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1、`北京工業(yè)大學(xué)電子工程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)院實(shí)驗(yàn)學(xué)院專業(yè)電子信息工程姓名學(xué)號(hào)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師劉杰日期2017年月日1摘要電子工程設(shè)計(jì)課程基于一套完整的溫度測(cè)控系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)相應(yīng)的硬件電路和控制軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)測(cè)控的功能。第一學(xué)期主要是進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)，其中包括三個(gè)部分：直流穩(wěn)壓電源，信號(hào)調(diào)理放大電路和功率放大電路的設(shè)計(jì)。直流穩(wěn)壓電源需要將輸入的交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)，從而為系統(tǒng)中的其他電路提供電源，本設(shè)計(jì)中需要輸出+5V、+12V、-12V三路直流電壓信號(hào)，信號(hào)調(diào)理放大電路主要采用運(yùn)算放大器，將傳
2、感器AD590輸出的273uA至373uA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成0至5V的電壓信號(hào)，從而使得模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠進(jìn)行采集，功率放大器主要采用三極管和場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成，其主要將數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的mA級(jí)電流信號(hào)放大到1到2A，從而驅(qū)動(dòng)制冷片和加熱片進(jìn)行溫度控制，以上這些電路的設(shè)計(jì)涉及電路仿真、原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、電路焊接、調(diào)試等相關(guān)知識(shí)的應(yīng)用，因此通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)將理論聯(lián)系實(shí)際，鍛煉了諸多與硬件電路設(shè)計(jì)有關(guān)的工程實(shí)踐能力。第二學(xué)期主要是軟件設(shè)計(jì)。以STC15系列單片機(jī)來(lái)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。對(duì)于軟件設(shè)計(jì)主要可以大約分為4部分，
3、分別是AD采集。LCD顯示，燈的顯示，pwm波輸出。AD采集是4路的，但是最后的程序中只需要一個(gè)，LCD的顯示在最后的程序中起到了比較重要的一部分，pwm波的輸出以及之后的濾波電路在一定的程度上起到了代替模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的作用。但是也有一個(gè)硬件電路的焊接，是濾波電路和差分放大電路。需要將0~5v的電壓轉(zhuǎn)化為-10~+10v的電壓。關(guān)鍵字：溫度控制；單片機(jī)；直流穩(wěn)壓電源；功率放大器AbstractKeywords：目錄第一章溫度測(cè)量控制系統(tǒng)總體概述1一、總體概述1第二章硬件電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1
4、.穩(wěn)壓電源模32.放大電路模塊33.功率放大模塊34.差動(dòng)放大模塊35.數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊3二、實(shí)驗(yàn)原理與分析41.穩(wěn)壓電源模塊42.放大電路模塊42.1單電源42.2雙電源43.功率放大模塊44.差動(dòng)放大模塊55.數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊5三、原理圖51.穩(wěn)壓電源模塊52.放大電路模塊62.1單電源62.2雙電源73.功率放大模塊84.差動(dòng)放大模塊85.數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊9四、PCB圖101.穩(wěn)壓電源模塊102.放大電路模塊103.功率放大模塊11五、材料清單111.穩(wěn)壓電源模塊112.放大電路模塊113.功率放大模
5、塊124.差動(dòng)放大模塊125.數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊12六、焊接電路板131.穩(wěn)壓電源模塊132.放大電路模塊133.功率放大模塊144.差動(dòng)放大模塊15七、數(shù)據(jù)分析151.穩(wěn)壓電源模塊152.放大電路模塊163.功率放大模塊174.差動(dòng)放大模塊18八、調(diào)試問(wèn)題和誤差分析191.穩(wěn)壓電源模塊192.放大電路模塊19第三章單片機(jī)溫度采集與閉環(huán)控制系統(tǒng)20一、系統(tǒng)功能20二、系統(tǒng)原理20三、程序流程圖201.主流程圖202.各模塊流程圖212.1A/D轉(zhuǎn)換模塊流程圖212.2鍵盤掃描模塊流程圖222.3計(jì)算溫度差
6、模塊流程圖222.4計(jì)算占空比模塊流程圖23四、核心程序241.A/D轉(zhuǎn)換程序242.鍵盤掃描程序243.計(jì)算溫度差程序253.計(jì)算占空比程序264.PWM波程序27五、PID算法271.PID算法基本原理272.PID計(jì)算程序283.系統(tǒng)調(diào)試PID參數(shù)29第四章系統(tǒng)聯(lián)調(diào)30第五章體會(huì)感想33第一章溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)總體概述一、總體概述溫度作為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科研等部門最普遍的測(cè)量項(xiàng)目。它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、現(xiàn)代科學(xué)研究以及高新技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中也是一個(gè)極其普遍而又非常重要的參數(shù)。因此，在這些領(lǐng)域中，對(duì)于這個(gè)參
7、數(shù)的測(cè)量與控制就顯得尤為重要，特別是在紡織工業(yè)、冶金、化工、食品、溫室種植，汽車制造以及氣象預(yù)報(bào)和科研實(shí)驗(yàn)室等許多地方，都具有舉足輕重的作用。溫度的閉環(huán)控制是十分重要也是十分基礎(chǔ)的電子設(shè)計(jì)內(nèi)容。本次電子工程設(shè)計(jì)旨在用單片機(jī)外圍電路以及顯示電路的設(shè)計(jì)，制作，硬件調(diào)試，A/D轉(zhuǎn)換電路，D/A轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)，制作，硬件調(diào)試，并對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)以及外圍電路進(jìn)行軟件驅(qū)動(dòng)編程，最后經(jīng)過(guò)軟硬件聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)溫度顯示控制系統(tǒng)的功能和指標(biāo)，完成電子工程設(shè)計(jì)的全部任務(wù)。本次課程可以分為上下兩個(gè)學(xué)期，上學(xué)期我們主要需要完成兩個(gè)
8、部分，第三個(gè)部分選做。第一個(gè)部分是穩(wěn)壓電源模塊，其主要的作用是將平常的交流220V，50Hz的電源轉(zhuǎn)換為+5V，±12V的直流電壓源來(lái)為后置的電路來(lái)提供驅(qū)動(dòng)；第二個(gè)部分是變送器模塊，其主要的作用是將模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)室溫采集到的溫度轉(zhuǎn)化出來(lái)的電流進(jìn)行改變，產(chǎn)生一個(gè)輸出，來(lái)使得半導(dǎo)體制冷片來(lái)進(jìn)行加溫或降溫的操作。第三個(gè)部分是驅(qū)動(dòng)器模塊，其主要的作用是當(dāng)設(shè)定的溫度與實(shí)際的溫度的溫差為正的時(shí)候，通過(guò)單片機(jī)和DA轉(zhuǎn)換電路來(lái)輸出一個(gè)正電壓和正電流，當(dāng)溫差為負(fù)的時(shí)候，
