温度采集电路设计
题目：温度采集电路设计
电子技术课程设计任务书
学院专业班级学生：
题目：温度采集电路的设计
课程设计从 2015年 9月 7 日起到 2015 年 12 月 20日
1、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：
1.根据设计要求，完成对单路温度进行测量，并用数码管显示当前温度值系统硬件设计，并用电子CAD软件绘制出原理图，编辑、绘制出PCB印制版。要求：
（1）原理图中元件电气图形符号符合国家标准；
（2）整体布局合理，注标规范、明确、美观，不产生歧义。
（3）列出完整的元件清单(标号、型号及大小、封装形式、数量)
（4）图纸幅面为A4。
（5）布局、布线规范合理，满足电磁兼容性要求。（在元件面的丝印层上，给出标号、型号或大小。所有注释信息（包括标号、型号及说明性文字）要规范、明确，不产生歧义。
2.编写并调试驱动程序。功能要求：
（1）温度范围0-100℃。
（2）温度分辨率±1℃。
（3）选择合适的温度传感器。
3.撰写设计报告。
2、对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕：
课程设计说明书（报告）中图表、公式要求如下：
（a）图：图的名称采用中文，中文字体为五号宋体，图名在图片下面。引用图应在图题右上角标出文献来源。图号以章为单位顺序编号。格式为：图1-1，空一字符后，接图名。
（b）表格：表的名称及表内文字采用中文，中文字体为五号宋体，表名在表格上面。表号以章为单位顺序编号，表内必须按规定的符号标注单位。格式为：表1-1，空一字符后，接表格名称。
（c）公式：公式书写应在文中另起一行，居中排列。公式序号按章顺序编号。字体为五号宋体，序号靠页面右侧。格式为：（1-1）……。
3、课程设计工作进度计划：
指导教师：日期：
教研室主任：日期：
目录
1 设计任务与要求 (5)
2 设计方案论证 (5)
3 测试准备工作 (6)
电阻与电容测试 (6)
LM35DZ测试 (6)
27C32测试 (6)
共阴极数码管测试 (6)
4 单元电路设计 (7)
数据采集电路 (7)
信号放大电路 (7)
模数转换部分 (8)
ADC0809概述 (8)
多谐振荡器电路 (9)
电路 (10)
模数转换电路 (10)
存储电路 (11)
译码显示电路 (13)
总电路图 (16)
5 总结与体会 (12)
课设特点 (17)
总结与体会 (18)
参考文献 (19)
1设计任务与要求
本课程设计是配合课堂教学的一个重要的实践教学环节，它能起到巩固课堂和书本上的知识，加强综合能力，提高系统设计水平，启发创新思想的效果。通过本课程设计希望达到以下目地：
培养资料搜集和汇总的能力。
培养总体设计和方案论证的意识。
提高硬件，软件设计与开发的综合能力。
提高软件和硬件联合调试的能力。
熟练掌握相关测量仪器的使用方法。
掌握相关开发软件，仿真软件的使用方法。
要求
1.根据设计要求，完成对单路温度进行测量，并用数码管显示当前温度值系统硬件设计，并用电子CAD软件绘制出原理图，编辑、绘制出PCB印制版。要求：（1）原理图中元件电气图形符号符合国家标准；
（2）整体布局合理，注标规范、明确、美观，不产生歧义。
（3）列出完整的元件清单
（4）图纸幅面为A4。
（5）布局、布线规范合理，满足电磁兼容性要求。
2.编写并调试驱动程序。
功能要求：
（1）温度范围0-100℃。
（2）温度分辨率±1℃。
（3）选择合适的温度传感器。
2设计方案论证
显示电路方案
方案一：采用数码管动态显示
使用一个七段LED数码管，采用动态显示的方法来显示各项指标，此方法价格成本低，而且自己也比较熟悉，实验室也常备有此元件。
方案二：采用LCD液晶显示
采用1602 LCD液晶显示，此方案显示内容相对丰富，且布线较为简单。
综合上述原因，采用方案一，使用数码管作为显示电路。
测温电路方案
方案一：采用模拟温度传感器测温
由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。
方案二：采用数字温度传感器
经过查询相关的资料，发现在单片机电路设计中，大多数都是使用传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。
综合考虑，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。
3测试准备工作
电阻与容测试
用数字式万用表测量各个电阻和电容，如果与要求的不符，则须更换元件。
LM35DZ测试
将电源接到LM35DZ的1脚和3脚，用万用表测试2脚和3脚间的电压，如果测试的是诗文，则万用表应该显示的为250mV左右，接下来将手放在传感器上，观察万用表读数是否上升，上升至370mV左右，则传感器应是完好，否则需更换传感器。
27C32测试
用存储器烧录器将准备好的程序输入，将存储器27C32放到相应位置，按步骤写入，待写入完成后，重启软件，点击读观察所读数据是否之前所写数据，若出现乱码或不是之前所写数据，则表明烧写失败，需重新烧写；若是，则写入成功，27C32可以使用。共阴极数码管测试
找公共共阴和公共共阳，首先，我们找个电源（3到5伏）和不同规格的电阻，VCC 串接个电阻后和GND接在任意2个脚上，组合有很多，但总有一个LED会发光的找到一个就够了，然后用GND不动，VCC（串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就共阴的了。相反用VCC不动，GND逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就共阳的。也可以直接用数位万用表，红表笔是电源的正极，黑表笔是电源的负极。
4单元电路设计
数据采集电路
LM35DZ在该电路中的作用是将外界温度采集进电路中的作用。采用的是外界温度每变化1摄氏度LM35DZ变化10mV的原理。
工作电压4～30V，在上述电压范围以内，芯片从电源吸收的电流几乎是不变的（约50μA），所以芯片自身几乎没有散热的问题。
图4-2 LM35DZ仿真电路
信号放大电路
本分电路由于只是需要一个信号放大的电路，并且放大倍数不高，所以采用的是同向比例放大电路，并且该部分的要求精度不高，所以采用的是普通的运算放大器NE5532。
图4-4 NE5532仿真电路
图4-4所示的电路图中，构成的是同向比例放大电路，放大倍数为5倍。工作电压为正负12伏。
数模转换部分
ADC0809
本部分，我采用的是ADC0809为核心，以NE555搭建多谐振荡电路为时钟信号的电路。
采用多谐振荡电路的原因：（1）该电路对时钟信号要求不太精确，用多谐振荡电路即可满足电路需要。（2）多谐振荡电路的成本相对来说比较便宜，并且设计简单。（3）该电路对时钟信号的频率要求不高，而常见的晶振都是几兆赫兹级别的，频率太高。基于以上原因，我采用了多谐振荡电路。
采用ADC0809的原因：ADC0809是很常用的一款8位的模数转换芯片。而ADC0808是0809的简化版，主要的不同点是0808的转换输出out0~7与常用的输出端高低位是相反的，即0809的最低位是out0，0808的最低位是在实际中不常用，实际中常用的是0809，而0808最常用的是在protues仿真里面，因为0809是没有模型库，无法仿真的。由于ADC0809在实际生活中应用比较广泛，故我采用的是ADC0809芯片。
ADC0809在该电路中起到的是将模拟量转换成数字量的作用，并将产生的数字量输入到下一个模块电路中。
ADC0809主要特性
1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。
2）具有转换起停控制端。
3）转换时间为100μs(时钟为640KHz时)，130μs（时钟为500KHz时）。
4）单个+5V电源供电。
5）模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。
6）工作温度范围为-40～+85摄氏度。
7）低功耗，约15mW。
图4-5 ADC0809引脚
多谐振荡器电路
R
4
DC
7
Q 3G N D
1
V C C
8
TR 2
TH
6
CV
5
U7
555
+5v
C1
100pf
R5
51k
R6
51k
C2
0.01uf
产生约144HZ 的脉冲输入到ADC0809的CLOCK 端
图4-6 多谐振荡电路仿真电路图
根据多谐振荡电路的频率计算公式：f=[（R1+2*R2）*C]，R1=51K,R2=51K,C=，故f=144HZ 。该信号是对ADC0809转换时间的限制。故为了等待时间短一些，我将电阻值设置的较大。
ADC0809电路
图4-7 ADC0808仿真电路图
图4-7中由于protues元件库中没有ADC0809，故采用ADC0808。两者的功能没有太大差别。通过模数转换功能，将模拟量的电压信号转换成为数字信号输入到27C32中并存储。同时在START端加上一个开关，可防止信号的不稳定导致的显示乱跳的现象。模数转换电路
存储电路
由于protues仿真软件中没有AT28C16芯片，故我们采用了27C32仿真。但仍然可以用ADC0809实现
采用27C32的原因：
（1）由于电路图仿真采用的2732，所以我们为了更容易调试出结果采用了2732。
（2）2732的价格相对于AT28C16便宜。
（3）当时觉得EPROM和EEPROM的却别不大，故采用了2732。后来老师说EPROM已经是被淘汰的芯片了，市场上现流通的大部分都是二手芯片，故价格便宜。但是与EEPROM 的区别不是很大。
27C32在该电路中起到的作用是将前面ADC0809输入的数字量进行存储，并编写一个查表程序，将数字量按照表格查询数据，并将查到的数据输入到译码显示电路中。
图4-9 27c32引脚及内部结构
2732的引脚与结构:
2732以 HMOS-E(高速NMOS硅栅)工艺制成，24脚双列直插式，其引脚和内部结构如图6－9所示。
从图中可知，2732为4KB容量，地址线12条A0～A11；，数据线8条D0～D7，远为片选端，低电平有效，OE／VPP是输出允许信号，低电平有效，该引脚在编程时也作为编程电压VPP的输入端。VCC为十5V电源，GND为地。
2732的工作方式
2732共有6种工作方式，如表6－2所示。
(1)读方式
此时面和面的为有效，芯片中的数据从输出缓冲区送往输出引脚。
(2)输出禁止方式
此时远有效，而而无效。这种工作方式往往是多个2732并联在数据总线上，为使存储系统功耗最小，并防止各存储芯片争夺总线，则可把所有2732的面均接地，通过对两端输入高电平或低电平来确定是哪个芯片的数据输出到数据总线上去，而其它芯片处于输出禁止方式。
(3)待机方式
当CE为无效时，2732处于待机方式。待机时的电流从工作时的125mA降至35mA。这种方式下，输出呈高阻状态，且不受OE的限制。
(4)编程方式
对2732编程之前，应保持芯片上所有的位均为1。写入信息时，只是把应为0的位由1改为0，而应为1的位则保持不变。编程方式时，各相关引脚信号状态如图6－10所承。
(5)编程禁止方式
此时，OE端接21伏电压，当CE为无效时，则禁止向该芯片写入数据。
(6)该标识码方式
Intel公司生产的，EPROM芯片都包含有厂家及产品型号的标识码。在特定环境下，可以读出这两个字节的标识码。2732，2764，27128和27256的标识码分别是890lH，8902H，8903H和8904H。
除以上六种工作方式外，2732还可以工作在校验方式，此时应在面和证的为低电平且从面下降沿起再过一段时间后才能进行。
图4-10 27C32仿真电路
27C32程序
ORG 0000
DB 00H,00H,00H,01H,01H,01H,02H,02H
DB 03H,03H,03H,04H, 04H,05H,05H,05H
DB 06H,06H,07H,07H,07H,08H,08H
DB 09H,09H,09H,10H,10H,10H,11H,11H
DB 12H,12H,12H,13H,13H,14H,14H,14H
DB 15H,15H,16H,16H,16H,17H,17H
DB 18H,18H,18H,19H,19H,19H,20H,20H
DB 21H,21H,21H,22H,22H,23H,23H,23H
DB 24H,24H,25H,25H,25H,26H,26H,26H
DB 27H,27H,28H,28H,28H,29H,29H
DB 30H,30H,30H,31H,31H,32H,32H,32H
DB 33H,33H,34H,34H,34H,35H,35H,35H
DB 36H,36H,37H,37H,37H,38H,38H
DB 39H,39H,39H,40H,40H,41H,41H,41H
DB 42H,42H,43H,43H,43H,44H,44H,44H
DB 45H,45H,46H,46H,46H,47H,47H
DB 48H,48H,48H,49H,49H,50H,50H,50H
DB 51H,51H,52H,52H,52H,53H,53H,53H
DB 54H,54H,55H,55H,55H,56H,56H
DB 57H,57H,57H,58H,58H,59H,59H,59H
DB 60H,60H,61H,61H,61H,62H,62H,62H
DB 63H,63H,64H,64H,64H,65H,65H
DB 66H,66H,66H,67H,67H,68H,68H,68H
DB 69H,69H,70H,70H,70H,71H,71H,71H
DB 72H,72H,73H,73H,73H,74H,74H
DB 75H,75H,75H,76H,76H,77H,77H,77H
DB 78H,78H,79H,79H,79H,80H,80H,80H
DB 81H,81H,82H,82H,82H,83H,83H
DB 84H,84H,84H,85H,85H,86H,86H,86H
DB 87H,87H,88H,88H,88H,89H,89H,89H
DB 90H,90H,91H,91H,91H,92H,92H
DB 93H,93H,93H,94H,94H,95H,95H,95H
DB 96H,96H,97H,97H,97H,98H,98H,98H
DB 99H
END
译码显示电路
该部分是由CD4511驱动七段共阴极数码管的电路。由于此电路实际中应用广泛，所以采用了此种电路来显示温度。
CD4511是一个用于驱动共阴极数码管的BCD码——七段码译码器，其特点是具有BCD
转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的COMS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动数码管。但是由于数码管的工作电压较小，所以需要在CD4511和数码管添加电阻。
CD4511引脚功能：
A0~A3：二进制数据输入端
/BI：输出消隐控制端
LE：数据锁定控制端
/LT：灯测试端
Ya~Yg：数据输出端
VDD：电源正
VSS：电源负
图4-11 CD4511引脚
数码管：
当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。如：显示一个“2”字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为左右，电流不超过30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。
LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。
静态显示
静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。
动态显示
LED数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。
图4-12 数码管引脚
图4-13 CD4511与共阴极数码管仿真电路总电路图
图4-14 protues仿真电路图
5 总结体会
课设特点
（1）使用的器件较少。
（2）通过软件可以方便的设定温度范围。
（3）采用LM35DZ收集温度，大大简化了电路的复杂程度。
（4）采用ADC0809，课程设计的扩展性能比较好。
总结与体会
经过这次的课程设计，我们不仅加深了对Proteus仿真软件的了解和使用，还学到了许多课本上没有涉及知识，练习了电路原理图的设计和仿真运行，同时对这一学期学习的单片机课程进行了一次全面的复习和巩固，收益很大。通过这段时间的课程设计，我学到了很多东西，我们运用所学的课本知识，以及查阅相关的文献，还要先复习以前学习过的知识，通过温故而知新，使我一开始就有了应该怎样完成“温度采集电路”的设计的方案。在这次课程设计过程中，结合实际的应用来理解以前学了而没有学会的知识，这给我对理论课的学习提供了很大的帮助。也使我意识到理论和实际相结合的重要性
我们知道，课程设计一般强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。在专业知识与研究方法方面为日后的毕业设计乃至毕业后的工作奠定良好的基础
第一周是对电路原理图设计，刚开始感觉有一定的难度，主要是对软件及功能的不了解。但在老师和同学的帮助下还是顺利的完成了。整个课设的过程就是一个学习的过程。因为在课设的过程中，我们必须熟悉电路原理及器件的使用特点，这些都是对课本知识复习和巩固。所以我觉得课设是一个很重要的学习环节，值得我们应该很认真的去对待！由于本次课程设计是由分组进行完成的，所以通过这次的课设我更加了解到合作的重要性。两周的设计中，我们组成员都参加了设计的各个方面的讨论和动手实践，大家更具自己的实际情况做了不同的分工，合理的利用了时间，感觉得到了很好的经验。
这次课设让我对单片机有了进一步的了解，而且对Proteus仿真软件有了一定了解。体会到了Proteus仿真软件的强大。最主要的是我们能够自己通过单片机焊接事物，这是我们在课堂上是学不到的。极大地增强了我们的动手实践能力。
通过本次课设，能够使我们熟练掌握单片机控制电路的设计、程序编写和整体焊接及系统调试，从而全面地提高我们对单片机的软件、硬件等方面的理解，进而增强我们
在实践环节的动手操作能力。譬如，我们可以根据实验指导书的要求，完成BS18D20电路的硬件设计、电路器件的选择、单片机软件的运行、以及整体系统调试，并写出完善的设计报告。在进行课设之前，要求我们具备数字电路、模拟电路、电路基础、微机原理、电力电子、电机学和单片机等相关课程的知识，并具备一些基本的实践操作水平，为以后的就业打好一定的基础。
总的来说，这次的课程设计自己还是很满意的，感觉收获了不少东西，相信此次学到的知识在以后的生活和学习中对我会有很大的帮助！
参考文献
【1】阎石.数学电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.2006
【2】康华光.电子技术基础（模拟部分）.华中科技大学. 高等教育出版社.2006【3】百度文库
电流采样电路的设计
电流采样电路的设计 文中研制了一套模拟并网发电系统，实现了频率跟踪、最大功率跟踪、相位跟踪、输入欠压保护、输出过流保护、反孤岛效应等功能；采用Atmega16高速单片机，实现了内部集成定时、计数器功能；利用定时器T／C2的快速PWM功能，实现SPWM信号的产生；采用T／C1的输入捕获功能，实现了频率相位监测和跟踪以及对失真度、输入电压、输出电流等物理量的检测与控制。 1 整体方案设计 设计采用Atmega16单片机为主体控制电路，工作过程为：与基准信号同频率、同相位正弦波经过SPWM调制后，输出正弦波脉宽调制信号，经驱动电胳放大，驱动H桥功率管工作，经过滤波器和工频变压器产生于基准信号通频率、同相位的正弦波电流。其中，过流、欠压保护由硬件实现，同步信号采集、频率的采集、控制信号的输出等功能，均由Atmega16完成。系统总体设计框图如图1所示。 2 硬件电路设计 分为DC／AC驱动电路、DC／AC电路和滤波电路3部分和平滑电容C1，电路原理如图2所示。 2．1 DC—AC驱动电路 是由R1、R2、R3、R4、R5、R6、Q3、Q4、P3和P4组成，其中P3和P4是控制信号输入
端，R3和R4为限流电阻。集电极的电流直接影响波形上升沿的陡峭度，集电极电流越大输出的波形越陡峭。因为R2和R1与集电极pn节的寄生电容形成了一个RC充放电的时间常数，集电极pn结的寄生电容无法改变，只有通过改变R1和R2的值来改变时间常数，所以R1和R2值越小，Q3和Q4的集电极电流就越大；RC的充电时间常数越小，波形的上升沿越陡峭，而增加集电极电流，会增加系统的功耗，权衡利弊选择一个合适的值。其次，射级pn 结的寄生电容也会影响Q3和Q4的关断时间和波形上升沿的陡峭度。所以在驱动电路中各加了一个放电回路，即拉地电阻R5和R6，R5和R6的引入，加快了Q3和Q4的关闭速度，这样就使集电极的波形更陡峭。同样在保证基极射极pn不损坏的条件下，基极的电流也是越大越好，但也会带来损耗问题，权衡利弊选择一个合适的值。关于两个电阻的取值，这里假设三极管的放大倍数为β，基极电流Ib，集电极电流Ic，流过R5的电流为I5，流过R3的电流为I3，R3的压降为V3，驱动信号为V，R5的压降为V5，有 实际中R3和R5应该比计算值小，这样是为了让三极管工作在饱和状态，提高系统稳定 性。 2．2 DC-AC电路 是由两只p沟道MOSFET。Q1、Q2和两只n沟道MOSFET Q5、Q6组成。在这里没有采用4只n沟道MOSFET，原因是驱动电路复杂，如果采用上面的驱动电路接近电源的两个导体管不能完全导通，发热量为接近地一侧导体管4倍以上，功耗增加，所以采用对管逆变即减小了功耗，而且驱动电路简单。通过控制4个导体管的开关速度再通过低通滤波器即可实 现DC／AC功能。 2．3 滤波电路 两个肖特基整流二极管1N5822为续流二极管，这里为防止产生负电压，C2、C3、C4、C5、L1、L2组成低通滤波器，其中C5、C6为瓷片电容，C2、C3用电解电容，充放电电流可以流进地，L1、L2为带铁芯的电感，带铁芯的电感对高频的抑制比空心电感更好，电感值 更高。关于参数的选取和截止频率的计算如下 3 采样电路 3．1 电流采样电路的设计 由于终端负载一定，所以电流采样实际等同于一个峰值检测的过程，此电路实际是一个峰值检测电路，P3为信号的2个输入端，调整R10，R11和R17、R18取值来实现峰值测功能，电路中的阻值并不准确，需要实际中根据信号的幅值来调整R10、R11和R17、R18阻值
各种电压电流采样电路设计
常用采样电路设计方案比较 配电网静态同步补偿器（DSTATCOM）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。由图2-1可知DSTATCOM的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制 电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压 同步信号采样电路即电网电压同步信号。 信号调 理 TMS320 LF2407A DSP 键盘显示 电路电压电流信号驱动电路保护电路 控制电路检测与驱动 电路主电路 图2-1 DSTATCOM系统总体硬件结构框图 1.1常用电网电压同步采样电路及其特点 1.1.1 常用电网电压采样电路 1 从D-STATCOM的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢 量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而D-STATCOM 工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变 器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。
图2-2 同步信号产生电路1 从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统 的输出频率，即该误差可忽略不计。其中R5=1K，C4=15pF，则时间常数错误！未找到引用源。< 测控电路课程设计 目录 目录 (1) 设计任务与要求 (3) 1 .设计内容： (3) 本小组选择的题目 (3) 红外报警系统的设计与实现 (3) 一、课设背景： (3) 二、系统设计方案 (4) 1、结构框图： (4) 2、系统原理与原理图： (4) 3、系统的功能 (4) 三、传感器选择： (5) 热释电红外传感器RE200B (5) 选择的原因： (5) 工作原理： (5) 参数 (6) 四、单元电路设计 (6) 红外线采集接收电路 (6) 红外线采集接收电路电路图 (6) 信号的放大处理电路 (7) 信号的放大处理电路电路图 (7) 信号的比较电路 (7) 信号的比较电路电路图 (7) 信号的取反电路 (8) 信号的取反电路电路图 (8) 蜂鸣器报警电路 (8) 五、元器件选择 (8) LM741 (8) LM339 (9) HD74LS00P与非门芯片 (10) 六、电路接线图 (11) 七、调试过程： (12) 八、结果（数据、图表等） (12) 光照度测量 (14) 一、课设背景 (14) 二、系统设计方案 (14) 1、结构框图 (14) 2、系统的功能 (15) 3、系统原理与原理图 (15) 三、单元电路设计 (15) 1.Led发光和光电转换电路 (15) 2.I/V转换放大输出电路以及数字表头显示电路 (16) 3.比较电路及其发光报警电路 (16) 电路接线图 (16) 调试过程： (17) 结果（数据、图表等） (17) 设计任务与要求 1.设计内容： 室内环境参数测量及安防报警电路设计 温度、湿度、照度测量与显示、报警电路设计； 破门入室、破窗入室、室内防盗、火灾,燃气泄露等报警电路设计。 2.基本要求： 用电路实现，不用软件； 用数字表头实现测量值的显示； 能够设置环境参数测量值报警上下限，并实现声、光报警； 从1和2中各选一项完成； 3.提高部分： 完成1和2中功能或其它自选功能。 本小组选择的题目 室内环境参数测量及安防报警电路设计： 我们选择的是分别是光照度测量和红外报警系统的设计与实现。 红外报警系统的设计与实现 一、课设背景： 由于改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展.人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强.造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。 报警器这时正为人们解决了不少问题.但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构。价格高昂,一般人们难以接受。如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。由于红外线是不见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用，此外，在电子防盗、人体探测等领域中, 被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。 红外报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。其中包括被动 二○一二～二○一三学年第一学期 信息科学与工程学院 自动化系 课程设计计划书 班级：自动化1006班 课程名称：微机原理及应用课程设计姓名： 指导教师： 二○一二年月十二日 一、设计题目 键控数据采集及数值显示电路设计 二、设计任务 按不同的数字键（0、1、2、3、4、5、6、7）采集0809相应数据通道的模拟量，并在LED数码管上显示值。设定输入模拟量在0—5V范围内，显示值在0—255范围内。 三、设计要求 1.画出连接线路图或功能模块引脚连接图。 2.采用8088CPU作主控制器，0809作A/D转换器，采用直接地址译码方法，给各芯片分配地址，选取芯片中必须包含有8255。 3.采用3个共阴极型LED动态显示，只需显示0—255范围内的值。 四、设计思想及需要用的主要芯片 1、设计思想 首先通过编程对8255初始化，然后通过8255对ADC0809转换器初始化，通过0~7号按键（在这里0~7号按键用开关实现，有按键的过程中会有抖动，所以需要加入一个74LS244芯片，用于缓冲），经8088微处理器处理后选择ADC0809的模拟通道，将0~5V内的模拟量通过选择的模拟通道传递给模数转换器，通过转换器把模拟量转换为0~255之间的数字量，将数字量通过可编程并行接口8255（在这里端口A作为数据输入端，端口B作为数据输出端，端口C 作为控制端），送给LED数码管显示。 2.主要芯片及其功能 ADC0809是8位逐次逼近式A/D转换器。片内有8路模拟开关及地址锁存与译码电路、8位A/D转换和三态输出锁存缓冲器。其芯片引脚图如下 8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O 口。具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。。 74LS244是数据输入三态缓冲器。外设输入的数据和状态信号，通过数据输入三态缓冲器井经过数据总线传递给微处理器。8个数据输入端与外设相连，8个数据输出端与微型计算机的数据总线相连。其引脚图如下 74LS273是数据输出寄存器。8个输入端微型计算机的数据总线相连，8个数据输出端与外设相连，由时终端控制数据的写入。其引脚图如下 2常用采样电路设计方案比较 配电网静态同步补偿器（DSTATCOM ）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。由图2-1可知DSTATCOM 的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM 的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压同步信号采样电路即电网电压同步信号。 图2-1 DSTATCOM 系统总体硬件结构框图 2.2.11 常用电网电压同步采样电路及其特点 .1 常用电网电压采样电路1 从D-STATCOM 的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而D-STATCOM 工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。 图2-2 同步信号产生电路1 从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC 滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统的输出频率，即该误差可忽略不计。其中R 5=1K Ω，5pF，则时间常数错误！未 因此符合设计要求;第二部分由电压比较器LM311构成， 实现过零比较;第三部分为上拉箝位电路，之后再经过两个非门，以增强驱动能力，满足TMS320LF2407的输入信号要求。 C 4=1找到引用源。< 目录 一、设计目的 ................................................................................................................... - 2 - 二、设计内容 ................................................................................................................... - 2 - 三、整体设计方案设计..................................................................................................... - 2 - 四、设计任务 ................................................................................................................... - 3 - 五、硬件设计及器件的工作方式选择............................................................................... - 3 - 1、硬件系统设计方框图：.................................................................................................- 3 - 2、中断实现：8259A工作方式选择及初始化..................................................................- 4 - 3、定时功能实现：8253的工作方式及初始化................................................................- 4 - 4、数码管显示及ADC的数据传输：8255的工作方式及初始化 ...................................- 5 - 5、模拟电压转换为数字量：ADC0809的初始化.............................................................- 5 - 6、地址编码实现：74LS138及逻辑器件 ..........................................................................- 6 - 7、显示功能：数码管显示.................................................................................................- 6 - 六、软件设计 ..............................................................................................................................- 7 - 1、主程序流程图.................................................................................................................- 7 - 2、中断子程序.....................................................................................................................- 7 - 3、显示子程序.....................................................................................................................- 8 - 4、初始化.............................................................................................................................- 9 - 8295A初始化流程图 ...................................................................................................- 9 - 8253初始化流程图......................................................................................................- 9 - 8255初始化流程图......................................................................................................- 9 - 5、程序清单及说明.......................................................................................................... - 10 - 七、本设计实现功能 ...................................................................................................... - 13 - 八、元件清单 ................................................................................................................. - 14 - 九、所遇问题与小结 ...................................................................................................... - 14 - 1、问题与解决.................................................................................................................. - 14 - 2、小结体会...................................................................................................................... - 15 - 附：系统硬件连线图 ............................................................................................................... - 16 - 测控电路课程设计说明书 设计题目： 开关型振幅调制与解调电路的设计与调试 学院：电信学院 班级：测控122班 姓名：张小旭 学号：201206040235 目录 一：实验任务、要求及内容 (3) 二：实验过程及原理 (3) 三：分析误差原因 (11) 四：分析电路中产生的故障 (13) 五：实验总结 (13) 一：实验任务、要求及内容 1任务：利用场效应管的开关特性，实现低频信号的幅值调制与解调，以抑制噪声干扰，提高信噪比。 2要求：参考指定的资料，设计出相应的各部分电路，组装与调试该电路，试验其抗干扰性能。 3内容：（1）.分析各部分电路工作原理，选择相应的参数。 （2）.画出完整的电路图。 （3）.分析电路实验中产生的故障。 （4）.分析误差原因。 4电路参数：调制信号：正弦波频率<500HZ 幅值<0.1v 。 载波：方波频率：5——10KHZ 幅值：5——7v 占空比：50%。 调制后信号幅值>5v。 5时间安排建议：全部时间一周。其中：设计1-2天，调试2-3天，总结1天安排1天。 二：实验过程及原理 （一）元器件的可靠性检验： 1.运放的可靠性检验：先用运放搭成跟随器，输入正弦信号，用示波器检验器是否跟随；之后用运放搭成反向放大器，输入正弦信号看输出幅值与相位； 2.稳压管的匹配：将稳压二极管串联电阻构成稳压电路，接入电源，测其性能参数，选择稳压值相近的两个稳压管。 3导线的可靠性检验：把将要用到的导线全部用万用表检测其通断； （二）原理方框图： （三）方波发生电路： 原理图如下： 方波发生电路中，积分电路的电压电流关系: 001u [()]t o c Q i t dt Q C C ==+? 其中0Q 是t=0时电容器已存储的电荷，由ic=-Ii=-ui/R,得到： 001()t o i o u u t dt U RC =-+? 常量0o U 根据初始条件确定，即t=0时，o u （0）=0o U =Q0/C. 当输入为常量时，输出为： 0()i o o u u t t U RC =-+ 分类号：TP315 U D C：D10621-408-(2007)6203-0 密级：公开编号：2003032184 成都信息工程学院 学位论文 基于C51的数据采集电路PCB的设计与制作 论文作者姓名： 申请学位专业： 申请学位类别： 指导教师姓名（职称）： 论文提交日期： 基于C51的数据采集电路PCB的设计与制作 摘要 “基于C51的数据采集电路PCB的设计与制作”是针对现代水利行业水情数据采集而设计制作的电路PCB。同时，也是为了响应国家提出的数字水利这样一个大背景下，把水利信息化尽快的实现、完善、壮大起来。本设计讲述了电子电路设计软件Protle99的基本功能，而后逐一介绍开发数据采集系统的步骤：需求分析、系统分析、系统设计、系统实现、系统维护。需求分析介绍了针对水利行业而进行了本系统的设计，在系统分析中分析了电子电路设计功能的各种元气件功能和各种连线要完成的功能，以及整个要完成的功能。在系统的设计中，详细的展现了系统的各个功能模块、原理图绘制、PCB的完成所需的准备步骤。在系统的实现中，给出了一个满足系统功能的完整PCB。通过反复的测试，我们得出结果，整个系统的设计是成功的，可以应用到所有的水利行业，进行数据的采集。 关键字：PCB；数据采集；电子电路；数字水利 The Design and Implementation of Data Acquisition Circuit Based on C51 Abstract “The design and implementation of data acquisition circuit based on C51” is the circuit PCB designed and implemented according to data of water situation of modern conservancy industry. At the same time, in order to response to the digital conservancy raised by our country, it makes the conservancy informationization implement, perfect and grow. This paper discusses the basic function of electronic circuit design software-Protle99. It takes this system for example to introduce the development steps of this system one by one: demand analysis, syst em analysis, system design, system implementation and system maintenance. Demand analysis introduces the design of this system focusing on conservancy industry. It analyses functions of various components and various connections of electronic circuit desig n in system analysis, as well as the function of completion. In the design of this system, it shows the preparing steps of every functional module, drawing of principle chart, and completion of PBC of this system. In the implementation of this system, it gives a complete PBC matched for the function of the system. After repeated tests, the result is that the design of this system is successful and it can be applied to all conservancy industries to collect data. Key word s：PCB; data collection; electronic circuit;digital conservancy 开关量采集电路设计 开关量采集电路适用于对开关量信号进行采集，如循环泵的状态信号、进出仓阀门的开关状态等开关量。污染源在线监控仪可采集16路开关信号，输入24V 直流电压；设定当输入范围为18~24VDC 时，认为是高电平，被监视的设备处于工作状态；当输入低于18VDC 时，认为是低电平，被监视的设备处于停止状态。 为了避免电气特性及恶劣工作环境带来的干扰，该电路采用光电耦合器TLP521对信号实现了一次电-光-电的转换，从而起到输入\输出隔离的作用。 同时，还安装有LED 工作指示灯，可以使用户对每一通路的工作情况一目了然。其中一路的开关量采集电路如图1所示： 图 1 开关量采集电路 光耦TLP521将红外发光二极管和发光三级管相互绝缘的组合在一起，发光二极管为输入回路，它将电能转换成光能；发光三极管为输出回路，它将光能再转换成电能，实现了两部分电路的电气隔离。 当输入范围为18 ~24VDC 时，认为是高电平，此时光耦导通，电阻R10、R14和发光二极管共同构成输入回路。 根据光耦导通时电流为4 ~10mA ，当输入最高电压24V 时， mA V R R mA V 42414101024<+<，即Ω<+<Ωk R R k 614104.2 当输入低于18V 时认为是低电平，此时光耦的工作电流肯定低于4m A ，此时光耦不导通,电阻 R10、 R14和R12共同构成输入回路，所以： mA R R R V 412 141018<++，即R10+R14+R12>4.5k Ω。在设计中，选择R10=R12=2k Ω,R12=1k Ω。 光耦导通的最小电流为4mA，根据光耦的电流传输比CTR(Current Transfer Ratio)为50%，指当管压降U CE足够大时，集电极电流I C与发光二极管输入电流I F的百分比，所以集电极电流I C=I F*50%=4mA* 50%=2mA，同时为了使光电三极管尽快进入饱和区，选取上拉电阻R8为4.7KΩ。 最后，为了保护光耦，防止大的输入电压突变，在限流电阻R12的两端并联肖特基二极管IN5819。 传感器与测控电路课程设计 说明书 设计题目电感式（螺管型）位移传感器的设计 学校湖南科技大学学院机电工程学院 班级 07级测控一班学号 0703030116 设计人李广 指导教师余以道杨书仪 完成日期 2010 年 6 月 22 日 目录 一、设计题目与要求 (2) 二、基本原理简述 (2) 三、设计总体方案拟定 (7) 四、传感器的结构设计 (8) 五、结构设计CAD图 (12) 六、测控电路的设计与计算 (12) 七、电路框图及电路CAD图 (14) 八、精度误差分析 (14) 九、参考文献 (16) 一、设计题目与要求 1、设计题目：电感式（螺管型）位移传感器的设计 2、设计要求： 采用差动变压器原理设计一个测量位移的传感器，并设计一测控电路对传感器的输出量进行处理，使信号能输入到A/D 转换器，进行一系列的测量与控制。 二、基本原理简述 电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的。因此根据转换原理，电感式传感器可以分为自感式和互感式两大类。 自感式电感传感器可分为变间隙型、变面积型和螺管型三种类型。 一、 螺管型自感传感器 有单线圈和差动式两种结构形式。 单线圈螺管型传感器的主要元件为一只螺管线圈和一根圆柱形铁芯。传感器工作时，因铁芯在线圈中伸入长度的变化，引起螺管线圈自感值的变化。当用恒流源激励时，则线圈的输出电压与铁芯的位移量有关。 铁芯在开始插入（x =0）或几乎离开线圈时的灵敏度，比铁芯插入线圈的1/2长度时的灵敏度小得多。这说明只有在线圈中段才有可能获得较高的灵敏度，并且有较好的线性特性。 1、工作原理 设线圈长度为l 、线圈的平均半径为r 、线圈的匝数为N 、衔铁进入线圈的长度la 、衔铁的半径为ra 、铁心的有效磁导率为μm ，则线圈的电感量L 与衔铁进入线圈的长度la 的关系可表示为 [] 2222 2)1(4a a m r l lr l N L -+=μπ 实验七数据采集电路PCB板设计 一、实验目的 （1）掌握电路原理图设计流程。 （2）掌握电路原理图层次设计。 （3）掌握由电路原理图到PCB设计的设计流程。 （4）掌握PCB设计流程。 二、基本要求 在自己的工程组的PCB工程文件中建立多个原理图文件，并建立一个PCB文件。按实验内容，设计出PCB板。 三、实验器材 P4计算机、Protel DXP软件 四、实验内容 绘制出下列电路原理图，进行层次设计，并进行PCB板设计。 图7-1 5V电源电路原理图 图7－2 串行通信电路原理图 图7－3 数据采集电路原理图 五、实验步骤 1. 建立原理图文件 (1) 运行Protel DXP，进入Protel DXP设计环境。 (2) 打开工程组文件：执行菜单命令【File】→【Open Project Group…】，在弹出的“Choose Project Group to Open”对话框中的【查找范围】中找到“我的工程组文件”所在的路径，并将该文件打开。 (3) 关闭当前的工程文件。 (4) 建立工程文件：执行菜单命令【File】→【New】→【PCB Project】，建立PCB Project1.PrjPCB工程文件。 执行菜单命令【File】→【Save Project】，在弹出的“Save [PCB Project1.PrjPCB] As…”对话框的文件名输入框中输入文件名（如输入：“数据采集电路PCB工程”），然后选择保存路径，再单击“保存”按钮。这样即可建立并更改工程文件名。 (5) 建立原理图文件：执行菜单命令【File】→【New】→【Schematic】，建立原理图文件Sheet1.SchDoc。 (6) 保存并更改原理图文件名：执行菜单命令【File】→【Save】，在弹出的“Save [Sheet1.SchDoc] As…”对话框的文件名输入框中输入文件名（如输入：“5V电源电路”），然后选择保存路径，再单击“保存”按钮。至此已建立好“5V电源电路”文件。按图7-1所示，绘制出5V电源电路原理图，并给元件编号。 (7) 向当前工程“数据采集电路PCB工程”中添加“串行通信电路原理图”文件：右键单击【Project】中的“数据采集电路PCB工程”工程文件名，在弹出的菜单中选择菜单命令【Add to Project…】，弹出“Choose Document to Add to Project [数据采集电路PCB工程.PRJPCB]”，选择打开文件“串行通信电路”。 (8) 继续建立原理图文件：执行菜单命令【File】→【New】→【Schematic】，建立原理图文件Sheet1.SchDoc。 (9) 保存并更改原理图文件名：执行菜单命令【File】→【Save】，在弹出的“Save [Sheet1.SchDoc] As…”对话框的文件名输入框中输入文件名（如输入：“数据采集电路”），然后选择保存路径，再单击“保存”按钮。至此已建立好“数据采集电路”文件。按图7-3所示，绘制出数据采集电路原理图，并给元件编号。 (10) 继续建立原理图文件：执行菜单命令【File】→【New】→【Schematic】，建立原理图文件Sheet1.SchDoc。 (11) 保存并更改原理图文件名：执行菜单命令【File】→【Save】，在弹出的“Save [Sheet1.SchDoc] As…”对话框的文件名输入框中输入文件名（如输入：“数据采集系统电路”），然后选择保存路径，再单击“保存”按钮。至此已建立好“数据采集系统电路”文件。 引言 当前，电力电子装置和非线性设备的广泛应用，使得电网中的电压、电流波形发生畸变，电能质量受到严重影响和威胁;同时，各种高性能家用电器、办公设备、精密试验仪器、精密生产过程的自动控制设备等对供电质量敏感的用电设备不断普及对电力系统供电质量 的要求越来越高，电能质量问题成为近年来各个方面关注的焦点，电能质量监测是当前国际上的一个研究热点［1］，有必要对三相电信号进行高精度采集，便于进一步分析控制，提高电能质量。对电力参数的采样方法主要有两种，即直流采样法和交流采样法。直流采样法采样的是整流变换后的直流量，软件设计简单，计算方便，但测量精度受整流电路的影响，调整困难。交流采样法则是按一定规律对被测信号的瞬时值进行采样，再按一定算法进行数值处理，从而获得被测量，因而较之直流采样法更易获得高精度、高稳定性的测量结果［2］。 三相电信号采集电路设计 三相电信号采集电路框架 三相电信号采集电路的框架如图1所示。三相电压电流信号经过电压电流互感器转换为较低的电压信号。其中A相的电压信号经过波形调整成为频率与A相电压信号相同的方波信号，用于测量频率。同时将转换后方波频率信号进行频率的整数倍放大作为A/D转换的控 制信号。经过六路互感器降压后，将信号送入AD7656进行A/D转换，转换完的数字信号就可以供于DSP/MCU进行数据分析。 电压电流互感器的选用 电压/电流互感器均采用湖北天瑞电子有限公司TR系列检测用 电压输出型变换器。电压互感器采用检测用电压输出型电压变换器TR1102-1C，如图2为其结构图，规格为300V/7.07V，非线性度比差<+/-0.1%，角差<=+/-5分。电流互感器采用检测用电压输出型电流变换器TR0102-2C，规格为5A/7.07V，非线性度比差<+/-0.1%，角差<=+/-5分。 电源电路 AD7656共有两种模拟信号输入模式，一是模拟输入信号为二倍的参考电压（2.5V）即+/-5V之间，另一种是四倍的参考电压即+/-10V 之间。为提高采样的精度，本电路采用输入信号为+/-10V之间，因此需要+/-10V~+/-16.5V之间电源供电。AD7656同时需要5V的AVCC 第一章设计题目及要求 1.1 课程设计题目 利用气体传感器设计一个烟雾报警器，要求有检测、报警输出。 1.2 课程设计要求 （1）、在一定空间范围内，如果出现超过设定浓度的烟雾时，烟雾报警器就会产生声光报警，而且可以人为取消报警。 （2）、工作在常温、常压、静态、环境良好；精度：0.1％FS；分辨率：按参考文献上常用传感器类比；测量范围：按参考文献上常用传感器类比； 第二章方案设计 根据课程设计的要求，确定本设计的方案，主要是利用气体传感器作为转换电路的核心，然后将传感器转换出来的电信号输入到单片机中进行相应的处理。 2.1基本原理的概述 本设计的基本原理是利用气体传感器将对烟雾浓度的变化转变为电压的变化，并利用电压比较器比较之后输出控制信号，电压比较器输出的电压有高电平和低电平，而单片机的输入端一般为低电平作为信号，所以可以将有烟雾时的电压比较器的输出调整为低电平输出，而单片机在接受到低电平之后，进行相应的报警操作。 2.2总体设计方案的确定 根据设计方案的基本原理可知，烟雾报警系统主要分为三个部分：气体传感器、电压比较器、单片机。 在正常状态下，没有烟雾时气敏元件的电阻值较大，输出电压较小，此时的输出电压比参考电压小，由电压比较器输出的为高电平，无法引起单片机的动作。而当有烟雾时，MQ-2气敏传感器输出的电压值较高，在一定程度时将超过参考电压的电压值，此时由电压比较器输出的电压为低电平，引起单片机的动作。总体设计方案如图2.1所示，下面的设计主要就遵循基本原理方框图来进行设计。 图2.1 烟雾传感器基本原理方框图 第三章系统电路的设计 本章节中主要讨论的是传感器的选择及其特性，测控电路的设计及其计算以及整体测控系统的电路设计与计算，以下就各个部分进行详细的。 3.1传感器的选择及其特性 根据被测量的性质选择需要的传感器，由于在这里需要测量的量是烟雾的浓度，所以选择烟雾传感器，烟雾传感器有许多种类：半导体气敏、离子式传感器等等，本设计选用的是半导体气敏传感器。 3.1．1 半导体气敏传感器的性质 根据课程设计的要求可知，本设计是针对烟雾传感器的报警系统，则所应用到的传感器应是对气体具有作用的传感器，这里选用半导体气敏传感器。利用半导体吸附气体后引起其性质变化特性而制成的器件称为气体传感器，半导体气体传感器的敏感部分是金属氧化物半导体微结晶粒子烧结体，当它的表面吸附有被检测气体时，半导体微结晶粒子烧结体接触界面的导电粒子比例将发生变化，继而使气敏元件的电阻值随被测气体浓度的变化而变化，本设计采用的是MQ-2气敏元件，气敏元件的电阻值随被测气体浓度的升高而降低。 3.1.2 MQ-2烟雾传感器原理 MQ-2烟雾传感器是利用气敏元件构成电路将烟雾浓度的变化转变为电信号的变化，主要利用气敏元件阻值随气体浓度变化的性质。 （1）气敏元件的原理MQ-2是一种体电阻控制型的气敏器件，其阻值随被测气体的浓度而变化。气敏元件又是一种“气—电”传感器件，它将被测气体的浓度信号转变为相应的电信号。 MQ-2气体传感器工作时必须经过加热这个程序，其目的是加速气体的吸附、跳出过程的作用；烧去气敏元件的油垢和污物，能起到清洁作用，控制不同的加热温度，能对不同的气体有不同的选择作用。 如图3.1所示，在气体传感器加热到稳定的状态时，被测气体接触到元件的表面而被吸附，此时气敏元件的电阻率会按一定的规律进行变化。当气敏传感器通电以后，气敏元件的电阻会急剧下降（指在清洁的空气中，无被测气体时），过一段时间之后有逐步上升到一个稳定的值，这一段时间一般为2-10分钟，称这一段时间为“初始稳定状态”。 气敏元件达到初始稳定状态以后，才能用于气体检测和烟雾报警，检测开始到电阻值稳定的时间与气敏元件的材料和结构有关，一般为10-30秒。当测试完毕以后，气敏元件置于普通大气之中，其阻值会逐渐恢复到检测之前的状态。半导体气敏元件是以被测气体和半导体表面或基面之间的可逆反应为基础，所以可以反复使用，这样就利于传感器的多次使用。 实验一 有源二阶低通滤波器的设计 1、实验目的 实验旨在锻练学生自行设计、调试有源二阶低通滤波器的能力，更深入地掌握巴特沃思型二阶 有源低通滤波器的设计方法，直观了解巴特沃思型低通滤波器的频率特性，加深对巴特沃思逼近方 式的理解。 2、实验内容 设计一二阶无限增益多路反馈巴特沃思型有源低通滤波器，要求截止频率 f c =100Hz ，增益 A =1。 搭建并调试所设计的二阶有源低通滤波器，使电路的性能指标达到设计要求。 3、实验原理及方法 二阶无限增益多路反馈巴特沃思型有源低通滤波器的电路形式见图 1.1。主要工作是设计确定元件参数，并通过调试修正参数值直至滤波器指标达到设计要求。设计方法如下： 图 1.1 二阶无限增益多路反馈巴特沃思型有源低通滤波器的电路形式 1）确定电容2 C ：依据经验公式()210 c C F f μ=确定电容 2C 。 2）确定电容1C ：依据2 214(1) C B C C A ≤+(B = 1.414214, C = 1.00000) 确定电容 C 1。 3）确定电阻2R ：22 22122124(1) c BC B C CC C A R +-+= 4）确定电阻R1： A R R 21= 5）确定电阻R3： 321221 (2)R CC C f R π= 在计算电阻时，应保留小数后 6 位，以确保计算的精确性，计算完成后，取最接近计算值的电 阻标称值。 4、实验仪器设备 1）双路直流稳压电源； 2）双踪示波器； 3）信号发生器； 4）41/2 位数字万用表； 5）面包板。 5、实验步骤 1）按设计确定的参数选择好元件，要求严格挑选元件使之尽量接近设计值。 2）按图搭建好线路。 3）调节直流稳压电源的两路输出至±15V，然后用电压表确认电压输出值为±15V； 4）按下列步骤测试： （1）用信号发生器作信号源，以正弦波为输入信号，用示波器一路输入测量信号源的幅度，调节信号发生器的电压输出至1V； （2）确认线路连接无误后，接通电源； （3）用示波器另一路输入测量滤波器的输出，将结果记入表1.1； （4）根据时间差计算相位差； （5）根据所测实验结果绘出幅频特性曲线及相频特性曲线，评价所设计滤波器的性能。 6、实验结果记录 表1.1 低通滤波器测试结果记录表测控电路课程设计
键控大数据采集及数值显示电路设计(微机原理)
常用电流和电压采样电路
电压采集电路设计.(DOC)
测控电路课程设计
数据采集电路PCB的设计与制作
开关量采集电路设计
传感器与测控电路设计说明书
实验七 数据采集电路PCB板设计
三相电信号采集电路设计方案
测控电路设计
测控电路设计