北工大电工学训练课设报告.docxVIP

一、目的、意义和方法1、实验目的在本学期中，我们需要完成用PSOC作为主控元件，制作一套完整的温控器的原理样机。技术要求如下：（1）温度连续可调30~300℃（2）温度要准确稳定±0.5℃（3）升温速度要快3分钟（4）操作要简便（调整温度）（5）显示要清晰数字显示（6）电路要简单尽量少分立元件（7）成本要低廉不使用昂贵元件图1温控电烙铁2、实验意义本学期的电工学训练，使用PSOC来完成一套控温器的设计，旨在让我们熟悉并掌握简单的PSOC单片机操作与应用，完成一套简单而实用的常见用具的设计。在这一过程中我们能将课堂上学过的或自学的AD转换、滤波、PID整定等知识活学活用，能做到理解与掌握，并做到以后再遇到同类的问题时能够用这些东西来解决它。同时，以小组合作的方式来完成这一任务，不仅能锻炼我们的团队合作意识，还能培养我们人与人共事的能力。3、试验方法温控器的总体结构如下：其中，单片机采用实验室的PSOC，电烙铁由老师提供，传感器采用由老师统一提供的铂电阻PT100，后向通道中的功率放大器使用由老师提供的无触点继电器，其余部分小组内成员自己完成，用户界面显示采用LED7段数码管。具体如何制作并完成各个模块，后文会具体说明。二、硬件电路设计1、硬件电路总体图及介绍硬件电路总体设计图2、前向通道硬件（固件）设计2.1电路原理介绍与分析图2 前向通道硬件（固件）设计图3 前向通道引脚分配如图所示，为前向通道的整体固件设计，其中，R_PT100就是传感器铂电阻在电路中所处的位置，由于被测温度的变化，影响到铂电阻的阻值，从而最终影响到运算放大器的放大效果，最终显示通过软件设计计算出的被测温度数值。在电路中采用两个电位器来完成对A/D转换输出数值的控制，如图2中R_4、R_5所示，使温度在可测范围内时，A/D转换的数值在0~4096（之间，保持两个电位器的值不变，此时，电路的放大效果应该只与铂电阻的阻值有关，进而完成对温度的测量与显示。2.2元件选型2.2.1铂电阻简介铂电阻是一种热敏电阻元件，电阻值会随温度改变而发生变化，我们选用的为PT100，其中，100表示它在0℃时阻值为100欧姆。它的阻值会随着温度上升，且阻值是成匀速增涨的。Pt100温度传感器的主要技术参数如下：测量范围：-200℃～+850℃。允通电流≤5mA。另外，pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。图4PT100电阻随温度变化2.2.2其余元器件选型如图2中所示，定值电阻选型：R_1=2kΩ，R_2=R_3=10kΩ；电位器选型：R_4=100kΩ，R_5=10kΩ。2.2.3电路的调试（1）用电位器（200Ω和20Ω电位器串联）替代铂电阻，进行调试，当电位器为156Ω时，调整R_5至Pin3处电压Uo1=1.65V，此时A/D转换应显示为2048左右。（2）将电位器调整至100Ω，调整R_4使A/D转换显示为0左右。（3）调整电位器使其为212Ω，此时，不调整任何器件，AD转换应显示为4096左右。此时，调试完成。再调整电位器阻值，示数应该在0到4096之间，如果再将电位器换为铂电阻，当改变铂电阻温度时，示数也会跟着改变。3、用户界面硬件（固件）设计3.1电路原理介绍与分析图5 用户界面硬件（固件）设计图6 用户界面引脚分配在用户界面部分，我们主要需要完成两方面的任务，不但要完成对温度的显示，而且还要有用户输入部分，让用户手动输入需要的温度值。在此，我们就需要一个4位的七段数码管来进行温度的显示，并选择PSOC上的按键来完成用户对目标温度值的输入。其中，如图5所示，左边Timer_1模块为一个定时中断，来控制对数码管上数字的扫描显示和软件部分的定时控制；右上Control_Reg_1为七段数码管显示模块，通过真值表的构建，完成对0~9数值及小数点的显示；右下Control_Reg_2是用来控制4为七段数码管的扫描显示；左下的两个按钮就是用来控制用户输入目标温度值的模块。3.2 元件选型3.2.1 四位七段数码管简介及选型数码管是一种半导体发光器件，数码管可分为七段数码管和八段数码管，区别在于八段数码管比七段数码管多一个用于显示小数点的发光二极管单元DP（decimal point），其基本单元是发光二极管。数码管是一类价格便宜使用简单的元器件，可以通过对其不同的管脚输入相对的电流，使其发亮，从而显示出数字能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。在本次试验中，我们需要采用共阴极的4位七段数码管，因此，我们采购MT03641AR型号的数码管，并查找记录了其各个引脚位置，如图7所示：图7 4位七段数码管及其引脚3.2.2 其余元器件选型在数码管每个引脚上，我们都需要接上一个定值电阻以保证安全，因此，我们采购了8个阻值相同的定值电阻