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北京工业大学电子工程设计报告
学院实验学院
专业电子信息工程
姓名学号
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指导教师刘杰
日期2017 年月日
摘要
电子工程设计课程基于一套完整的温度测控系统，通过对相应的硬件电路和控制软件进行设计，最终实现温度闭环测控的功能。
第一学期主要是进行硬件电路的设计，其中包括三个部分：直流稳压电源，信号调理放大电路和功率放大电路的设计。直流稳压电源需要将输入的交流信号转换成直流信号，从而为系统中的其他电路提供电源，本设计中需要输出+5V、+12V、-12V三路直流电压信号，信号调理放大电路主要采用运算放大器，将传感器AD590输出的273uA至373uA的电流信号转换成0至5V的电压信号，从而使得模数转换器能够进行采集，功率放大器主要采用三极管和场效应管构成，其主要将数模转换器输出的mA级电流信号放大到1到2A，从而驱动制冷片和加热片进行温度控制，以上这些电路的设计涉及电路仿真、原理图设计、PCB设计、电路焊接、调试等相关知识的应用，因此通过本课程的学习将理论联系实际，锻炼了诸多与硬件电路设计有关的工程实践能力。
第二学期主要是软件设计。以STC15系列单片机来进行软件设计。对于软件设计主要可以大约分为4部分，分别是AD采集。LCD显示，灯的显示，pwm波输出。AD采集是4路的，但是最后的程序中只需要一个，LCD的显示在最后的程序中起到了比较重要的一部分，pwm波的输出以及之后的滤波电路在一定的程度上起到了代替模数转换电路的作用。但是也有一个硬件电路的焊接，是滤波电路和差分放大电路。需要将0~5v的电压转化为-10~+10v的电压。
关键字：温度控制；单片机；直流稳压电源；功率放大器
Abstract Keywords：
目录
第一章温度测量控制系统总体概述 (1)
一、总体概述 (1)
第二章硬件电路的设计与实现 (3)
一、实验目的 (3)
1.稳压电源模 (3)
2.放大电路模块 (3)
3.功率放大模块 (3)
4.差动放大模块 (3)
5.数/模转换模块 (3)
二、实验原理与分析 (3)
1.稳压电源模块 (3)
2.放大电路模块 (5)
2.1 单电源............................................................................ 错误！未定义书签。
2.2 双电源............................................................................ 错误！未定义书签。
3.功率放大模块 (7)
4.差动放大模块 (7)
5.数/模转换模块.................................... 错误！未定义书签。
三、原理图 (8)
1.稳压电源模块 (8)
2.放大电路模块 (8)
2.1 单电源............................................................................ 错误！未定义书签。
2.2 双电源............................................................................ 错误！未定义书签。
3.功率放大模块 (9)
4.差动放大模块 (10)
5.数/模转换模块 (11)
四、PCB图 (12)
1.稳压电源模块 (12)
2.放大电路模块 (12)
3.功率放大模块 (13)
五、材料清单 (14)
1.稳压电源模块 (14)
2.放大电路模块 (14)
3.功率放大模块 (14)
4.差动放大模块 (15)
5.数/模转换模块 (15)
六、焊接电路板 (15)
1.稳压电源模块 (15)
2.放大电路模块 (16)
3.功率放大模块 (16)
4.差动放大模块 (17)
七、数据分析 (18)
1.稳压电源模块 (18)
2.放大电路模块 (18)
3.功率放大模块 (19)
4.差动放大模块 (20)
八、调试问题和误差分析 (22)
1.稳压电源模块 (22)
2.放大电路模块 (22)
第三章单片机温度采集与闭环控制系统 (23)
一、系统功能 (23)
二、系统原理 (23)
三、程序流程图 (23)
1.主流程图 (23)
2.各模块流程图 (25)
2.1 A/D转换模块流程图 (25)
2.2 键盘扫描模块流程图 (26)
2.3 计算温度差模块流程图 (27)
2.4计算占空比模块流程图 (28)
四、核心程序 (29)
1.A/D转换程序 (29)
2.键盘扫描程序 (29)
3.计算温度差程序 (29)
3.计算占空比程序 (29)
4.PWM波程序 (29)
五、PID算法 (29)
1.PID算法基本原理 (29)
2.PID计算程序 (29)
3.系统调试PID参数 (29)
第四章系统联调 (30)
第五章体会感想 (33)
第一章温度闭环控制系统总体概述
一、总体概述
温度作为工业、农业、国防和科研等部门最普遍的测量项目。它在工农业生产、现代科学研究以及高新技术开发过程中也是一个极其普遍而又非常重要的参数。因此，在这些领域中，对于这个参数的测量与控制就显得尤为重要，特别是在纺织工业、冶金、化工、食品、温室种植，汽车制造以及气象预报和科研实验室等许多地方，都具有举足轻重的作用。温度的闭环控制是十分重要也是十分基础的电子设计内容。本次电子工程设计旨在用单片机外围电路以及显示电路的设计，制作，硬件调试，A/D 转换电路，D/A转换电路的设计，制作，硬件调试，并对单片机系统以及外围电路进行软件驱动编程，最后经过软硬件联调，实现整个温度显示控制系统的功能和指标，完成电子工程设计的全部任务。本次课程可以分为上下两个学期，上学期我们主要需要完成两个部分，第三个部分选做。第一个部分是稳压电源模块，其主要的作用是将平常的交流220V，50Hz的电源转换为+5V，±12V的直流电压源来为后置的电路来提供驱动；第二个部分是变送器模块，其主要的作用是将模数转换模块根据室温采集到的温度转化出来的电流进行改变，产生一个输出，来使得半导体制冷片来进行加温或降温的操作。第三个部分是驱动器模块，其主要的作用是当设定的温度与实际的温度的温差为正的时候，通过单片机和DA转换电路来输出一个正电压和正电流，当温差为负的时候，输出一个负电压和正电流。但是输出的电流过小，总功率不足以驱动半导体制冷片工作，所以需要驱动器来对电流进行放大，该放大主要分为两级，最终可以将电流放大1000倍，最后可以使得半导体制冷片工作。下学期我们主要做的是程序部分，对于电路只需要制作滤波和差分电路。对于程序的学习践行了分步的操作，第一个是因为在STC52上集成了模数转换电路，一共有四路，我们根据老师给的程序进行学习，并对程序进行修改，使其只显示其中的一路。另外的都不显示。第二部分是LCD1602进行显示，需要将初始化的中显示的字符改成自己的学号或姓名并且从第二行开始进行显示。第三部分是使单片机输出PWM波，同时使得输出的PWM 波连接到自己焊接的滤波和差分电路来代替模数转换电路，是输出的电压从0~5v转化为-10v~+10v的电压。
