电子系统设计09-电子系统设计实例

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1、第九章电子系统设计举例第九章电子系统设计举例9.1水温控制系统设计9.2数字化语音存储与回放系统设计9.3设计9.4设计电子系统设计19.1水温控制系统设计9.1水温控制系统设计第三届（1997年）全国大学生电子设计竞赛题目¾C题水温控制系统一、任务设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。二、要求1．基本要求（1）温度设定范围为40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。（2）环境温度降低时(例如用电风扇降温)温度控制的静态误差≤1℃。（3）用十

2、进制数码管显示水的实际温度。电子系统设计28.1电子系统的抗干扰设计2．发挥部分　（1）采用适当的控制方法，当设定温度突变(由40℃提高到60℃)时，减小系统的调节时间和超调量。　（2）温度控制的静态误差≤0.2℃。　（3）在设定温度发生突变(由40℃提高到60℃)时，自动打印水温随时间变化的曲线。¾设计一、方案设计与论证本题目要求：能在40℃至90℃范围内设定控制水温，静态控制精度为0.2℃。并具有快速性与较小的超调，以及十进制数码管显示、温度曲线打印、语音播报温度功能。电子系统设计38.1电子系统的抗干扰设计V测量部分方案一：采用热敏电阻，可满足40℃至90℃测量

3、范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测小于1℃的信号是不适用的。方案二：采用温度传感器铂电阻Pt1000。铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，线性较好。在0—100℃时，最大非线性偏差小于0.5℃。铂热电阻与温度关系是：Rt=R0(1+At+Bt*t)其中Rt是温度为t时电阻；R0是温度为0℃时电阻；A、B为温度系数。电子系统设计48.1电子系统的抗干扰设计V驱动控制部分方案一：　此方案采用89C51单片机实现，用编程实现各种控制算法和逻辑控制。但是89C51需外接模数转换器来满足数据采样。如增加语音播放功能，还需外接语音芯片，外围电路较复杂

4、，软件实现也较麻烦。且51单片机需要用仿真器来实现软硬件调试，较为繁琐。方案二:此方案采用SPCE061A单片机实现，此单片机内置8路ADC，2路DAC，且集成开发环境中，配有很多语音播放函数，易实现语音播放。另外，该芯片内置JTAG在线仿真、编程接口，可以方便实现在线调试。电子系统设计58.1电子系统的抗干扰设计二、系统硬件电路设计2.1　电路方框图及说明电子系统设计68.1电子系统的抗干扰设计方框图说明语音播放：语音播放水温设置温度，并播报整数温度变化。键盘设定：用于温度设定。共三个按键。KEY1:设置温度的十位数；0—9KEY2:设置温度的个位数；0—9KEY3

5、:温度设置确认；并语音播报./温度重新设置。数据采样：将电信号经AD转换后，换算成温度值，用于播报和显示。数据显示：采用三位八段数码管显示，设置温度与测量温度，显示小数点后1位数字。串行口传输：将采样温度值，上传至PC机，描绘曲线并打印。继电器/热电炉：通过三极管控制继电器来完成对热电炉的功率控制。电子系统设计78.1电子系统的抗干扰设计2.2　各部分电路设计1、CPUSPCE061A内部带有8路ADC和2路的DAC，32个IO口，内置32K字闪存和2K字的静态存储器。资源足够。电子系统设计88.1电子系统的抗干扰设计2、键盘设置电路IOA0接KEY1，IOA1接KE

6、Y2，IOA2接KEY3。3、数码显示电路外接三位数码管，通过三极管控制LED片选。电子系统设计98.1电子系统的抗干扰设计4、音频输出电路通过SPY0030功率放大器，驱动喇叭。完成语音播放。电子系统设计108.1电子系统的抗干扰设计5、热电炉控制电路通过三极管控制继电器的开关。电子系统设计118.1电子系统的抗干扰设计6、测温部分电路　　温度传感器：Pt1000，运放：HT9274差动放大。在100℃时，Pt阻值为1380Ω(电流基本:1—2mA)，因此采用10倍电压放大。电子系统设计128.1电子系统的抗干扰设计7、串行通讯部分电路　　系统设计要求同PC联机通信

7、，利用PC机打印显示温度曲线。由于SPCE061A串行口为TTL电平，PC串行口为RS232电平，用MAX232进行电平转换。通信速率为9600波特率。数据5秒传输一次。电子系统设计138.1电子系统的抗干扰设计三、软件设计3.1PID控制算法介绍ß算法有两种：直接计算法公式：Pout=Kp*e(t)+Ki*∑e(t)+Kd(e(t)–e(t-1))增量计算法公式：Pout(t-1)=Kp*(e(t)–e(t-1)+Kie(t)+Kd(e(t)–2*e(t-1)+e(t-2))基本偏差：e(t)表示当前测量值与设定目标之差累计偏差：∑e(t)=e(t