電子工程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、北 京 工 業(yè) 大 學(xué)電子工程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué) 院 專 業(yè) 姓名學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 日 期 年 月 日摘 要本次課程的目的是實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量控制系統(tǒng)，而主要由我們制作的有三個(gè)模塊：穩(wěn)壓電源模塊，變送器模塊以及功率放大器模塊。通過(guò)自己設(shè)計(jì)電路圖，仿真，了解各個(gè)電路的電路原理，然后根據(jù)仿真出的電路進(jìn)行焊接，最終在整體的系統(tǒng)中測(cè)量各個(gè)模塊的功能，得到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本次課程鍛煉了我們的系統(tǒng)綜合應(yīng)用能力、電路設(shè)計(jì)能力以及焊接能力等。使得我們?cè)谌矫娑加辛撕艽蟮奶嵘?。關(guān)鍵字：線性穩(wěn)壓電源 變送電路 功率放大電路AbstractThiscourse is designed torealize thetemperatur

2、e measurement and control system,andmainlymade by ushas three modules:power supplymodule,transmittermodule and poweramplifier module.Through their owncircuit design,simulation,circuitprinciple of eachcircuit,and thenaccording to the weldingcircuitsimulation,the finalmeasurementmodule inthe wholesyst

3、em function,obtainedthe corresponding experimental data.The courseexercisecomprehensive application ability,system circuit designour abilityand weldingability.So that weallhave a great deal ofascension.Keywords:linear regulated power、transmission circuit、power amplifier circuit目錄第一章溫度測(cè)量控制總體概述5一、課題背景

4、5二、總體概述：5第二章穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)6 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 二、元器件選擇三、原理圖9四、Altium Designer中的PCB圖9五、焊接電路板10六、誤差分析11七、材料清單11八、調(diào)試分析及出現(xiàn)的問(wèn)題12第三章 放大電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)12一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2二、實(shí)驗(yàn)原理12三、原理圖及仿真13四、元器件選擇14五、數(shù)據(jù)分析14六、Altium Designer繪制PCB圖15七、實(shí)際焊接電路板15第四章功率放大電路的總體概述16一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?6二、實(shí)驗(yàn)原理16三、原理圖與仿真16四、元器件選擇17五、數(shù)據(jù)分析17六、Protel繪制PCB圖18七、實(shí)際焊接電路板19八、材料清單20九、調(diào)

5、試分析及出現(xiàn)的問(wèn)題20第五章體會(huì)感想20第一章 溫度測(cè)量控制總體概述一、 課題背景隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，溫度測(cè)量控制系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及人們的日常生活中扮演了一個(gè)越來(lái)越重要的角色。因此，對(duì)溫度采集控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究就具有十分重要的意義。 現(xiàn)代化生產(chǎn)對(duì)溫度采集的精度、實(shí)時(shí)性和采集效率等都有很高的要求，而且有許多測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，對(duì)操作人員現(xiàn)場(chǎng)采集十分不利，這就需要使用一種能夠自動(dòng)采集、處理和傳送數(shù)據(jù)的測(cè)溫儀器。同時(shí)，為了方便安裝和維護(hù)，這類儀器需要具備長(zhǎng)期自動(dòng)穩(wěn)定工作的能力。因此，開(kāi)發(fā)低功耗的溫度采集系統(tǒng)，對(duì)這些應(yīng)用領(lǐng)域的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量是非常必要的。在科研實(shí)驗(yàn)、大棚蔬菜種植、各種動(dòng)物養(yǎng)殖

6、及衛(wèi)生醫(yī)療等場(chǎng)合經(jīng)常要用到溫度采集系統(tǒng)；以及火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)、電話室溫采集系統(tǒng)等都有相關(guān)的應(yīng)用。二、 總體概述：前向通道：由溫度傳感器，信號(hào)調(diào)理電路，A/D轉(zhuǎn)換器組成。溫度傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，電信號(hào)可能是電阻信號(hào)，電流信號(hào)等模擬信號(hào)，也可能是數(shù)字信號(hào)。如果是模擬信號(hào)則需轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。后向通道：由D/A轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動(dòng)器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。微控制器將溫度測(cè)量值和給定值產(chǎn)生的偏差通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換電路換成正負(fù)電壓值，再通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行功率放大，再通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行加溫和制冷，形成溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫度的控制。顯示電路：使用數(shù)碼管或液晶作為顯示電路，通過(guò)微控制器借口對(duì)

7、其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量和顯示。鍵盤(pán)電路：使用獨(dú)立式鍵盤(pán)或行列式鍵盤(pán)，通過(guò)借口驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字鍵或者功能鍵，通過(guò)鍵盤(pán)可實(shí)現(xiàn)溫度值的設(shè)定，功能鍵完全確定，取消等功能。電源電路：為溫度測(cè)量控制系統(tǒng)提供直流電源，5V電源，12V電源，-12V電源第二章 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康慕涣鞴╇?V 和15V，實(shí)現(xiàn)線性穩(wěn)壓電源直流輸出+5V電壓和12V電壓。二、實(shí)驗(yàn)原理與分析（一）電路原理要實(shí)現(xiàn)線性穩(wěn)壓電源，就要分為兩大部分，整流和濾波。整流，就是把交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^(guò)程。利用具有單向?qū)щ娞匦缘钠骷?，可以把方向和大小交變的電流變換為直流電。整流分為兩大方式：半波整流和全波整流。橋式整流電路的工作原理如

8、下：e2為正半周時(shí)，對(duì)D1、D3加正向電壓，Dl、D3導(dǎo)通；對(duì)D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成e2、D1、Rfz 、D3通電回路，在Rfz 上形成上正下負(fù)的半波整流電壓，e2為負(fù)半周時(shí)，對(duì)D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通；對(duì)D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構(gòu)成e2、D2、Rfz 、D4通電回路，同樣在Rfz 上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。輸入端用一個(gè)全波整流橋把輸入的交流電轉(zhuǎn)換為有一定紋波的直流電。在該電路中要求減小紋波，而措施是接上大電容進(jìn)行一定的濾波減少紋波。實(shí)驗(yàn)中我們用LM7805CT芯片提供正5V電壓輸出，LM7812CT芯片提供正12V電壓輸出，

9、LM7912CT芯片提供負(fù)12V電壓輸出。（二）、元器件選擇 三端穩(wěn)壓器的輸出端需要一個(gè)濾波電路對(duì)于三段穩(wěn)壓器的輸出進(jìn)行濾波，進(jìn)一步減少紋波。數(shù)據(jù)方面則是三端穩(wěn)壓器能夠產(chǎn)生需要的正負(fù)12V電壓，以及正5V電壓即可。而三段穩(wěn)壓器的輸入端的電容要用大電容，輸出端接一個(gè)小電容，進(jìn)行濾波即可。電壓值/V15 15+9+5+12-12實(shí)際值/V29.59.85.312.4-11.5三、原理圖 圖2.2線性電源原理圖四、PCB圖 圖2.3線性電源PCB五、焊接電路板圖2.4線性電源電路板六、誤差分析可能存在著焊接的管腳的接觸問(wèn)題，使得電路的性能與設(shè)計(jì)存在出入。因?yàn)榘遄邮桥f板子，所以可能出現(xiàn)焊盤(pán)掉了，焊點(diǎn)沒(méi)

10、焊上，或者兩個(gè)焊點(diǎn)之間段路。同時(shí)電路中使用的導(dǎo)線存在線性電容、阻抗，同時(shí)兩根導(dǎo)線之間存在寄生電容，導(dǎo)線本身還存在著一些其他的誤差因素使得電路的性能與設(shè)計(jì)存在出入。另外使用的元器件本身也存在誤差。最好每一個(gè)元器件使用前均進(jìn)行測(cè)量。在焊接時(shí)，需要注意各個(gè)元器件焊接是否正確，每個(gè)管腳之間的連接是否和仿真好的電路圖一樣。元器件是否焊反等問(wèn)題。另外針對(duì)本次實(shí)驗(yàn)所使用的板，特別需要注意有一些地方存在暗線，一定要看清楚再進(jìn)行焊接。七、材料清單名稱數(shù)量/個(gè)220uF/50V電容3470uF/50V電容3整流橋2保險(xiǎn)管3保險(xiǎn)管座3LM7805CT1LM7812CT1LM7912CT1長(zhǎng)插針（13X2）2八、調(diào)試

11、分析及出現(xiàn)的問(wèn)題由于本次是焊好電源模塊插在大的單片機(jī)系統(tǒng)上，因此一定要分清正負(fù)左右，避免由于插反了導(dǎo)致燒板子甚至燒掉其他的板子。另外左右各位13X2的插針，插針的排布一定要看對(duì)，在訓(xùn)練指導(dǎo)書(shū)后邊有對(duì)應(yīng)的管教排布。調(diào)試時(shí)有一次就是因?yàn)榕挪紱](méi)看對(duì)導(dǎo)致沒(méi)有輸出，經(jīng)過(guò)自己檢查后發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問(wèn)題，因此一定要注意。第三章 放大電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶鞲衅鬏敵龅男盘?hào)轉(zhuǎn)變成采集電路所需要的信號(hào)，溫度變送器的輸出電壓為05V（對(duì)應(yīng)的溫度為0C100C）二、 實(shí)驗(yàn)原理本模塊的前端為溫度傳感器AD590，AD590輸出的為電流信號(hào)，0時(shí)對(duì)應(yīng)的為0.273mA，100時(shí)對(duì)應(yīng)的為0.373mA。而本模塊后端的采

12、集電路所需要的為電壓信號(hào)，0時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓為0V，100時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓為5V。因此本模塊所需要做的分別為電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)、信號(hào)的放大與調(diào)零。首先進(jìn)入模塊的電流信號(hào)通過(guò)一個(gè)電阻使其變成電壓信號(hào)。之后連續(xù)通過(guò)2個(gè)反向比例放大器，分別使信號(hào)放大10倍和5倍，并且在第二個(gè)反向比例放大器的正極進(jìn)行調(diào)零。反向比例放大器的負(fù)極接入信號(hào)，正極接基準(zhǔn)電壓。第一級(jí)放大器接入前的電阻為1K，因此對(duì)應(yīng)的電壓值變?yōu)榱?.273V0.373V。第一級(jí)反向比例放大器放大10倍，因此輸出信號(hào)為-2.73V-3.73V。第二級(jí)放大器放大倍數(shù)為5倍，正極接電位器，左右端分別接入正負(fù)12V，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器使得基準(zhǔn)電壓為-2.73

13、V，這樣相對(duì)的輸入就變成了0V-1V，通過(guò)反向比例放大器放大5倍后，變成05V。三、 原理圖及仿真圖3.1電流273mA時(shí)的電壓圖3.2電流373mA時(shí)的電壓四、 元器件選擇首先考慮到只使用兩個(gè)反向比例放大器，并且通過(guò)放大器的只是直流信號(hào)，因此權(quán)衡考慮選擇了LM358放大器進(jìn)行放大。R1為1K是為了將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，為m V 級(jí)。R2的選擇是為了與R1 形成10倍以上的關(guān)系，因?yàn)槎呤遣⒙?lián)關(guān)系，通過(guò)10倍關(guān)系減小干擾。電阻R3的目是保護(hù)運(yùn)放。R4，R5的選擇是為了將12V電壓分壓倒-2.73V，R6、R7的作用是讓第二級(jí)的反向比例放大器放大5倍，最終輸出為05V。五、 數(shù)據(jù)分析溫度/度

14、020406080方針電壓/V01234電壓/V0.020.961.972.944.05由于硬件電路上的誤差，肯定會(huì)使最后的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，仿真圖與實(shí)物之間也存在差異。測(cè)量時(shí)，溫度在35-75度時(shí)電壓值還是比較準(zhǔn)確，在溫度較低和較高時(shí)都會(huì)出現(xiàn)更大的誤差。六、 Altium Designer繪制PCB圖 圖3.4變送器電路PCB七、 實(shí)際焊接電路 圖3.5變送器電路電路板八、材料清單名稱數(shù)量/個(gè)0.25W 1K電阻20.25W 5K電阻10.25W 10K電阻25K滑變1LM3581長(zhǎng)插針13X22第四章、功率放大電路的總體概述一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?qū)動(dòng)電壓為-9V +9V ,驅(qū)動(dòng)電流最大為3A,隨著輸出負(fù)電

15、壓的增加,制冷量增加,隨著輸出正電壓的增加,制熱量增加,從而以控制輸出電壓,達(dá)到控制溫度的目的，本實(shí)驗(yàn)就是將m A級(jí)的電流放大到1A。二、 實(shí)驗(yàn)原理此實(shí)驗(yàn)利用乙類放大OCL電路進(jìn)行功率的放大。乙類放大電路管耗小，有利于提高效率，但是存在嚴(yán)重的失真，使得輸入信號(hào)的半個(gè)波形被消掉。因此當(dāng)信號(hào)為負(fù)時(shí)，上邊管子截止，下邊導(dǎo)通，為正時(shí)，上邊導(dǎo)通，下邊截止，從而實(shí)現(xiàn)了完整波形的輸出，因此稱之為互補(bǔ)電路。由于此次實(shí)驗(yàn)是將整的信號(hào)變化到負(fù)信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)此功能。三、 原理圖與仿真圖4.1功率放大電路仿真圖1當(dāng)輸入為+時(shí)，從mA變?yōu)?.654A圖4.2功率放大電路仿真圖2當(dāng)輸入為-時(shí)，從mA變?yōu)?1.335A四、

16、 元器件選擇此次實(shí)驗(yàn)選用了乙類放大OCL電路，為實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)前一級(jí)小功率放大為2N3904，2N3906這對(duì)三極管，后一級(jí)大功率放大為E3055T，E2955T這對(duì)三極管。五、 數(shù)據(jù)分析經(jīng)實(shí)際測(cè)量得到電流變化范圍是-1.32A +1.56A。從而驅(qū)動(dòng)加熱制冷。六、 Protel繪制PCB圖圖4.3功率放大電路PCB圖七、 實(shí)際焊接電路板圖4.4功率放大電路電路板八、 材料清單名稱數(shù)量/個(gè)0.25W 100K電阻21K滑變12N390412N39061E3055T1E2955T1九、 調(diào)試分析及出現(xiàn)的問(wèn)題 調(diào)試過(guò)程中最關(guān)鍵的就是限流電阻R2的調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)它來(lái)調(diào)節(jié)最后放大的電流大小。由于調(diào)試過(guò)程中將

17、R2 的大小設(shè)的太高，導(dǎo)致電流全部流向輸出，電流大小超過(guò)1.8A，將電路中的三極管燒壞，致使我們又重新更換三極管，減小R2大小，重新測(cè)量。第5章、體會(huì)感想Xxx1： 本次電子工程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課讓我學(xué)到了很多有用的知識(shí)，但是這門(mén)課更注重的是實(shí)踐，無(wú)論是在電腦上的仿真、對(duì)于電路的PCB繪制以及在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上焊接電路板，都對(duì)我是一個(gè)不小的考驗(yàn)。在制作三塊電路板的過(guò)程中，我雖然有過(guò)多次失敗，但是最終都通過(guò)細(xì)心排查解決了問(wèn)題。在制作過(guò)程中我需要考慮模塊與模塊間連接的問(wèn)題，并不能保證上一端輸入的信號(hào)為理想值，從而做出相應(yīng)的調(diào)整。并且通過(guò)這次電子工程設(shè)計(jì)課我也了解到，就算電腦的電路仿真軟件仿真出完美波形，實(shí)際上在制

18、作完成后也可能使用不了。因?yàn)檫@其中有各種各樣出現(xiàn)誤差的情況，包括電路板的干擾，導(dǎo)線的干擾，靜電的干擾，焊錫點(diǎn)堆起來(lái)的焊錫包的干擾，每個(gè)元器件自帶的誤差，由于擺放原因從而引起的其他的誤差。室內(nèi)的溫度濕度等，均會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果有一定的影響。而且焊接電路板和編程不一樣，如果電路板出錯(cuò)甚至不知道從何查起，需要徹底了解電路的原理，根據(jù)不同的出錯(cuò)情況作出不同的排錯(cuò)方案。只有這樣堅(jiān)持下去，最終才能成功做出電路板。通過(guò)這次電子工程設(shè)計(jì)課，我認(rèn)為最重要的不是學(xué)到知識(shí)，而是是學(xué)到了一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)方法以及學(xué)習(xí)態(tài)度。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)，仿真制作到最后檢查問(wèn)題，哪一個(gè)環(huán)節(jié)都磨練著我的耐心，只有克服了這一環(huán)環(huán)的問(wèn)題，最后才能成功。Xxx2： 電子工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練課就想我們大二時(shí)上過(guò)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)一樣，對(duì)動(dòng)手能力要求較高，不僅僅是要告訴我們一種知識(shí)，更要我們?cè)诹私饬死碚摰幕A(chǔ)上自己動(dòng)手將其驗(yàn)證。張老師在教會(huì)我們使用一些必要的軟件，