温度监测系统设计仿真与实现--模电课程设计.doc

课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 电信0804 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 温度监测系统设计仿真与实现 初始条件： 可选元件：热敏电阻，集成运算放大器，电容、电阻、电位器，二极管，led等；或自选元器件。直流电源12V，或自选电源。可用仪器：示波器，万用表，毫伏表等。要求完成的主要任务: （1）设计任务根据要求，完成对光控收音机电路的仿真设计、装配与调试。（2）设计要求错误！未找到引用源。 利用学过的集成运算放大器构成的比较器、振荡电路等应用电路进行设计；当温度在设定范围内时报警电路不工作；当温度低于下限值或高于上限值时，声光报警；上、下限报警led用不同颜色。错误！未找到引用源。 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。（用Proteus画电路原理图并实现仿真）错误！未找到引用源。 安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。时间安排：1、 2010 年1月11日 至2010年1月15日，完成仿真设计、制作与调试；撰写课程设计报告。 2、 2010 年1月16日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。参考文献康华光.电子技术基础 模拟部分（第五版）武汉：华中科技大学出版社2006谢自美.电子线路设计，实验，测试（第二版）武汉华中科技大学出版社2000U.Tietze Ch.Schenk.Electronic Circuits.Handbook for Design and Application,Berrlin,newyork:Springer-Verlag,2005指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 目录1. 精密双限温度报警仪设计与制作1.1设计任务 21.2主要技术指标 2 1.3主要参考电路 31.4基本原理 3 1.5电路特点 42电路模拟与仿真（EWB仿真软件）2.1仿真平台和仿真软件 42.2创建电路模拟图 72.3仿真设置 82.4仿真记录与结果分析 93实际电路的安装调试 3.1安装线路的过程 113.2调试方法，过程，测量等 123.3分析调试结果，对电路进行改进 124.心得体会 135参考文献 146成绩评定表 15 1. 精密双限温度报警仪设计与制作1.1设计任务 通过Proteus软件仿真精密双限温度报警仪设计，在老师点拨我们自学的基础上了解了运放的作用，用了比较器，震荡电路等知识，根据找到的电路图进行仿真，调试电路，明白了温度报警的意义。1.2主要技术指标1.2.1 当温度在设定范围内时报警电路不工作；1.2.2 当温度低于下限值或高于上限值时，声光报警；1.2.3 上下限低于报警led用不同颜色；1.2.4 上下限可调；1.2.5 控温精度度 1；1.2.6 监测范围 0.5oC1.3主要参考电路1.4基本原理集成运算放大器A1、A2构成单门限比较器，A3、A4构成多谐振荡电路。 电路中的温度传感器Rt（可用一般电位器替代）与W3串联，分压值为Va，分别加在运放A1、A2同相端与反相端上，与上、下限设置温度W1、W2的分压比较，当Va介于上限、下限电压值之间时，A1、A2均输出高电平，D1、D2反偏截止均不亮，D3导通；当Va大于W1的分压时，A1输出低电平，D1发光，b点电位被钳制，D3反偏，C1经Rf1充放电。C1电压高于A3同相端电压时，C1放电，反之充电，周而复始即产生振荡。调整C1、Rf1可改变振荡频率。同样，A3及外部电路产生一个较低的的振荡频率，并控制A3驱动喇叭发出间断的报警声。同理，当Va小于W2的分压值时，A2输出低电平，b点电压仍被D2钳制，同样使后极电路振荡报警。1.5电路特点 电路可以监测在一定温度下的环境，当高于上限或低于下限时会亮红灯并报警，可以很好用于很多温度监测领域。2电路模拟与仿真（EWB仿真软件）2.1仿真平台和仿真软件Windows xp和Proteus7汉化版Proteus与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。 (1)proteus的工作过程 运行proteus的ISIS程序后，进入该仿真软件的主界面。在工作前，要设置view菜单下的捕捉对齐和system下的颜色、图形界面大小等项目。通过工具栏中的p(从库中选择元件命令)命令，在pickdevices窗口中选择电路所需的元件，放置元件并调整其相对位置，元件参数设置，元器件间连线，编写程序；在source菜单的Definecodegenerationtools菜单命令下，选择程序编译的工具、路径、扩展名等项目；在source菜单的Add/removesourcefiles命令下，加入单片机硬件电路的对应程序；通过debug菜单的相应命令仿真程序和电路的运行情况。 (2)Proteus软件所提供的元件资源Proteus软件所提供了30多个元件库，数千种元件。元件涉及到数字和模拟、交流和直流等。 (3)Proteus软件所提供的仪表资源 对于一个仿真软件或实验室，测试的仪器仪表的数量、类型和质量，是衡量实验室是否合格的一个关键因素。在Proteus软件包中，不存在同类仪表使用数量的问题。Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似但功能更多。 (4)Proteus软件所提供的调试手段 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。对于单片机硬件电路和软件的调试，Proteus提供了两种方法：一种是系统总体执行效果，一种是对软件的分步调试以看具体的执行情况。 对于总体执行效果的调试方法，只需要执行debug菜单下的execute菜单项或F12快捷键启动执行，用debug菜单下的pauseanimation菜单项或pause键暂停系统的运行；或用debug菜单下的stopanimation菜单项或shift-break组合键停止系统的运行。其运行方式也可以选择工具栏中的相应工具进行。 对于软件的分步调试，应先执行debug菜单下的start/restartdebugging菜单项命令，此时可以选择stepover、stepinto和stepout命令执行程序(可以用快捷键F10、F11和ctrl+F11)，执行的效果是单句执行、进入子程序执行和跳出子程序执行。在执行了start/restartdebuging命令后，在debug菜单的下面要出现仿真中所涉及到的软件列表和单片机的系统资源等，可供调试时分析和查看。Proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，真的很不错。可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外围电路（如LCD，RAM，ROM，键盘，马达，LED，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件，.）其实proteus与multisim比较类似，只不过它可以仿真MCU！当然，软件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相应的仿真模型，用开发板和仿真器当然是最好选择，可是估计初学者有的可能性比较小吧？如果你在学51单片机，如果你想自己动手做做LCD，LED，AD/DA，直流马达，SPI，IIC，键盘，.的小实验的话，试一下吧，不会让你失望的！用51不管你是用汇编或是C编程当然要用keil啦，uvisoin3有不少新特性呢！使用keilc51v7.50+proteus6.7可以像使用仿真器一样调试程序，一般而言，微机实验中用万利仿真器+电工系自己做的实验板的实验都可以做得到吧！当然，硬件实践还是必不可少的！ 本方案只是在没有硬件的情况下让你能像pspice仿真模拟/数字电路那样仿真MCU及外围电路。另外，即使有硬件，在程序编写早期用软件仿真一下也不错的！ 1Proteus介绍 Proteus与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。 (1)proteus的工作过程 运行proteus的ISIS程序后，进入该仿真软件的主界面。在工作前，要设置view菜单下的捕捉对齐和system下的颜色、图形界面大小等项目。通过工具栏中的p(从库中选择元件命令)命令，在pickdevices窗口中选择电路所需的元件，放置元件并调整其相对位置，元件参数设置，元器件间连线，编写程序；在source菜单的Definecodegenerationtools菜单命令下，选择程序编译的工具、路径、扩展名等项目；在source菜单的Add/removesourcefiles命令下，加入单片机硬件电路的对应程序；通过debug菜单的相应命令仿真程序和电路的运行情况。 (2)Proteus软件所提供的元件资源Proteus软件所提供了30多个元件库，数千种元件。元件涉及到数字和模拟、交流和直流等。 (3)Proteus软件所提供的仪表资源 对于一个仿真软件或实验室，测试的仪器仪表的数量、类型和质量，是衡量实验室是否合格的一个关键因素。在Proteus软件包中，不存在同类仪表使用数量的问题。Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似但功能更多。 (4)Proteus软件所提供的调试手段 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。对于单片机硬件电路和软件的调试，Proteus提供了两种方法：一种是系统总体执行效果，一种是对软件的分步调试以看具体的执行情况。 对于总体执行效果的调试方法，只需要执行debug菜单下的execute菜单项或F12快捷键启动执行，用debug菜单下的pauseanimation菜单项或pause键暂停系统的运行；或用debug菜单下的stopanimation菜单项或shift-break组合键停止系统的运行。其运行方式也可以选择工具栏中的相应工具进行。 对于软件的分步调试，应先执行debug菜单下的start/restartdebugging菜单项命令，此时可以选择stepover、stepinto和stepout命令执行程序(可以用快捷键F10、F11和ctrl+F11)，执行的效果是单句执行、进入子程序执行和跳出子程序执行。在执行了start/restartdebuging命令后，在debug菜单的下面要出现仿真中所涉及到的软件列表和单片机的系统资源等，可供调试时分析和查看。 2实验的组织 在单片机的理论教学和实验中，所涉及到的内容包括了四方面，即单片机系统资源、软件技术、硬件接口电路、软件和硬件结合的应用系统。因此教师在进行教学时，应该充分考虑课程的特点并作合理的模块划分，在每次实验课程前作适当的准备工作，以使教学任务能集中和突出。以下例子中所涉及到的单片机均为51系列。 (1)系统资源的实验教学 任何一种单片机均提供了一定的系统资源。对于51系列单片机来讲，其所提供的资源是以寄存器和存储器的方式体现出来的。对于寄存器内容的查看，可以采用多种可以模拟仿真51单片机的软件来实现。对于Proteus软件来讲，可以执行在debug菜单下registers菜单项命令打开相应的窗口。对于系统内部存储器的查看，同样是执行debug菜单下的internalmemory菜单项命令打开相应的窗口。 (2)软件技术 在软件技术的实验中所涉及到的内容主要包括对语言中具体语句的执行效果验证、算法的具体实现、程序中语法错误的检查和逻辑错误的验证等内容。对于纯软件的实验教学内容，教师在实验设置时应充分考虑到学生的能力并作好具体的准备工作，以达到预期的教学目的。例如，对于两个16位二进制数的乘法运算R4R5R6R7=R3R4R5R6R7的汇编语言实现。为了较为直观地验证程序执行的正确性，教师在之前应该设计一个硬件电路，能完成数据的输入(带显示)和结果的输出(显示)，并设计主程序、bcd码到二进制的转换、二进制码到bcd码的转换、bcd码到显示码的转换、显示等程序的设计，学生只在实验中进行乘法运算的算法设计并作为子程序加入系统中即可。 (3)硬件接口电路 单片机的接口电路所涉及到的知识涵盖了电子电路设计的相关领域，也涉及到单片机应用系统具体的工作需要。接口电路部分涉及到线路的连接、元器件的选择、工作方式的设置、电路工作的稳定性和可靠性、电路的空间需求等等许多方面的知识和内容；但就学生实验来讲，所涉及到的并不需要这么全面。作为Proteus仿真软件，其仿真电路时所模拟的元件真实工作情况，和单片机应用系统的实际工作环境还是有一定的差别。因此只能根据教学的需要，让学生自行设计电路并设置其工作方式。其实验可以通过两种方式组织实施，一是根据具体的要求，让学生设计接口电路并编写相应的程序；一是根据程序的要求，设计单片机接口电路。例如，对于键盘输入和显示(数码管)接口电路的设计，可以采用比较多的方法来实现。选择何种方法，与键盘中键的数量和数码管的个数以及显示的方式等都有关系。选择一种采用几种方法都能实现的键盘键数(如12个)和显示位数(如4位或4位半)，提出具体的诸如必须预留的口地址、成本控制等要求，让学生自行设计接口电路。当然，对于如A/D转换等接口电路的设计，教师应该在事先设计出单片机电路的其它部分，并以模块的方式进行处理，给学生提供电路的接口信号。 (4)软件和硬件结合的应用系统 软件和硬件的结合，就是一个单片机的应用系统了。这一步的实验可以在课程设计中以课题的方式提出来处理，也可以将其分解成不同的接口部分在接口电路的多次实验中分次完成。在这一阶段，硬件电路的设计已经不是最为关键的了，而软件系统的设计、调试和运行才是实验的主要内容。因此可以以建议性的意见给出具体的硬件电路，并提出该电路所需要完成的具体工作，由学生进行软件的设计和调试。 (5)观摩实验 学生自行设计的硬件系统和软件，一般存在着某方面的不足，当给出了相应的实验设计任务后，学生就算能顺利的完成，但其中所涉及到的有些方式方法并不能在自己的设计中充分领悟。Protues系统提供了相应的一些范例，比如单片机系统中的计算器示例，当教师讲述了其中涉及到的所有(子)程序的功能并将其合理地组织在一起的时候，结合该系统的硬件，将对学生进行程序的设计和系统硬件的设计方法，产生比较大的影响。 2.2创建电路模拟图2.3仿真设置1N4148 2个 LED-GREEN 1个LED-RED 1个LM324 4个 POT-LIN（可调电阻） 3个 2.2k两个 5.9k一个 电阻 13个电容 4个 0.1uF三个 4.7uF一个9V电源 1个NTSD0WF104(热敏电阻) 1个Speaker（喇叭） 1个 2.4仿真记录与结果分析开始仿真时电路正常，绿灯亮；调节RV3的阻值到一定程度，喇叭会响，同时绿灯不亮了，红灯亮了，实现报警功能。喇叭也可以用示波器代替，就可以观察波形。一个热敏电阻和电压源接起来，设定一个温度，测电流，电压/电流 就得到0时阻值约为3欧姆;50时阻值约为12欧姆 。绿灯时喇叭处波形 红灯时喇叭处波形其他个别情况喇叭处波形3实际电路的安装调试3.1安装线路的过程由得到的仿真电路进行实际采购。采用的电路板是用只有焊点，并且焊点与焊点之间没有联系，这样就要进行锡桥的搭建。焊接注意事项 烙铁头的温度管理非常重要有温度调节的电烙铁，根据使用的焊锡,选择最合适的烙铁头温度设定非常重要。工作以前，用烙铁头测温计先测定烙铁头的温度很重要。 使用与厂家(例白光工具)配套的正宗烙铁头假冒烙铁头，孔径（放入发热芯）有大有小，套管的厚度也各有差异这些都造成电烙铁的性能不能发挥，有时会造成电烙铁故障的原因。 使用热回复性等热性能好的电烙铁在使用无铅焊锡进行焊接作业时，由于对零件的耐热性，安全作业的考虑，烙铁头的设定温度一般希望在350度370度以下。像白光HAKKO942这样的热回复好的电烙铁,把加热体/传感器/烙铁头一体化，从而使热回复性非常优秀。 有必要选定最合适的烙 根据电烙铁的不同焊接作业的不同，选择最合适的烙铁头是很重要的。合适的烙铁头可以降低烙铁头的温度，增加作业的效率。 烙铁头的维护也非常重要。与普通含水的海绵不同，需采用浸透助剂的金属丝，即不降低烙铁头的温度，又可以起到清洁的作用，还可以除去烙铁头表面的氧化物。尽可能设定烙铁头的低温度。10分钟以上不使用时，应切断电烙铁的电源。烙铁头氧化变黑时，首先用助焊剂的焊锡除去氧化物。如果不能除去时，先用浸透助剂的金属丝清洁器把表面的氧化物除去，然后涂上新的焊锡。所有的作业完成以后，应在烙铁头上涂上新的焊锡，在电焊台处收藏。 改善上锡能力随着无铅焊锡的使用，上锡能力/焊锡扩散性会有改善。1，首先用焊铁把要连接的焊点用锡填满；2，然后用焊铁的吸锡的特性把焊铁放到两个焊点的中央把焊铁上的锡有一定数量的时候可以进行两焊点的拖操作，继而可以产生锡桥把焊点连接起来。3