电子技术综合设计谯蓉

1、 成都信息工程学院电子工程学院电子综合设计总结报告题 目： 低频信号函数发生器 及直流小电机测速系统 专 业： 雷电防护科学与技术 班 级： 08级1班 姓 名： 张恺（2008024023） 李迪（2008024002） 指导教师： 张素娟 评 分： 2011年 12月 4日目 录1项目计划11.1方案可行性分析11.2项目执行计划12设计说明22.1各单元模块设计原理22.2各单元模块设计流程72.3部分源程序及注解83调试说明103.1调试方法及歩棸103.2调试数据113.3 误差分析114总结125参考文献126附录136.1PCB图136.2实物图131 项目计划1.1 方案可行性

2、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

3、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。第十二周：完成所有作品任务，检查并上交作品。2 设计说明2.1 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本次设计所研究的就是对

4、所需的某种波形输出对应的数字信号，在通过DA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，DA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：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3 根据直流电

5、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)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)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)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)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，达到直流电机的调速的目的。改变直流电机电枢电压，可通过PWM控制的降压

6、斩波器进行斩波调压13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11.1.1 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 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

7、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：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

8、设计电路图如图7：图7 液晶接口模块电路设计图2.1.6 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主程序：11.3 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;i<50;i+) AD_val+=AD_get(ch

9、annel); /转换50次求平均值(提高精度)AD_val/=50;AD_val=(AD_val*50)/1024; /AD的参考电压是单片机上的5v，所以乘5即为实际电压值if(AD_val>ADC_MAX)LED_High=0;/上限报警 else if(AD_val<=ADC_MIN)LED_Low=0;/下限报警elseADC10_Buf0=AD_val/10;ADC10_Buf1=8;ADC10_Buf2=AD_val%10;LED_Low=1; LED_High=1;向DS1302写入时钟数据：void Ds1302_Write_Time(void) unsigned

10、 char i,tmp;for(i=0;i<8;i+) /BCD处理tmp=time_buf1i/10;time_bufi=time_buf1i%10;time_bufi=time_bufi+tmp*16; Ds1302_Write_Byte(DS1302_control_add,0x00);/关闭写保护 Ds1302_Write_Byte(DS1302_sec_add,0x80);/暂停 /Ds1302_Write_Byte(ds1302_charger_add,0xa9);/涓流充电 Ds1302_Write_Byte(DS1302_year_add,time_buf1);/年 Ds

11、1302_Write_Byte(DS1302_month_add,time_buf2);/月 Ds1302_Write_Byte(DS1302_date_add,time_buf3);/日 Ds1302_Write_Byte(DS1302_day_add,time_buf7);/周 Ds1302_Write_Byte(DS1302_hr_add,time_buf4);/时 Ds1302_Write_Byte(DS1302_min_add,time_buf5);/分Ds1302_Write_Byte(DS1302_sec_add,time_buf6);/秒Ds1302_Write_Byte(DS

12、1302_day_add,time_buf7);/周 Ds1302_Write_Byte(DS1302_control_add,0x80);/打开写保护 从DS1302读出时钟数据：void Ds1302_Read_Time(void) unsigned char i,tmp;/time_buf0=0x50;time_buf1=Ds1302_Read_Byte(DS1302_year_add);/年 time_buf2=Ds1302_Read_Byte(DS1302_month_add);/月 time_buf3=Ds1302_Read_Byte(DS1302_date_add);/日 tim

13、e_buf4=Ds1302_Read_Byte(DS1302_hr_add);/时 time_buf5=Ds1302_Read_Byte(DS1302_min_add);/分 time_buf6=(Ds1302_Read_Byte(DS1302_sec_add)&0x7F;/秒 time_buf7=Ds1302_Read_Byte(DS1302_day_add);/周 for(i=0;i<8;i+) /BCD处理tmp=time_bufi/16;time_buf1i=time_bufi%16;time_buf1i=time_buf1i+tmp*10; time_buf10=20;

14、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,0x00); 12 调试说明12.1 调试方法及歩棸12.1.1 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

15、，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放大倍数47.17846.77546.057表2

16、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

17、:2523:593.3 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