电子工程设计3选题参考

电子工程设计-3选题参考

电子工程设计训练中心

2013.2

电子工程设计-3题目选择参考

电子工程设计-3提供12个设计项目，另外学生还可以自拟设计项目，经任课教师审核合格予以实施。所有设计项目根据技术含量高低及工作量大小分配0.8-1.2之间的难度系数，供成绩评定时参考。

经过电子工程设计-1、电子工程设计-2的基本训练，学生已经具备了一定的项目实施能力。电子工程设计-3的教学中，学生需要根据个人已有的基础及兴趣爱好选择设计项目，并按照个人的情况进行项目实施的内容及时间安排。在课表规定的上课时间，任课教师负责答疑、解决问题，材料室发放材料。

实验室提供的设计项目分为系统设计和系统扩展二大类，共计12个。系统设计类的项目需要从头开始设计一个全新的项目，系统扩展类项目是在已完成的闭环温度控制系统的基础上进行功能扩展设计。所有设计项目均围绕“闭环温度控制系统”的内容展开，以便继承电子工程设计1、电子工程设计2完成的“闭环温度控制系统”的概念和经验，同时实验室也能够提供完善的调试与评价手段。为便于学生选择与实施设计项目，下面对各项目的内容、要求及知识背景等做简要的介绍，作为学生的选题参考。

一、系统设计类项目

系统设计类项目仍然以“闭环温度控制”为主题，但是在传感器信号处理、数据访问方式、数据处理方式、输出控制方式等方面与已完成的“闭环温度控制系统”相比有所不同。

1、基于SPI/I2C总线的闭环温度控制系统设计

1-1项目简介

全部采用串行数据访问方式进行各部件之间的数据交换，实现闭环温度控制的功能。控温范围0℃-100℃，控制执行部件仍然为半导体制冷片。串行数据访问以具有串行数据访问接口的部件为基础，主要包括三个部分，模/数转换、数/模转换、人机交互。对比电子工程设计-1、电子工程设计-2完成的闭环温度控制系统，该项目主要完成的工作是将并行数据访问模/数转换、数/模转换、静态人机交互等电路替换为相应的串行数据访问电路的设计。另外为保证项目具有满足教学要求的难度和工作量，要求采用T型热电偶作为测温元件。

1-2知识背景：

串行数据传输是电子系统中主要的数据访问方式之一。可以简化电路设计，缩小系统规模、降低项目成本。因此在并行数据访问的应用系统中使用的大多数器件都有相应的串行数据接口版本。例如：TLC0831即是ADC0804的串行数据接口版本；TLC5620是一款串行数据接口的4通道电压输出型DAC；CH452则是一款串行数据接口的人机交互控制专用集成电路；还有DS18B20 是一款数字化串行接口的温度传感器等等。用串行器件实现一个应用系统与并行器件相比仅仅是程序设计上有区别，电路设计则大同小异，“同”是外围的信号处理电路相同，“异”是数据接口由并行改为串行。

1-3基本要求

⑴使用T型热电偶测温，范围：0℃-100℃。

⑵模/数、数/模、人机交互等主要电路采用串行数据访问的集成电路。

⑶所有串行数据访问采用C8051F023单片机支持的SPI 总线或MSBus（I2C）总线实现。

⑷实现闭环温度控制，±2℃以内。

1-4 实验室提供的开发条件

⑴主要元器件

TLC0831 单通道8Bit ADC 支持SPI接口数据访问

TLC5620 4通道8Bit DAC 支持SPI接口数据访问

CH452 人机交互控制集成电路支持I2C接口数据访问

PCF8563 实时钟电路支持I2C接口数据访问

C8051F023 单片机模块支持SPI 、I2C串行总线数据访问

⑵调试环境

EDT08B 闭环温度控制调试环境

Silab IDE C8051F系列单片机程序集成开发环境

1-5 主要工作内容

⑴设计并实现测温范围为0℃-100℃的热电偶信号处理电路。

⑵熟悉串行数据访问总线SPI和I2C的操作方法。

⑶设计各串行接口器件利用SPI和I2C总线的访问方法及程序。

⑷重新进行C8051F023 单片机的接口配置使之具备SPI、I2C接口的访问能力。并更新设备配置文件Init_Device。

1-6 主要难点

⑴SPI和I2C总线数据访问的实现。

⑵需要阅读较多英文芯片资料。

⑶难度系数1.1。

1-7 成绩评定标准

⑴热电偶变送器15

⑵CH452人机交互或PCF8563 定时启动温度控制①10

⑶串行接口ADC实现温度显示15

⑷串行接口DAC手动控制度温10

⑸闭环温度控制②10

⑹报告+答辩30+10

1-8 电路接口说明

图1-1.单片机电路板接口定义

①采用CH452（I2C总线）设计人机交互单元或使用PCF8563扩展定时启动温度控制的功能。

②该项完成⑴-⑷项自动得分。

图1-1是单片机电路板接口的完整定义，题目1主要使用其中的SPI和I2C串行总线接口信号。如果前期并未使用这些信号，这些引脚可能还没有与单片机相应的口线相连，在使用之前需要先将单片机的SPI和I2C串行总线接口信号与这些引脚连通。其中NSS1-NSS3为SPI总线设备的片选信号，可以取自单片机的I/O引脚。如果没有空余的I/O引脚供使用，则需要更改配置文件，去掉一些不用的信号，释放足够的I/O引脚供片选信号使用。

2、采用多种测温元件的3通道闭环温度控制系统设计

2-1项目简介

采用3种测温元件同时对3个温度控制执行部件实施闭环温度控制，控温范围：0℃-100℃。3种测温元件分别为铂电阻温度传感器pt100、T型热电偶测温传感器和数字式一线温度计DS18B20。温度控制执行部件为半导体制冷片。对比电子工程设计第1、2阶段已经完成的温度控制系统，该项目工作内容的不同之处在于：为新采用的测温元件设计信号处理电路和数据采集方法，增加2个模/数转换通道和3个数/模转换通道的设计。

2-2 知识背景

测温元件有很多种类，本项目要求使用的是较为典型的类型，分别为电压型（T型热电偶），电抗型（pt100），数字型（DS18B20），除去数字型之外均需要设计信号处理电路。不同类型的测温元件应用是本项目的重点之一。

多通道模/数转换和数/模转换的实现是本项目的另一个重点。多通道模/数转换通常使用分时复用技术，并辅以模拟多路开关进行通道切换。多通道数/模转换必须使用多个具有独立输出的DAC部件实现。实验室提供的单片机C8051F023内建二个带8路模拟开关的ADC部件，可用于多通道模/数转换。C8051F023还内建有二个独立的ADC部件，可实现二路独立的DAC转换。另外C8051F023提供的可编程计数器阵列PCA还可以产生5路PWM 输出作为模拟量输出的功能选项。可以从成本、难易、个人特长等方面综合考虑，制订多通道模拟量输入/输出的方案。

2-3基本要求

⑴使用Pt100、T型热电偶、DS18B20进行测温，范围：0℃-100℃。

⑵3个测温元件与3个半导体制冷片各组成1个闭环系统实现温度的平稳控制，误差±2℃以内。

2-4实验室提供的开发条件

⑴主要元器件

ADC0804 并行接口，8bit，单路ADC

DAC0832 并行接口，8bit，单路DAC

TLC5620 串行接口，8bit，四路电压输出DAC

CD4051 8选1模拟开关

C8051F023 8bit ADC （8通道）1个，

10bit ADC （8通道）1个

10bit DAC （单路）2个，

PCA（可产生PWM波）5个

⑵调试环境

EDT08B 闭环温度控制调试环境

Silab IDE C8051F系列单片机程序集成开发环境