教函-11范例综合实训项目技术报告-电子测温计的制作

指导老师：概要本文介绍了以SPI总线器件TMP122为测温核心，用单片机AT89S51构造控制电路，利用数码管及其它外围元件组成显示单测温计。 5 6 6 7 8 8 9 9 10 14 14 14 15 16 16 16 18 18 18 19 20 21 22 23 23 24 25 27 28 29 30 31下载方式的AT89S51、绘制电子测温计电路温计印制电路板图、制作电子测温计印制电路板图、安装、焊接电子测温计印制电路板、绘制流程图、上机调试电子测温计程序温度，并且用数码管显示出来。本报告正是以实训项目为载体，对实训项目中用到的软硬件主要技术、主要芯片特性进行阐述。第一章DXP软件介绍域。在这种背景下，87、88年由美国ACCEL开创了电子设计自动化（EDA）的先河。随着电子业的飞速发展，TANGO显示出其不适应时代发展需要的弱点，ProtelTechnology公司以其强大的研发能力推出了ProtelForDos作为TANGO的升级版本，从此Protel[1]这个名字在业内日益响亮。路带来了很大的方便，设计者再也不用记一些繁琐的命令。于Win95的3.X版本。其出众的自动布线能力获得了业内人士的一直好评。99年，Protel公司又推出了最新一代的电子线路设计系统Altium公司作为EDA领域里的一个领先公司，在原来Protel99SE的基础上，应用最先进的软件设计方法，率先推出了一款基于Windows2000和Windows统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。ProtelDXP2004[2]是Altium公司于2004年推出的最新版本的电路设计软件，该软件能实现从概念设计，顶层设计直到输出生产数据以及这之间的所有分析验证和设计数据的管理。而是由多个模块组成的系统工具，分别是SCH（原理图）设计、计。该软件将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓朴自动布线以及电路仿真等技术结合在一起，为电路设计提供了强大的支持。年美国航空局和美国标准局发起了印制电路首次技术讨论会,当时涂法、化学沉积法、真空蒸发法、模压法和粉压法.当时这些方法都未能实现大规模工业化生产,直到五十年代初期，由于铜箔压板的粘合问题得到解决,覆铜层压板性能稳定可靠,并实现了大规模工业化生产，铜箔蚀刻法，成为印制板直发展至今。六十年代，孔金属化双面印制和多层印大规模生产,七十年代收于大规模集成电路和电子计算展,八十年代表面安装技术和九十年代多芯片组装技术推动了印制板生产技术的继续进步,一批新材料、新设仪器相继涌现.印制电路生产动手术进一步向高密度,细导高可靠性、低成本和自动化连续生产的方向发展.我国从五十年代中期开始了单面印制板的研制，半导体收音机中。六十年代中自力更生地开发了我国单位开始研制多层板。七十年代在国内推广了图形电艺,但由于受到各种干扰,印制电路专用材料和专用设跟上,整个生产技术水平落后于国外先进水平。到了八改革开放政策,不仅引进了大量具有国外八十年代先进水平的单面、双面、多层印制板生产线,而且经过十多年消化、吸收了我国印制电路生产技术水平.我国合资或独资设厂，使我国PCB生产产量猛增，发展很快。PCB(PrintedCircuteBoard)印制线路板的简称，通常把在绝缘材上，按预定设计，制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路。这样就把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板，亦称为印制板或印制电路板。标准的PCB上头没有零件，也常被称为“印刷线路板PrintedWiringBoard（PWB）”。挠性银浆印制线路板使用丝网漏印方法得到图形。刚性板所用的基材是由纸基（常用于单面）或玻璃布基（常用于双面及多层预浸酚醛或环氧树脂，表层一面或两面粘上覆铜簿再层压固化而成，我们就称它为刚性印制线路板。单面有印制线路图形称单面印制线路板，双面有印制线路图形，再通过孔的金属化进行双面互连形成的印制线路板，称其为双面板。如果用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印制线路板，通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印制线路板就成为四层、六层印制电路板了，也称为多层印制线路板。PCB的生产过程较为复杂，它涉及的工艺范围的机械加工到复杂的机械加工，有普通的化学反应还其生产过程是一种非连续的流水线形式，任何一个环会造成全线停产或大量报废的后果，印刷线路板如果回收再利用的。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻（conductorpattern）或称布线，并用来提（ComponentSide）与焊接面（SolderSide）。接焊在板子上的，零件可以任意的拆装。指」的边接头（edgeconnect将其中一片PCB上的金手指插进另一片PCB上合适层是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件（legend）。齐的规划后，蚀刻在一块板子上，提供电子零组件在时的主要支撑体，是所有电子产品不可或缺的基础零件。有设计预钻孔以安装芯片和其它电子组件。组件的孔有助于让预先定义在板面上印制之金属路径以电子方式连接起来，将电子组成电路。生产实际中PCB板的制作技术，很有成就感，对锻炼我们的动手能力有极大的帮助，而且在学校中就学到了对我们很实用的技能，增强了我们的信心，很有意义！AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemor的低电压，高性能CMOS8位微处理器。单片机的可擦除只读存其主要特性如下：AT89S51是市场上开发工程师应用的比较多的一种单片机，市场份额很大，价位在6元左右，比较便宜，我们的课程中也是优点是：1.测量精度高。因温度传感器热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。3.构造简单，使用方便。温度传感器热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。温度传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。温度传感器热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造温度传感器热电阻。TMP122[11]是一款数字输出温度传感器，其内部的集成电路，带有与SPI接口并采用微型SOT23封装技术。适用于诸如计算机外设热保护、笔记本电脑、手机、恒温控制器、电池管理与环境监控等对空间要求极严格的低功耗系统。其工作温度范围介于-55°C至+150°C之间，其在温度范围为-25°C至+85°C的电源范围等卓越特性，因而是低功耗应用的最佳选择。此外，设置点。TMP122是TI日益壮大的温度传感器产品系列的最新成员，是高精度、多功能及低功耗为一体的完美集成有可编程功能、纤小的封装以及极大的温度范围，因而可广泛应用于各种各样的应用之中。与模拟量输出的温度传感器相比，数字输出温度传感器可以节约前端调理电路，使电路尺寸减小，稳定度提高，因此，本次实训我们就选用了这种传感器。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。分为共阴极和共阳极两种结构。在一起。通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。在一起。通常，公共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。这次实训设计中我们采用了八段共阴数码管。经过同组同学们查阅资料，大家在一起讨论，在分析了几个方案的基础上确定了以下方案。因为本系统是采用+5供电，所以从各方面考虑，决定使用性价比较高的三端稳压器7805作为稳压芯片，相关电路如图6-2所示：电压输入。即，交流电经变压、整流、滤波（滤波电容C5=470μ本电路二极管所承受的最大反向电压为Urm=U2/1.414=19V,即可选用反向击穿电压为Ubr>38V的二极图6-2中：C6主要是输入电压的纹波;C8用来消除电路中可能存在的高频噪声，即改善负载的瞬时响应。以SPI总线方式与控制单元通信。TMP122适合于恶劣环境的现场温度测量,测量温40□—+125□,在–25□—+85□内测量所得温度的精确度在0.5°C以内（最大为1.5°C）。至5.5V的电源范围。下面就TMP122读写命令及寄存器配置做简对于TMP122的使用，必须要了解它的相关读、写命令，下面给出了有关的寄存器配置及命令时序图。电平，表示转换完成，此时不再是复合命令时序，只是一个单一表6-2为读命令。根据AT89S51单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好等优点，本设计即以AT89S51作为控制核心，组成本电路的控制单元模块。图6-5为AT89S51单片机最小系统。P1.5,P1.6,P1.7作为ISP下载口，出端口。GNDVCCU1CSSCK132212223242526272823456781312151431VCCGNDVCCU1CSSCK132212223242526272823456781312151431VCCC130pY111.052919189C230pR91K101130C322uS117RD16 29+C7204010440P10P11P12P13P14P15P16P17X1X2WRRXD TXDP00P01P02P03P04RXD TXDP20P21P22P23P24P25P26P2789S51VCC们基本可以把该数码管当作是共阳数码管来给其显示代码，同时这次实训我们自己动手设计，制作了PCB板。在设计的过程中我们遇到了一些问题，像SCH库中并不是每一个电子有的，所以在画原理图时，我们首先要用编辑元器件，然后再画原理图，有些地方我们使用了总线画图，但没有把对应连接引脚间用网络标号标注，所以在ERC检查时怎么也过不去，装都没有，我们一边看书一边动手操作，还使用了游标卡尺等测量元件的引脚间距。在这次实训中还遇到的问题是元器件原理图的引脚标号与封装引脚标号不一致，在加载网络表时出错，我们用更改其中一个与另一个相同的方法来解决。这其中较为典型的就是二极管了，在原理图中它的两个引脚标号是1和2，而在封装库中标号是S和K。尽管遇到很多困难，但是还是作出了如图6-7所示的PCB版图。入温度的读状态，为了不影响温度转换的时序，在TMP122的温断子程序流程图，我们利用定时/计数器T0的定时功能，每2ms进一次中断，然后进行显示。初始化，T0中断定时sbitsck=P1^2;disdata[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x8inttempl=0,temph=0;//定义整型全局变量，分别存放从TMP122读出数据bitflag;//定义标志位voiddisplay(void)interrupt1using0{//显示“-ℽbreak;case2:P0=disdata[T%1000/100]&0x7fff;//case3:P0=disdata[T}}/*主函数*/}调试步骤：3.用加热器加热，再测温记录数据。测试环境：一杯95的开水，在室温为29□室内自然冷却，用分钟读一次温度值，数据如下表所示：12345678995□73□57□49□42□39□37□35□34□95□72.5□57.5□48□42.5□39□36.5□35□34□33□30□30□29□29□29□29□29□33.5□31.5□30.5□30□29.5□29.5□29□29□29□经过三个小时的测试，由上表数据可知，温度下降幅度基本符合温度曲线，与温度计所测值比较，我们的作品能够完成精确测温。五周时间很快就过去了，关于TMP122温度计设计制作的综合实训已经结束了，在此次实训中我们完成了从资料收集、确定方案、计划制定、电路图设计、焊接到程序的调试、检查和评估制作，收获很大，圆满地完成了实训任务。实训工作倾注了大量的心血。五周来，×××老师深厚的专业背景、严谨的治学态度、平易宽厚的人格作风使我受益匪浅。感谢您对我的悉心教诲，使我顺利地完成了实训任务，在实训任务完成之感谢我同组同学及同班同学的帮助和关心！最后向审阅技术报告的老师致以深深的谢意！铁道出版社,2006践.天津大学,20084.吕泉.现代传感器原理及应用.清华大学出版社.25.杨学昭、王东云.单片机原理、接口技术及应用(含C51).西安电子科技大学出版社2009.27.陈权昌等.单片机原理及应用(21世纪高职高专电类系列规划教材).华南理8.李朝春.单片机&DSP外围数9.求是科技.单片机——典型模块设计实例a bc defg dp38acgdppa bc defg dp38acgdpp901112131415190111213141516187654321PMALCNOMMOC7TUO6TUO5TUO4TUO3TUO2TUO1TUO7NI6NI5NI4NI3NI2NI1NI33abcdgdp162738495p740638acgdpp38acgdpp740622S225C109245abcdgdp162738495p740638ac