温度监控报警系统设计

/单片机课程设计报告题目：温度监控报警系统专业：通信工程班级：姓名：指导老师：成绩：___________________________电气工程系2011年12月15日课程设计任务书一、设计目的驾驭方波——正弦波信号发生器的原理及设计方法。驾驭迟滞型比较器的特性参数的计算。了解单片集成函数发生器的工作原理及应用。能够运用电路仿真软件进行电路调试。驾驭电子系统的一般设计方法。培育综合应用所学学问来指导实践的实力。驾驭常用元器件的识别和测试。熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法。一、任务设计并制作一台信号发生器，使之能产生正弦波、方波。二、设计要求1．信号发生器能产生正弦波、方波；2输出信号频率在1Hz～1MHz范围内可调，输出信号频率步进间隔最小为1Hz；输出信号频率值可通过键盘进行设置；3.在1k负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0～5V范围内可调；4.输出信号波形无明显失真；频率稳定度：10-45.可实时显示输出信号的类型、幅度、频率和频率步进值；6.能产生双路信号，双路信号间相位可调。7.在50负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0～5V范围内可调，调整步进间隔为0.1V，输出信号的电压值可通过键盘进行设置。摘要波形发生器在一般的电子和通信试验中运用频率很高，目前我们试验室用的较多的波形发生器主要有两种：低频正弦波发生器和通用多波形发生器，前者只能产生正弦波，调整范围不大，但是信号稳定，失真度底，主要用在对波形有很高的要求的试验中；后者能产生正弦波、方波和三角波，也有的能产生三种以上波形。这两种波形发生器都比较昂贵，而在我们很多的试验中有的要求产生更多的波形种类和它们的谐波，有很多对于波形的要求不是很高，有的只是演示一下，在本课题中将这两方面的缺点结合起来加以改进，最大限度地利用单片机及其外围设备的资源，开发出能产生正弦、三角、方波、梯形、锯齿等多种波形和它们的谐波及组合波形，并可以依据实际状况的须要在波形存储器中写入不同的波形，可以随时添加，能满足一般的试验及演示的须要，并且成本很低，操作简洁便利。

关键字：单片机波形存储锁相环中断D/A转换A/D转换书目第一章总体方案设计 41.1原理框图 41.2函数发生器的总方案 4其次章单元电路的设计 52.1方波发生电路的工作原理 52.2矩形波发生电路 7第三章电路的参数选择及计算 103.1.方波中电容C1变更 103.3总电路图 113.4系统所需的元器件 12第四章测试结果分析和总结 12第五章参考文献 12第一章总体方案设计1.1原理框图1.2函数发生器的总方案函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波、矩形波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。依据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，运用的器件可以是分立器件(如低频信号函数发生器S101全部接受晶体管)，也可以接受集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步驾驭电路的基本理论及试验调试技术，本课题接受由集成运算放大器和晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波-锯齿波函数发生器的设计方法。产生矩形波、方波、三角波、锯齿波的方案有多种，本课题接受先产生方波—三角波，再将三角波变换成锯齿波和矩形波的电路设计方法本课题中函数发生器电路组成框图如上所示：由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到锯齿波的变换电路主要由比例运算放大器来完成，而三角波到矩形波的变换主要是通过比较器和积分器来实现的。其次章单元电路的设计2.1方波发生电路的工作原理集成运放A，电阻R1,R2,R3和双向稳压管组成反向滞回比较器，起开关作用；RC电路起反馈和延迟作用，电容C连到A的反向输入端，以限制滞回比较器的工作状态。滞回比较器输出电压Uo有两个工作状态：高电平+Uz和低电平-Uz，两个状态的翻转是通过RC电路的充放电变更滞回比较器的输入实现的。假设t=0时，电容C上电压Uo为0，输出电压为高电平，即Uo=+Uz，则集成运放同向输入端的电位U+=滞回比较器的第一阈值电压Uth1，即U1={R1/(R1+R2)}*Uz。输出端的高电平通过电阻R对电容C充电，电容电压Uc上升到略大于Uth1时，集成运放方向输入端电位U-大于同向输入端电压，输出电压发生越变，从高电平变为低电平；于是集成运放同向输入端电压立刻变为其次阈值电压Uth2，即U+=【-R1/(R1+R2)】*Uz，输出电压变为低电平后，电容C将通过R先放电再充电，电容电压Uc随时间下降，放电过程如下图（a）虚线所示。当Uc下降到略小于Uth2时，集成运放反向输入端电位小于同向输入端电位，滞回比较器输出状态发生另一次越变，输出电压从低电平重新跳回到高电平。C又重新充电，周期性地重复上述过程。在电路稳定以后，电容C的充放电时间常数相等，并且两次越变时电容电压变更的幅值也相等，所以在一个周期内Uo的凹凸电平常间相等，即Uo是连续的方波。如（b）所示。方波发生电路图2.2方波三角波转换原理方波三角波转换电路图波形图电压传输特性在图所示电路中，积分电路的输出电压Uo作为滞回比较器的输入电压，而滞回比较器的输出电压Uo1又作为积分电路的输入电压；由于接受反向电路取代RC电路，为满足相位关系，该电路选用同向滞回比较器。分析同向滞回比较器可得其输出凹凸电平和阈值电压Uoh=+Uz,Uol=-Uz;Ulrl=+R1*Uz/R2Uth2=-R1*Uz/R2当滞回比较器输出电压Uo1为高电平+Uz时，+Uz将通过电阻R对积分电容C反向充电，充电电流为-Uz/R，输出电压Uo按线性规律下降，当下降到滞回比较器的其次阈值电压时，集成运放A1的同向输入端电位U+=U-=0，再略下降就使得U+<U-，滞回比较器状态翻转，U01从+Uz下降到-Uz。此后，积分电容正向充电，充电电流为Uz/R，Uo按线形规律上升。当上升到滞回比较器的第一阈值时，A1的U+=U-=0，再略上升就使得U+>U-，U01从-Uz越变回到+Uz，电容又起先反向充电。如此周而复始，产生振荡。由于积分电路反向积分和正向积分的电流大小相等，使得UO在一个周期内的下降时间和上升时间相等，且斜率的确定值也相等，因而U0是三角波，U01是方波，波形如上图所示。2.3矩形波发生电路2.4三角波正弦波转换电路的工作原理三角波——正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰实力较强等优点。特殊是作为直流放大器，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。分析表明，传输特性曲线的表达式为：式中——差分放大器的恒定电流；——温度的电压当量，当室温为25oc时，UT≈26mV。假如Uid为三角波，设表达式为式中Um——三角波的幅度；T——三角波的周期。为使输出波形更接近正弦波，由图可见：传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。图为实现三角波——正弦波变换的电路。其中Rp1调整三角波的幅度，Rp2调整电路的对称性，其并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。电容C1,C2,C3为隔直电容，C4为滤波电容，以滤除谐波重量，改善输出波形。三角波—正弦波变换电路第三章电路的参数选择及计算3.1.方波-三角波中电容C1变更将C2从10uf（理论时可出来波形）换成0.1uf时，可得出波形。事实上，分析一下便知当C2=10uf时，频率很低，不简洁在实际电路中实现。3.2参数的选择频率：0～10MHz（正弦波、矩形波），0～200kHz(其它)，除干扰·DC电源：AC100v/120v/200v/230v+-10%(自动切换)电压设定量程：峰值±0.1V/±1V/±10V（辨别率0.01mV～1mV）最小负载阻抗：40Ω输出阻抗：50Ω±2%（DC）上升和下降时间：45ns以内（10～90%，设定为通过过滤器，矩形波）3.3总电路图先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，然后通过比较器形成锯形波，再通过比例运算放大器将三角波转换为锯齿波。图所示电路由四运放和少量电阻电容组成。以集成运放为核心器件可将图分为四个部分。设集成运放输出电压最大值为+Uom，最小值为-Uom。A1工作在开环状态，且同向输入端接地，组成过零比较器。其输出凹凸平确定于集成运放输出电压的幅值。A2,R1,C1组成积分电路，其输出电压为U02=-U01（t2-t1）/R1C1+U02(t1).A3组成电压比较器为单限比较器，其阈值电压为-Uref,输出电平为2U0，输出低电平为-Uom.A4、R2、C2组成积分电路A1及A2的电压传输特性3.4系统所需的元器件1模电试验箱2双踪示波器1台3沟通毫伏表4数字频率计5uA741*26电阻电容若干7试验板1台8二极管三极管若干第四章测试结果分析和总结我们已经成功完成了正弦波、方波、三角波电路的设计和实现。通过仿真和实际电路的调试都表明设计的电路原理正确，效果也很明显。由于时间比较紧，对于电路的定量分析方面的工作还有待于进一步深化。我们收获颇多。在这几天的时间里，我们做了很多事，在做事的过程中学到了很多。首先我们选择课题，布置了试验室；借来了相关试验仪器如示波器等。其次，我们进行了理论计算，查找相关资料，进行分析。并以此为依据购买试验元件。然后我们依据实际状况进行了三次调试:第一次、在面包板上进行实物搭接调试，这时我们发觉试验误差大，不稳定且外界干扰大；其次次，我们用Protel99SE,Multisim7软件进行模拟仿真；并对原先的电容、电阻进行改进，使波形达到最佳效果；第三次，我们依据仿真最佳组合进行电路的焊接、调试，由于器材的有限和不足，输出波形并未达到完全的预期效果。假如有充分的时间和特殊志