|2015914電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告822目錄技術(shù)指標(biāo)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)211功能要求212系統(tǒng)結(jié)構(gòu)213技術(shù)指標(biāo)214設(shè)計(jì)材料清單2整體方案設(shè)計(jì)3單元電路設(shè)計(jì)431溫度傳感器432電壓放大器533A/D轉(zhuǎn)換533A主要性能633B工作原理734E2PROM轉(zhuǎn)碼835時(shí)鐘936數(shù)據(jù)選擇器937數(shù)據(jù)比較器9調(diào)試1041溫度傳感器1042電壓放大器1043A/D轉(zhuǎn)換1144E2PROM1145時(shí)鐘發(fā)生器1246數(shù)據(jù)選擇器1247數(shù)據(jù)比較器1348數(shù)字顯示電路13設(shè)計(jì)小結(jié)1451設(shè)計(jì)任務(wù)完成情況1452問(wèn)題及改進(jìn)1453心得體會(huì)15技術(shù)指標(biāo)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)11功能要求能夠測(cè)量和用數(shù)字方式實(shí)時(shí)顯示測(cè)量的溫度值。當(dāng)溫度超過(guò)自己的設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出指示或報(bào)警。報(bào)警溫度可以自行設(shè)定。12系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整體框圖如圖所示，其中S1為系統(tǒng)復(fù)位，S2為報(bào)警溫度設(shè)定。13技術(shù)指標(biāo)1溫度測(cè)量范圍099。2顯示精度1。3測(cè)溫靈敏度20MV/。4用四位數(shù)碼管進(jìn)行顯示。5用LED發(fā)光二極管或蜂鳴器進(jìn)行溫度報(bào)警。6報(bào)警溫度可以任意設(shè)定。14設(shè)計(jì)材料清單材料名稱數(shù)量備注LM351溫度傳感器LM3241運(yùn)放LM3391電壓比較器ADC08091A/D轉(zhuǎn)換器45112七段顯示譯碼器C3922七段共陰數(shù)碼管28C641EEPROM402924位二/十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器741572四2選一數(shù)據(jù)選擇器748524位比較器740012輸入與非門(mén)742014輸入與非門(mén)5551定時(shí)器LED8發(fā)光二極管排阻1K818位撥碼開(kāi)關(guān)1自復(fù)按鍵351K電阻156K電阻1001UF電容21K,10K,300，100K各2個(gè)電阻001U,01U,0001U各2個(gè)電容電源是5V的雙電源整體方案設(shè)計(jì)通過(guò)之前給出的電子元器件，首先需要將各個(gè)元器件區(qū)分出來(lái)，分清楚哪些元器件負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)哪一部分的工作。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)上給出的功能，我們可以知道，LM35負(fù)責(zé)溫度測(cè)量，LM324負(fù)責(zé)將測(cè)量的模擬電壓放大，ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，一路通過(guò)28C64的E2PROM進(jìn)行轉(zhuǎn)碼得出BCD碼，兩個(gè)4511七段顯示譯碼器與兩個(gè)C392七段共陰數(shù)碼管負(fù)責(zé)顯示溫度數(shù)據(jù)，用一個(gè)74157負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)顯示。另一邊，兩個(gè)LM339四位比較器在4511前面，進(jìn)行報(bào)警溫度的比較。另一片74157實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管上的【測(cè)量溫度】與【設(shè)定報(bào)警溫度】之間的切換。報(bào)警溫度是通過(guò)8位撥碼開(kāi)關(guān)與排阻共同協(xié)作設(shè)置的，使用7485比較器進(jìn)行比較，優(yōu)點(diǎn)是這樣做能較為快速的調(diào)整所要設(shè)定的溫度，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)易。555定時(shí)器為整個(gè)系統(tǒng)提供時(shí)鐘。除此以外，還有其它方案?；谥疤岢龅姆桨福覀兛梢晕⒄{(diào)比如說(shuō)將之前的數(shù)字比較部分替換為模擬比較，AD0809后直接接28C64，AD0809負(fù)責(zé)溫度傳感器模擬量以及預(yù)設(shè)報(bào)警溫度模擬量的轉(zhuǎn)換。報(bào)警溫度的比較用模擬比較的方式，即為L(zhǎng)M339比較兩個(gè)模擬量之間的大小，最后輸出一個(gè)布爾型的比較結(jié)果。這個(gè)方法的好處是比較值更容易調(diào)整，所得出的比較結(jié)果更加準(zhǔn)確。最后，在詳細(xì)地研究論證過(guò)后，我選擇了第一種方案。因?yàn)榈诙N方案需要平滑地過(guò)度，所提供的元器件當(dāng)中并沒(méi)有電位器之類的可以讓模擬量平穩(wěn)過(guò)渡的元件。而且，使用數(shù)字型電路也滿足要求的指標(biāo)。綜上，我選擇第一種方案。右圖即為其中一種原理方框圖。單元電路設(shè)計(jì)31溫度傳感器使用LM35需要注意其靈敏度為10MV/。因?yàn)橐蟮臏y(cè)量溫度范圍為099，所以采用雙電源供電。32電壓放大器采用了LM324上面的兩片運(yùn)放，放大電壓到兩倍，這樣電壓放大器之后的靈敏度為20MV/，滿足了測(cè)溫靈敏度的這項(xiàng)指標(biāo)。下圖為引腳功能圖。（TL084用法相同）33A/D轉(zhuǎn)換將之前傳導(dǎo)來(lái)的模擬量轉(zhuǎn)化為8位的數(shù)字量，送到后方進(jìn)行顯示或比較。如左圖所示，有兩種封裝形式，PDIP與PLCC。功能相同。時(shí)序圖如下圖所示。盡管提供的是八通道的A/D轉(zhuǎn)換器，我們只需要使用一路轉(zhuǎn)換即可。此A/D轉(zhuǎn)換芯片為逐次逼近式芯片，思想方法隨后。33A主要性能（1）采用單5V電源逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換，工作時(shí)鐘典型值為640KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為100S。（2）分辨率為8位二進(jìn)制碼，總失調(diào)誤差A(yù)DC0809為1LSB。（3）當(dāng)用5V電源供電時(shí)，模擬量的輸入電平范圍05V，不需要零點(diǎn)和滿度調(diào)節(jié)。（4）具有8通道閂鎖開(kāi)關(guān)控制，可以直接接入8個(gè)單端模擬量。（5）數(shù)字量輸出采用三態(tài)邏輯，輸出符合TTL電平。（6）容易與各種微處理器連接，也可以獨(dú)立工作。33B工作原理假設(shè)D/A轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓UREF8V，采樣保持信號(hào)為UI475V。123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE19APR2002SHEETOFFILEDPROTEL99SELIBRARYSCHPROTELDRAWNBY1ACFD/AUREFUREFCP01234QDCQQAQBGDDDD0123ASRJKBSRJKCSRJKDSRJKDDDDUI第一步轉(zhuǎn)換開(kāi)始前先將逐次逼近寄存器清“0”；第二步第0個(gè)時(shí)鐘脈沖首先將寄存器最高位置成1，使輸出數(shù)字為1000。這個(gè)數(shù)碼被D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓UREF，并送到比較器中與UI進(jìn)行比較。若UIUI，因此，電壓比較器輸出F0，G1，4個(gè)JKFF的J0，K1。第四步在節(jié)拍脈沖CP2下跳的作用下，QD1,QC0,QB1,QA0。這樣在CP2作用后，JKFF的狀態(tài)為QDQCQBQA1010。D/A轉(zhuǎn)換器輸出參考電壓UREF5V。由于UREFUI，因此，電壓比較器輸出F0，G1，4個(gè)JKFF的J0，K1。第五步在節(jié)拍脈沖CP3下跳的作用下，QB0，QA1。這樣在CP3作用后，JKFF的狀態(tài)為QDQCQBQA1001。D/A轉(zhuǎn)換器輸出參考電壓UREF45V。由于UREFUI，因此，電壓比較器輸出F1，G0，4個(gè)JKFF的J1，K0。第六步在節(jié)拍脈沖CP4下跳的作用下，QA1。4個(gè)JKFF的狀態(tài)為QDQCQBQA1001。CP4的上升沿將DFF的1001狀態(tài)存入4個(gè)DFF,并且保持下來(lái),輸出為D3D2D1D01001。即輸入模擬信號(hào)UI475V,由A/D轉(zhuǎn)換后輸出4位二進(jìn)制代碼1001。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的節(jié)拍數(shù)為（N1）,其中N為二進(jìn)制代碼位數(shù)，完成一次轉(zhuǎn)換所需時(shí)間為（N1）TCP，其中TCP為時(shí)鐘周期。南郵溫度測(cè)量?jī)x實(shí)驗(yàn)報(bào)告_圖文_百度文庫(kù),2009,頁(yè)1819總而言之，A/D轉(zhuǎn)換需要經(jīng)歷如下四個(gè)過(guò)程采樣、保持、量化、編碼。最后，使用ADC0809輸出的值即為模擬值對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。34E2PROM轉(zhuǎn)碼該款E2PROM是28C64，13地址端輸入，4地址端輸出的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，含1634096個(gè)單元的存儲(chǔ)器，每個(gè)單元8BIT。此處28C64是用于將之前轉(zhuǎn)換的數(shù)碼變?yōu)?511可使用的8421BCD碼。0000H00H，0001H01H，0002H02H，0009H09H，000AH10H，000BH11H，0063H99H只要地址端輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)端就會(huì)輸出對(duì)應(yīng)地址存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。在這里就是用這種方式轉(zhuǎn)碼的。為了確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，可以添加一片74573，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定。35時(shí)鐘這里提供的NE555芯片負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘提供。本套指標(biāo)所需要的頻率在10K1280KHZ之間。這里有基礎(chǔ)電路圖如圖所示36數(shù)據(jù)選擇器74157數(shù)據(jù)選擇器用來(lái)切換顯示【溫度測(cè)控值】以及【報(bào)警溫度值】，管腳圖如下TRIGOU3SCVL5H6D78N137數(shù)據(jù)比較器7485為常見(jiàn)的4位數(shù)據(jù)比較器。通過(guò)級(jí)聯(lián)方式變?yōu)?位數(shù)據(jù)比較器。此處數(shù)據(jù)比較器使用方式如下調(diào)試41溫度傳感器根據(jù)先前的溫度傳感器的DATASHEET，按照設(shè)計(jì)圖進(jìn)行連接，所得電路如下圖所示其中，2腳輸出的即為模擬電流，電流大小指示溫度。42電壓放大器電壓放大器提供TLV084或者LM324，但是使用方法一樣，可以使用同樣的一套圖設(shè)計(jì)。根據(jù)電路圖連線，前級(jí)接一個(gè)電壓跟隨器，后級(jí)接一個(gè)電流放大器。要求系統(tǒng)有20MA/的精度，所以計(jì)算可得需要放大兩倍。同時(shí)，需要注意阻抗匹配，這樣的話才能夠進(jìn)行正常傳輸。于是設(shè)計(jì)的電路圖如下43A/D轉(zhuǎn)換將符合要求的電流轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，以方便之后的顯示與比較。因?yàn)槭且宦凤@示，所以在下面選擇數(shù)據(jù)的端口都接地。電路圖如下圖所示。LM35輸出/MA經(jīng)過(guò)放大后的電流/MA理論輸出實(shí)際輸出誤差/251503252502805622828030159830291誤差在合理范圍之內(nèi)，可以使用此溫度傳感器搭配AD0809使用。44E2PROM轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)形式可以通過(guò)28C64進(jìn)行，出來(lái)的為8421BCD碼。電路圖如下圖所示。45時(shí)鐘發(fā)生器測(cè)試出來(lái)的波形如下圖所示通過(guò)如圖附的公式可以比較簡(jiǎn)單地計(jì)算出所需要的電阻值。按照這樣的方式，出來(lái)的是640KHZ的方波。此處T1/640KHZ。46數(shù)據(jù)選擇器兩個(gè)數(shù)據(jù)選擇器是為了選擇8位的二進(jìn)制數(shù)。具體的選擇動(dòng)作由按鍵控制進(jìn)行。47數(shù)據(jù)比較器兩個(gè)數(shù)據(jù)比較器是為了比較8位的二進(jìn)制數(shù)。如上圖，即為電路連接圖。WARNING端輸出【報(bào)警】信號(hào)，用于顯示比較結(jié)果。設(shè)定值/實(shí)際值/是否報(bào)警2425是2525是2625否根據(jù)如上表格，48數(shù)字顯示電路通過(guò)給所有的數(shù)碼管供電測(cè)試看是否可以正常顯示【8】字符。通過(guò)向4511輸入下列數(shù)值測(cè)試看是否能輸出正常的數(shù)字。檢測(cè)用表格00000000110010200113010040101501106011171000810019結(jié)論兩個(gè)數(shù)碼管均能正常使用，同時(shí)，4511能正確將8421BCD碼轉(zhuǎn)化為可在數(shù)碼管上顯示的編碼。設(shè)計(jì)小結(jié)51設(shè)計(jì)任務(wù)完成情況在老師和同學(xué)們的幫助下，我完成了整個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，能夠正常顯示溫度，溫度比較部分可以正常工作。完成了實(shí)驗(yàn)當(dāng)初設(shè)定的目標(biāo)。52問(wèn)題及改進(jìn)在板子的設(shè)計(jì)與搭建的過(guò)程中，確實(shí)遇到了或這樣或那樣的困難，不過(guò)我在老師和同學(xué)們的幫助之下，的確解決了某些存在的問(wèn)題。起初，LM35搭建是順利的。然而發(fā)現(xiàn)其后的電壓放大部分有問(wèn)題放大端出來(lái)的是15V的恒壓，完全不是預(yù)估值400MV左右的正常值。斷開(kāi)后發(fā)現(xiàn)電流輸出200MV的電壓，正常。排查連線后發(fā)現(xiàn)是圖紙當(dāng)中TL084的引腳使用錯(cuò)誤，在第一級(jí)誤將地端的信號(hào)進(jìn)行反饋，完全忽略了信號(hào)的傳送。之后將圖紙改好后連線，電路恢復(fù)正常。之后也遇到了各種小問(wèn)題比如說(shuō)管腳連接錯(cuò)誤或者是管腳虛接。按照書(shū)中所說(shuō)的“分段查找”的方式進(jìn)行排查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)確實(shí)是自己的連線出現(xiàn)了問(wèn)題。排除錯(cuò)誤后，還要照著剛剛的檢查方式再查驗(yàn)一遍，以免忽略了還未暴露的問(wèn)題。另外，要十分注意短接的問(wèn)題。遇到了短接，輕則燒壞連接線、電阻芯片，重則燒壞電路、電源。所以，如果遇到一些異常情況，一定要先排查是否是電路短接造成的，在造成無(wú)法挽回的影響之前將電路斷掉。比方說(shuō)，如果用學(xué)生電源來(lái)為整套電路供電，供電時(shí)電流過(guò)大或者是電壓意外下降，都是因?yàn)殡娐樊?dāng)中的某部分短接。除了短接，若是某些芯片極性接反或是某些引腳接錯(cuò)，都會(huì)導(dǎo)致芯片溫度急劇上升。若是沒(méi)有及時(shí)切斷電源，那么芯片就會(huì)報(bào)廢。所以說(shuō)，在檢測(cè)設(shè)備的時(shí)候需要時(shí)刻注意芯片的溫度動(dòng)向。在燒錄28C64的時(shí)候，需要注意是否真正地?zé)涍M(jìn)芯片內(nèi)了，需要再次進(jìn)行驗(yàn)證。在顯示部分，最好能夠獨(dú)立測(cè)試一下，否則出現(xiàn)亂碼無(wú)法搞清楚到底是前面的轉(zhuǎn)碼部分還是后面的譯碼部分出了差錯(cuò)。通過(guò)這個(gè)實(shí)踐周的安排，我們掌握了從設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)圖到出組建好的成品的幾乎所有的步驟。我的方案并不是通過(guò)面包板實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槲覔?dān)心接線比較多，面包板可靠性并不是那么好，連接到后面可能會(huì)遇到或這或那的問(wèn)題。然而通過(guò)焊接進(jìn)行的話，可能會(huì)有虛焊，而且排錯(cuò)也比較困難。不過(guò)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性還是可以保證的。53心得體會(huì)我在整個(gè)系統(tǒng)的制作過(guò)程中，的確遇到了挺多的問(wèn)題。然而，通過(guò)之前的改進(jìn)方式，可以基本上解決所有的問(wèn)題，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，我在此次實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，使用了ALTIUMDESIGNER、MULTISIM等軟件進(jìn)行仿真以及設(shè)計(jì)。感覺(jué)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我遇到的問(wèn)題基本上是操作不夠熟練造成的。所以我希望能夠有更多類似的實(shí)驗(yàn)周的機(jī)會(huì)，就像校級(jí)電賽、省級(jí)電賽、電賽國(guó)賽等等比賽那樣，能夠不斷鍛煉一個(gè)人的各方面的水平，讓他的學(xué)習(xí)新鮮事物的技能得以提升，在以后的工作、學(xué)習(xí)當(dāng)中，不管遇到什么困難，都能用自己的方式來(lái)解決困難，讓自己的能力到達(dá)一個(gè)新的高度。另外，同學(xué)們的互相幫助的作用也不能小視。大家雖然開(kāi)始設(shè)計(jì)的圖不盡相同，但是功能、系統(tǒng)架構(gòu)等等都是差不多的。在遇到問(wèn)題的時(shí)候，多去請(qǐng)教身邊的良師益友，會(huì)有意想不到的收獲。平常不算很顯眼的同學(xué)，在實(shí)驗(yàn)周的設(shè)計(jì)