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电子工艺实习报告 电子与控制工程学院 题目:基于51系列单片机的温度控制系统设计 姓 名: 班 级:自动化二班 专 业:自动化(交通信息与控制) 学 号: 指导教师:一、 实习目的(1)熟悉手工焊锡的常用工具的使用及其维护与修理;(2)基本掌握手工电烙铁的焊接技术,能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接;(3)通过理论学习掌握基本的焊接知识以及电子产品的生产流程;(4)熟悉了解最基本的电子元器件,掌握相应的元件使用方法;(5)学会设计并应用温度检测以及校正电路;(6)学会简单的使用单片机的基本应用;二、温度控制原理1、 温度传感电路设计采用半导体集成温度传感器作为测温元件,半导体温度传感器应用也比较广泛,精度、可靠性都不错,价格适中,使用比价简单,是一种较好的方案。其中温度传感器采用DS18B20温度传感器,利用单总线专用技术,既可通过串行口线,也可通过其它I/O口线与微机接口,无须经过其它变换电路,直接输出被测温度值(9位二进制数,含符号位)其中DS18B20的性能特点:测温范围为-55-+125,测量分辨率为0.0625内含64位经过激光修正的只读存储器ROM适配各种单片机或系统机用户可分别设定各路温度的上、下限内含寄生电源。DS18B20内部结构主要由四部分组成:64位光刻ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器TH和TL,高速暂存器。在硬件上,DS18B20与单片机的连接有两种方法,一种是VCC接外部电源,GND接地,I/O与单片机的I/O线相连;另一种是用寄生电源供电,此时UDD、GND接地,I/O接单片机I/O。无论是内部寄生电源还是外部供电,I/O口线要接5K左右的上拉电阻.我们采用的是第一种连接方法,如下图所示:把DS18B20的数据线与单片机的P1.0管脚连接,再加上上拉电阻。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时,总线上必须有强的上拉,上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线,因此发送接口必须是三态的。DS18B20有六条控制命令,如下表所示:表1 DS18B20控制命令 指令约定代码操 作 说 明温度转换44H启动DS18B20进行温度转换读暂存器BEH读暂存器9个字节内容写暂存器4EH将数据写入暂存器的TH、TL字节复制暂存器48H把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中重新调E2RAMB8H把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节读电源供电方式B4H启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU2、温度测量电路显示电路采用LED液晶显示数码管,从P3口RXD,TXD串口输出段码。显示电路是使用的串口显示,这种显示最大的优点就是使用口资源比较少,只用p3口的RXD,和TXD,串口的发送和接收。 下图即为具体的连线电路图:3、加热制冷电路方案根据题目,当周围空气温度过高时,一般只能关掉加热器,让其自动冷却,但为了达到更好的控制效果,可以用风扇进行制冷,当温度过高时,关掉电炉开启风扇进行制冷。加热制冷电源选用220V交流电。方案一:采用电力电子技术的PWM技术,控制其功率实现较好的精度,但电路设计比较麻烦,制作难度比较大。方案二:可以使用固体继电器控制加热制冷器工作。固态继电器使用比较简单,而且没有触电,可以频繁工作。是一个比较好的方案。我们采用方案二进行设计。三、元器件的安装技术要求1、单片机设计STC89C52RC有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,2个读写口线,STC89C52RC可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。(1) 电源及时钟引脚Vcc:电源接入引脚;GND:接地引脚;XTAL1:晶体振荡器接入的一个引脚(采用外部振荡器时,此引脚接地);XTAL2:晶体振荡器接入的另一个引脚(采用外部振荡器时,此引脚作为外部振荡信号的输入端)。(2) 控制线引脚RST:复位信号输入引脚。(3) 并行I/O口引脚P0.0P0.7:一般I/O口引脚或数据/低位地址总线复用引脚;P1.0P1.7:一般I/O口引脚;P2.0P2.7:一般I/O口引脚或数据/高位总线引脚;P3.0P3.7:一般I/O口引脚或第二功能引脚。(4) 外部程序存储器扩展控制信号 EA/VPP:用于片内,片外程序存储器配置,输入信号。当EA=0时,单片机的程序存储器全部为扩展的片外程序存储器;当EA=1时,单片机的程序存储器可由片内程序存储器和片外程序存储器构成。 ALE/PROG:用于所存P0口输出的低8位地址。 PSEN:程序储存允许(PSEN)输出,外部程序存储器的读选通信号。在温度显示时,用P1口的P1.5P1.7作为译码器74LS138的输入端,通过译码方式控制数码管的选通信号,当译码器其中的一个引脚输出低电平时,其对应的数码管被选通来显示温度。当P1.6和P1.7为高电平,P1.5为低电平时蜂鸣器工作,发出报警信号。在设置STC89C52RC的振荡频率时,我们采用内部时钟方式,如图所示。在单片机内部有一振荡电路,只要在单片机XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体(简称晶振),就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容器C1和C2的作用是稳定频率和快速起振,电容值在5pF30pF,典型值为30pF。晶振CYS的振荡频率范围为1.2-12MHz,典型值为12MHz和6MHz。本次设计我们选择了11.0592MHz。2、串口通信模块本系统设计的通讯采用的是常见的串口通讯,协议转换芯片是采用MAX232A,其接口原理图如下图7所示:串口通讯接口电路3、按键接口电路本系统设计采用的键盘模块,其接口原理图如下图8所示:图8 键盘模块电路4、手动按钮复位手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平(图1)。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时,则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒,所以,完全能够满足复位的时间要求。5、元器件安装:(1)前提:所有元器件应按制造厂规定的安装条件进行安装。 适用条件 需要的灭弧距离 拆卸灭弧栅需要的空间等,对于手动开关的安装,必须保证开关的电弧对操作者不产生危险 (2)组装前首先看明图纸及技术要求 (3)检查产品型号、元器件型号、规格、数量等与图纸是否相符 (4)检查元器件有无损坏 (5)必须按图安装 (如果有图) (6)元器件组装顺序应从板前视,由左至右,由上至下 (7)同一型号产品应保证组装一致性 (8)面板、门板上的元件中心线的高度应符合规定 元件名称 安装高度(m) 指示仪表、指示灯 0.6-2.0 电能计量仪表 0.6-1.8 控制开关、按钮 0.6-2.0 紧急操作件 0.8-1.6 (9)组装产品应符合以下条件: 操作方便。元器件在操作时,不应受到空间的防碍,不应有触及带电体的可 能。 维修容易。能够较方便地更换元器件及维修连线。 各种电气元件和装置的电气间隙、爬电距离应符合4.4 条的规定。 保证一、二次线的安装距离。 (10)组装所用紧固件及金属零部件均应有防护层,对螺钉过孔、边缘及表面的毛刺、尖锋应打磨平整后再涂敷导电膏。 (11) 对于螺栓的紧固应选择适当的工具,不得破坏紧固件的防护层,并注意相应的扭距。 (12) 主回路上面的元器件,一般电抗器,变压器需要接地,断路器不需要接地,四、 手工焊接技术1、焊点形成的必要条件(1)焊件应具有良好的可焊性 。 金属表面被熔融焊料浸润的特性称为可焊性。 有些金属材料具有良好的可焊性,但有些金属如钼、铬、钨等,可焊性非常差。可焊性比较好的金属,如紫铜、黄铜等,由于其表面容易产生氧化膜,为了提高可焊性,一般需要采用表面镀锡、镀银等措施。 (2)焊件表面必须清洁 。焊件由于长期储存和污染等原因,其表面有可能产生氧化物、油污等。故在焊接前必须清洁表面,以保证焊接质量。 (3)要使用合适的焊剂 。焊剂的作用是清除焊件表面氧化膜,并减小焊料熔化后的表面张力,以便于浸润。不同的焊件,不同的焊接工艺,应选择不同的焊剂。如镍铬合金、不锈钢、铝等材料,不使用专用的特殊焊剂是很难实施锡焊的。 (4)要加热到适当的温度和时间 。在焊接过程中,既要将焊锡熔化,又要将焊件加热至熔化焊锡的温度。只有在足够高的温度和一定的时间下,焊料才能充分浸润,并扩散形成合金结合层。(5)焊料的成分与性能要适应焊接要求。2、 焊接的操作要领(1)焊接姿势 。焊接时应保持正确的姿势。一般烙铁头的顶端距操作者鼻尖部位至少要保持 20cm以上,以免焊剂加热挥发出的有害化学气体吸入人体、同时要挺胸端坐,不要躬身操作,并要保持室内空气流通。 (2)电烙铁的拿法 。电烙铁一般有正握法、反握法、握笔法 3 种拿法:正握法适用于中等功率电烙铁或带弯头电烙铁的操作;反握法动作稳定,长时间操作不易疲劳,适用于大功率电烙铁的操作;握笔法多用于小功率电烙铁在操作台上焊接印制电路板等焊件。(注意电烙铁在一般使用方法,新的在使用时需要在其上挂层锡,旧的必须加热后在有松香的砂纸上来回擦拭,并熔化焊锡,使烙铁头挂上一层锡。电烙铁在高温下容易氧化,所以要经常休整,不用时需要放在支架上) (3)焊锡丝的拿法 。焊锡丝的拿法根据连续锡焊和断续锡焊的不同分为两种拿法,如图 5.2 焊锡丝一般要用手送入被焊处,不要用烙铁头上的焊锡去焊接,这样很容易造成焊料 的氧化,焊剂的挥发。因为烙铁头温度一般都在300左右,焊锡丝中的焊剂在高温情况下容易分解失效。在焊锡丝成分中,铅占有一定的比例。铅是对人体有害的重金属,故焊接毕后要洗手,避免食入。3、 焊接操作的步骤 焊接操作的步骤一般分为准备施焊、加热焊件、填充焊料、移开焊丝、移开烙铁五步。 一般称为 “五步法”: (1)准备施焊。备好电烙铁和焊丝,此时烙铁头应保持干净且吃上锡。一般是右手拿电烙铁,左手 拿焊丝,做好施焊准备。 (2)加热焊件。将烙铁头放在焊接点,使焊接点升温。这时应注意准确掌握火候,操作要敏捷、熟练。 也就是必须在有限的几秒钟内熟练地将被焊件加热到最佳焊接温度,然后迅速判断“何时” 向 “何处”填充多少焊料为宜。若烙铁头上带有少量焊料,则可使烙铁头上的热量较快地传到焊接点上。
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