电子工程设计

1、电子工程设计电子工程设计-2、3电子工程设计训练内容电子工程设计训练内容传感器采集传感器采集变送器变送器模数转换器模数转换器无线通讯部分无线通讯部分小键盘小键盘LEDLED显示电路显示电路单片机电路单片机电路控制器件控制器件*驱动器驱动器*数模转换器数模转换器红外遥控部分红外遥控部分串行驱动串行驱动PCPC机机自由发挥选择内容自由发挥选择内容打印机打印机*打印驱动打印驱动*直流电源直流电源+5+5V V、12V12V信息控制与通讯系统框图信息控制与通讯系统框图第二阶段第二阶段计算机采集控制、软件编写调试，实现系统计算机采集控制、软件编写调试，实现系统的基本功能。的基本功能。1：模数转换电路的设

2、计、制作、调试、校准。：模数转换电路的设计、制作、调试、校准。2：数模转换电路设计、制作、调试。：数模转换电路设计、制作、调试。3：讲解数字电路的调试方法和故障分析。：讲解数字电路的调试方法和故障分析。4：单片机硬件电路设计、制作、调试、编程。：单片机硬件电路设计、制作、调试、编程。5：键盘显示电路设计、制作、调试。：键盘显示电路设计、制作、调试。6：温度闭环的自动控制。：温度闭环的自动控制。第三阶段（第三阶段（1）l打印与时钟的扩展设计打印与时钟的扩展设计1 1：打印机驱动及时钟电路的设计、制作、调试。：打印机驱动及时钟电路的设计、制作、调试。2 2：根据时间设定，完成定时控制。：根据时间设

3、定，完成定时控制。3 3：打印当前时间、温度值、过程曲线。：打印当前时间、温度值、过程曲线。l红外遥控系统红外遥控系统1 1：手持红外遥控电路的设计、制作、调试。：手持红外遥控电路的设计、制作、调试。2 2：能在遥控器上显示系统参数和控制系统工作。：能在遥控器上显示系统参数和控制系统工作。3 3：遥控距离不小于：遥控距离不小于5 5米。米。* *第三阶段（第三阶段（2）lPCPC机控制温控系统的设计机控制温控系统的设计1 1：设计单片机系统板与：设计单片机系统板与PCPC机之间串行通讯的接机之间串行通讯的接 口电路。口电路。2 2：编写：编写PCPC机与单片机系统的串行通讯软件，完机与单片机系

4、统的串行通讯软件，完 成基本通讯功能。成基本通讯功能。3 3：在：在PCPC机上能动态显示测量温度。机上能动态显示测量温度。4 4：通过：通过PCPC机上编程实现单片机温控系统的闭环机上编程实现单片机温控系统的闭环 控制。控制。如何进行硬件系统设计？（如何进行硬件系统设计？（1 1）1 1）对整个系统的功能要求、信息来源、被控对）对整个系统的功能要求、信息来源、被控对象、技术指标做全面的分析。明确系统各部象、技术指标做全面的分析。明确系统各部分的具体功能要求。分的具体功能要求。温控系统（温控系统（22）、传感器（类型）、）、传感器（类型）、A/DA/D（转换精度）、显示（显示位数、器件）、转换

5、精度）、显示（显示位数、器件）、键盘（键数量）、键盘（键数量）、D/AD/A、打印、时钟、通讯等。打印、时钟、通讯等。如何进行硬件系统设计？（如何进行硬件系统设计？（2 2）2 2）根据系统要求确定相应的硬件）根据系统要求确定相应的硬件为了便于操作将系统分成几个模块分别进为了便于操作将系统分成几个模块分别进行设计调试。行设计调试。3 3）整体电路设计）整体电路设计单片机资源的分配，包括：单片机资源的分配，包括：I/OI/O、内部内部RAMRAM、定时器、中断源、串口，外部功能部件的定时器、中断源、串口，外部功能部件的地址空间分配。地址空间分配。实验模板简介实验模板简介变送器变送器A/D稳压电源

6、稳压电源D/A单片机单片机显示键盘控制显示键盘控制45键盘键盘红外控制红外控制时钟打印时钟打印电源电源输出输出恒流源恒流源1：模数及数模转换电路：模数及数模转换电路l完成电路设计，画出电路原理图。完成电路设计，画出电路原理图。l完成完成A/DA/D（ADC0804ADC0804）、）、D/AD/A（DAC0832DAC0832）电电路板的焊接调试。路板的焊接调试。l在教学模板上完成数据采集和输出控制。在教学模板上完成数据采集和输出控制。2：单片机电路：单片机电路l完成外围电路设计，画出电路原理图。完成外围电路设计，画出电路原理图。 外围电路包括：复位、振荡器、译码电外围电路包括：复位、振荡器、

7、译码电路路* *、数据缓冲驱动电路等。、数据缓冲驱动电路等。l线路板的焊接调试。线路板的焊接调试。l仿真器的使用。仿真器的使用。l通过仿真器能从通过仿真器能从A/DA/D读取一个数，即温度读取一个数，即温度变化值。变化值。3：显示电路：显示电路l4 4位位LEDLED数码管显示数码管显示。（。（双字符共阴显示）双字符共阴显示）要求：能显示出变化的温度值。要求：能显示出变化的温度值。l电路原理设计电路原理设计动态刷新方法（动态刷新方法（82798279）静态锁存方法（并行静态锁存方法（并行/ /串行锁存，串行锁存，7474LS273LS273）l电路板焊接调试电路板焊接调试通过编程将从通过编程将

8、从A/DA/D采集的数据转换成温度显采集的数据转换成温度显示出来。示出来。4：键盘电路：键盘电路l4 4行行5 5列键盘。列键盘。要求：要求：1 1）能读键值（按下一个键能在仿真）能读键值（按下一个键能在仿真器中读出）。器中读出）。 2 2）通过键盘输入数据控制）通过键盘输入数据控制D/AD/A产生温产生温度变化。度变化。5：闭环控制（软件编程）：闭环控制（软件编程）测控对象测控对象加热加热制冷制冷温度传感器温度传感器A/D实测实测单片机单片机键盘键盘设置设置实测设置实测设置实测设置实测设置D/AA/D的相关知识（的相关知识（1）l什么是什么是A/DA/D（模数转换）？模数转换）？将模拟信号转

9、换成计算机能识别的数字信号。将模拟信号转换成计算机能识别的数字信号。lA/DA/D转换器的技术指标转换器的技术指标1 1）分辨率（转换位数）分辨率（转换位数）用输出二进制数或用输出二进制数或BCDBCD码位数表示。码位数表示。例：例： AD0804AD0804的分辨率是的分辨率是8 8位位那么转换后输出数据可用那么转换后输出数据可用2 28 8个二进制数进行量个二进制数进行量化。用百分数表示：化。用百分数表示：1/ 21/ 28 8=0.0244%=0.0244%A/D的相关知识（的相关知识（2）例：例： 5 5G14433G14433的分辨率为的分辨率为3 3（1/21/2）位）位那么转换后

10、输出数据满度为那么转换后输出数据满度为19991999。用百分数。用百分数表示：表示：1/1999=0.05%1/1999=0.05%2 2）转换时间（）转换时间（A/DA/D完成一次转换所需的时间）完成一次转换所需的时间）高速高速A/DA/D（并行）：几十并行）：几十nsns中速（逐次比较式）：几中速（逐次比较式）：几usus十几十几usus低速（双积分型）：低速（双积分型）：msms级级A/D的相关知识（的相关知识（3）3 3）转换精度（反映实际）转换精度（反映实际A/DA/D与理想与理想A/DA/D差别）差别）通常转换精度对应的误差是不可调整的，它不通常转换精度对应的误差是不可调整的，它

11、不包括量化误差（由分辨率引起的误差）。它包括量化误差（由分辨率引起的误差）。它是器件本身固有的。是器件本身固有的。4 4）其他指标）其他指标温度系数、电源电压变化的抑制比等。温度系数、电源电压变化的抑制比等。A/D的相关知识（的相关知识（4）逐次比较式逐次比较式ADC0801-ADC0801- 0805 0805双积分式双积分式ICL7109ICL71095G144335G14433量化反馈式量化反馈式并行并行A/DA/D其他：串行、其他：串行、多通道多通道种类多、数量种类多、数量大，应用最广。大，应用最广。仪器仪表、非仪器仪表、非快速前向通道快速前向通道用量最小用量最小新型应用领新型应用领域

12、域8-138-13位二进制，位二进制，中速（中速（us）1212位、位、3 3（1/21/2）慢速（慢速（msms）位数低位数低速度快（速度快（ns）外围简单、外围简单、体积小、速体积小、速度较高度较高价格较低价格较低较低、高分辨较低、高分辨率性价比高率性价比高价格高价格高价格较高价格较高A/D电路的设计（电路的设计（1）1 1）温度测量范围：）温度测量范围：01000100 温度测量误差：小于等于温度测量误差：小于等于222 2）选择）选择A/DA/D分辨率：以分辨率：以ADC0804ADC0804为例为例分辨率为分辨率为2 28 8=256=256bitbit，100100256=0.39

13、/1bit256=0.39/1bit即：即：1 1bitbit反映出反映出0.390.39的变化。的变化。3 3）选择）选择A/DA/D转换时间：转换时间：ADC0804ADC0804转换时间转换时间100100usus由于温度是一个缓慢变化量，所以由于温度是一个缓慢变化量，所以100100usus可以满可以满足设计要求。足设计要求。A/D电路的设计（电路的设计（2）4）选择接口方式选择接口方式并口：硬件外围电路复杂，编程容易。并口：硬件外围电路复杂，编程容易。串口：外围电路简单，编程复杂。串口：外围电路简单，编程复杂。一般信号包括：串行数据线、串行时钟一般信号包括：串行数据线、串行时钟并口并

14、口A/D数据总线（数据总线（8 8位位）控制总线控制总线A/D电路的设计（电路的设计（3）5 5）参考电压）参考电压模拟量变化范围：模拟量变化范围：01000100转换为电信号范围：转换为电信号范围：0505V VA/DA/D的参考电压（的参考电压（V VREFREF）一般为满量程的一半。一般为满量程的一半。6 6）外围电路、工作方式的设计）外围电路、工作方式的设计参考电压、时钟电路、积分电路、片选、读写参考电压、时钟电路、积分电路、片选、读写信号等。信号等。工作方式：查询方式、中断方式。工作方式：查询方式、中断方式。A/D电路的设计（电路的设计（4）7 7）温度、采样值、参考电压之间的关系）

15、温度、采样值、参考电压之间的关系温度（温度（C C）：）：01000100对应对应05V05V（A/DA/D输入）输入）采样值（采样值（D DHEXHEX）：）：00H0FFH00H0FFH（1 1）设设A/DA/D参考电压为参考电压为2.52.5V V （2 2）设设A/DA/D参考电压为参考电压为3.23.2V VC=C=D DHEXHEX0 0FFHFFH 100100C=?C=?A/D电路的设计（电路的设计（5）8 8）ADC0804ADC0804数据线数据线读写控制读写控制片选片选时钟输入时钟输入中断申请中断申请模拟输入模拟输入参考电压参考电压A/D电路的设计（电路的设计（6）8 8

16、）ADC0804ADC0804A/D电路的设计（电路的设计（7）+5V+5V模数输入模数输入-12V-12V+12V+12VGNDGND+5V+5VP3.2ALERSTWRD0RDD1A4D2A3D3A2D4A1D5C4D6C3D7C2P3.4C1GNDGND9 9）插座）插座 定义定义 说明说明A/D电路电路P13图六图六P13图一图一A/D电路的设计（电路的设计（8）+5V+5VP3.2ALERSTWRD0RDD1A4D2A3D3A2D4A1D5C4D6C3D7C2P3.4C1GNDGND9 9）插座）插座 定义定义 说明说明D/A片选片选A/D片选片选数据总线数据总线中断输入中断输入写信

17、号写信号读信号读信号D/A的相关知识（的相关知识（1）l什么是什么是D/AD/A（数模转换）？数模转换）？将一个数字量转换成一个模拟量。将一个数字量转换成一个模拟量。lD/AD/A转换器的性能指标转换器的性能指标主要有静态指标、动态指标。主要有静态指标、动态指标。1 1）分辨率（静态指标）分辨率（静态指标）单位数码变化所对应输出模拟量（电压或电单位数码变化所对应输出模拟量（电压或电流）的变化量。通常用输入数字量的位数或流）的变化量。通常用输入数字量的位数或最大输入码的个数表示。最大输入码的个数表示。D/A的相关知识（的相关知识（2）如：如：8 8位二进制位二进制D/AD/A，分辨率为分辨率为8

18、 8位位 =1/256=0.39%=1/256=0.39% 4 4字位字位9999 9999 D/AD/A，分辨率为分辨率为 =1/9999=0.01%=1/9999=0.01%由此可知，由此可知，D/AD/A位数越多，分辨率就越高。位数越多，分辨率就越高。D/A的相关知识（的相关知识（3）2 2）建立时间（动态指标）建立时间（动态指标）是指输入数字量变化后，输出模拟量稳定到是指输入数字量变化后，输出模拟量稳定到相应数值内所经历的时间。相应数值内所经历的时间。超高速：超高速：100100100ususD/A电路的设计（电路的设计（1）1 1）了解控制对象）了解控制对象（1 1）加热制冷驱动电路

19、的输入：）加热制冷驱动电路的输入：-10-10V+10VV+10V（2 2）分辨率采用分辨率采用8 8位位（3 3）有无速度要求）有无速度要求2 2）选择接口方式选择接口方式3 3）选择参考电压）选择参考电压4 4）电路设计）电路设计注意：注意：D/AD/A的输出信号是电压还是电流。的输出信号是电压还是电流。D/A电路的设计（电路的设计（2）+5V+5V数模输出数模输出-12V-12V+12V+12VGNDGND+5V+5VP3.2ALERSTWRD0RDD1A4D2A3D3A2D4A1D5C4D6C3D7C2P3.4C1GNDGND5 5）插座）插座 定义定义 说明说明D/A电路电路P13图

20、六图六P13图一图一D/A电路的设计（电路的设计（3）+5V+5VP3.2ALERSTWRD0RDD1A4D2A3D3A2D4A1D5C4D6C3D7C2P3.4C1GNDGND5 5）插座）插座 定义定义 说明说明D/A片选片选A/D片选片选数据总线数据总线中断输入中断输入写信号写信号读信号读信号D/A电路的设计（电路的设计（4）6 6）DAC0832DAC0832数据线数据线数据线数据线片选片选电流输出电流输出参考电压参考电压反馈输入反馈输入数据允许输入端数据允许输入端数据传数据传送信号送信号写选通写选通D/A电路的设计（电路的设计（5）6 6）DAC0832DAC0832DAC0832D

21、AC0832内部框图内部框图单片机电路的设计（单片机电路的设计（1）单片机单片机P0P2P1地址地址锁存器锁存器 高高8位地址位地址低低8位地址位地址16位位地址地址总线总线数据数据总线总线 8位数据线位数据线ALERDWR控制控制总线总线复位复位振荡器振荡器单片机电路的设计（单片机电路的设计（2）外部数据存储器外部数据存储器外部程序存储器外部程序存储器外部存储器扩展外部存储器扩展A/D4位显示位显示D/A键盘键盘时钟打印时钟打印AT89C51/52RDWR单片机单片机EAVCC/GND译码电路的设计（译码电路的设计（1）A/D4位显示位显示D/A键盘键盘时钟打印时钟打印地址空间的分配地址空间

22、的分配16位地址（位地址（A0A15）寻址范围：寻址范围：0000HFFFFH地址地址锁存器锁存器A8A15 高高8位地址位地址A0A7低低8位地址位地址P2P0译译码码电电路路译码电路的设计（译码电路的设计（2）l线性选择法线性选择法将空余的地址总线中的某一根地址线作为外部功将空余的地址总线中的某一根地址线作为外部功能器件的片选信号线。能器件的片选信号线。优点：不需地址译码。优点：不需地址译码。缺点：扩展器件数目受到限制。缺点：扩展器件数目受到限制。l地址译码法地址译码法利用译码器芯片（利用译码器芯片（74LS138、139）进行编码。进行编码。优点：可以扩大扩展器件数目。优点：可以扩大扩展

23、器件数目。译码电路的设计（译码电路的设计（3）单片机单片机线性选择法线性选择法A/DD/AP2.7P2.6CSCSA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0地址地址A/D01*4000H7FFFHD/A10*8000HBFFFH译码电路的设计（译码电路的设计（4）单片机单片机地址译码法地址译码法1A/DD/AP2.7P2.6CSCSA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0地址地址A/D000*0000H1FFFHD/A001*2000H3FFFHP2.53-8译码器译码器ABCQ0Q1Q7译码电路的设计（译码电路的设计（5）

24、单片机单片机地址译码法地址译码法2P2.7P2.6A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0地址地址A/D? ? ? *?D/A? ? ? *?P2.53-8译码器译码器（1）ABCQ0Q1Q73-8译码器译码器（2）ABCQ0Q1Q7CSA0A1A2A/DD/ALED数码管显示原理（数码管显示原理（1）双字符共阳数码管结构双字符共阳数码管结构1abcdefgdp+abcdefgdpLED数码管显示原理（数码管显示原理（2）双字符共阳数码管结构双字符共阳数码管结构2abcdef.g3005VQ7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0显示显示字符字符dpabcdefg显示

25、显示编码编码Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0“3” 1000011086H“4” 11001100CCH静态显示原理（静态显示原理（1）锁存锁存锁存锁存锁存锁存锁存锁存数据总线数据总线123486HCCH选通选通1选通选通2选通选通3选通选通4静态显示原理（静态显示原理（2）数据选通数据选通工作时序工作时序选通选通1选通选通2选通选通3选通选通4数据数据86HCCH键盘扫描工作原理键盘扫描工作原理行扫信号行扫信号产生电路产生电路列扫状态信号列扫状态信号读取电路读取电路D0D4选通选通选通选通Q0Q1Q2Q30EH0DH0BH07HB=0B=1B=2B=35VD0D1D2D3D401H02H03H04H8279显示键扫电路设计（显示键扫电路设计（1）l可编程键盘、显示芯片可编程键盘、显示芯片l单个芯片可以组成单