路板设计和电路板加工制作两个过程。1）电路板设计本实训电路板设计采用Protel设计软件，Protel设计电路板最基本的过程可分为三大步骤。（1）电路原理图的设计电路原理图的设计主要是利用Protel软件的原理图设计系统来绘制一张电路原理

8、图。在这一过程中，要充分利用Protel设计软件所提供的各种原理图绘图工具、各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一张正确、精美的电路原理图。（2）产生网络表网络表是电路原理图设计（SCH）与印制电路板设计（PCB）之间的一座桥梁，它是电路板自动布线的灵魂。网络表可以从电路原理图中获得，也可从印制电路板中提取出来。（3）印制电路板设计PCB设计是以电路原理图为根据，PCB设计决定印制板的固有特性，在一定程度上也决定了印制板的制造、安装和维修的难易程度，同时也影响印制板的可靠性和成本。PCB设计基本流程：建立元器件封装库原理图输入网表生成 PCB叠层结构设计、材料工艺选择 PCB外形设计器件布局

9、布线设计规则检查工艺性设计拼板设计 CAM数据输出。PCB设计注意事项：设计环境设置进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境，包括设置格点大小和类型、光标类型、版层参数、布线参数等等。大多数参数都可以用系统默认值，而且这些参数经过设置之后，符合个人的习惯，以后无须再去修改。规划电路版，主要是确定电路版的边框，包括电路版的尺寸大小等等。在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。对于3mm 的螺丝可用6.58mm 的外径和3.23.5mm 内径的焊盘对于标准板可从其它板或PCB izard 中调入。注意：在绘制电路版地边框前，一定要将当前层设置成Keep Out层，即禁止布线层。零件布局布线

10、的关键是布局，多数设计者采用手动布局的形式。用鼠标选中一个元件，按住鼠标左键不放，拖住这个元件到达目的地，放开左键，将该元件固定。Protel99新的交互式布局选项包含自动选择和自动对齐。零件布局，应当从机械结构散热、电磁干扰、将来布线的方便性等方面综合考虑。先布置与机械尺寸有关的器件，并锁定这些器件，然后是大的占位置的器件和电路的核心元件，再是外围的小元件。布线规则设置布线规则是设置布线的各个规范，这个步骤不必每次都要设置，按个人的习惯，设定一次就可以。a. 安全间距(Clearance Constraint) 设置6它规定了板上不同网络的走线焊盘过孔等之间必须保持的距离。一般板子可设为0.

11、254mm，较空的板子可设为0.3mm，较密的贴片板子可设为0.2-0.22mm，极少数印板加工厂家的生产能力在。0.1mm 以下是绝对禁止的。b. 走线层面和方向（的Routing Layers）设置此处可设置使用的走线层和每层的主要走线方向。请注意贴片的单面板只用顶层，直插型的单面板只用底层，但是多层板的电源层不是在这里设置的，机械层也不是在这里设置的。机械层1 一般用于画板子的边框；机械层3 一般用于画板子上的挡条等机械结构件；机械层4 一般用于画标尺和注释等，具体可自己用PCB Wizard 中导出一个PCAT结构的板子看一下。c. 过孔形状（Routing Via Style）设置它

12、规定了手工和自动布线时自动产生的过孔的内、外径，均分为最小、最大和首选值，其中首选值是最重要的。d. 走线线宽（Width Constraint）设置它规定了手工和自动布线时走线的宽度。整个板范围的首选项一般取，另添加一些网络或网络组（Net Class）的线宽设置，如地线、+5 伏电源线、交流电源输入线、功率输出线和电源组等。网络组可以事先在Design-Netlist Manager中定义好，地线一般可选1mm 宽度，各种电源线一般可选0.5-1mm 宽度，印板上线宽和电流的关系大约是每毫米线宽允许通过1安培的电流，具体可参看有关资料。当线径首选值太大使得SMD 焊盘在自动布线无法走通时，

13、它会在进入到SMD 焊盘处自动缩小成最小宽度和焊盘的宽度之间的一段走线，其中Board 为对整个板的线宽约束，它的优先级最低，即布线时首先满足网络和网络组等的线宽约束条件。简易温度计PCB板2）电路板制作完成PCB设计后就可以进行电路板生产制作。电路板制作可以用机械雕刻方法也可以用7化学蚀刻方法，本实训采用化学方法生产双面电路板，其生产流程为：裁板，打孔，刷板，孔金属化，出片，涂曝光油墨，烘干，加正片曝光，显影，镀铅，脱膜，碱性腐蚀，褪铅，涂阻焊油墨，烘干，加焊盘片曝光，显影，镀锡，做字符丝网，涂字符油墨，(21)烘干。具体各步骤所使用的设备及工艺过程需要大家在PCB制作实训过程中学习和体会。

14、3、元件焊接电路板做好后经检验若没有质量问题就可以进行元器件的焊装，本实训对于贴片（SMT）元件，采用自动焊接。采用回流焊工艺的SMT焊接流程为：焊膏印刷贴片回流焊接对于插件，采用手工焊接，手工焊接最常用的工具是电烙铁。一般来说，电烙铁的功率越大，热量越大，烙铁头的温度也就越高。一般的晶体管、集成电路电子元器件焊接选用20W的内热式电烙铁足够了，功率过大容易烧坏元件，因为二极管、三极管结点温度超过200就会烧坏。线路焊接时，时间不能太长也不能太短，时间过长也容易损坏，而时间太短焊锡则不能充分融化，造成焊点不光滑不牢固，还可能产生虚焊，一般来说最恰当的时间必须在1.5s4s内完成。1）焊前准备电

15、子元件在焊接前，必须先成型再焊接。焊接前，应对元件引脚或电路板的焊接部位进行焊前处理。清除焊接部位的氧化层：可用断锯条制成小刀，刮去金属引线表面的氧化层，使引脚露出金属光泽。印刷电路板上的焊疤处涂上一层松香酒精溶液。元件镀锡：在刮净的引线上镀锡。可将引线蘸一下松香酒精溶液后，将带锡的热烙铁头压在引线上，并转动引线。即可使引线均匀地镀上一层很薄的锡层。导线焊接前，应将绝缘外皮剥去，再经过上面两项处理，才能正式焊接。若是多股金属丝的导线，打光后应先拧在一起，然后再镀锡。2）手工焊接基本方法右手持电烙铁。左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。焊接前，电烙铁要充分预热。烙铁头刃面上要吃锡，即带上一定量焊锡

16、。将烙铁头刃面紧贴在焊点处。电烙铁与水平面大约成60角。以便于熔化的锡从烙铁头上流到焊点上。烙铁头在焊点处停留的时间控制在23秒钟。抬开烙铁头。左手仍持元件不动。待焊点处的锡冷却凝固后，才可松开左手。用镊子转动引线，确认不松动，然后可用偏口钳剪去多余的引线。焊接时，要保证每个焊点焊接牢固、接触良好。好的焊接质量应该是焊点光滑圆润、大小适度、均匀，无毛刺、锡量适中、锡和被焊物融合牢固、无虚焊，焊脚在焊点外留长12mm。3）电烙铁使用注意事项使用前，应认真检查电源插头、电源线有无损坏。并检查烙铁头是否松动。有良好的接地，防漏电击穿和损坏元器件，另外还要有防静电措施。保持清洁，去除烙铁头的氧化物。8不要空烧，不用的烙铁应切断电源，避免烙铁的电热丝烧坏。电烙铁使用中，不能用力敲击。要防止跌落。烙铁头上焊锡过多时，可用布擦掉。不可乱甩，以防烫伤他人。焊接过程中，烙铁不能到处乱放。不焊时，应放在烙铁架上。注意电源线不可搭在烙铁头上，以防烫坏绝