温度监控报警系统设计

单片机课程设计报告

题目：温度监控报警系统

专业：通信工程

班级：

姓名：

指导教师：

成绩：___________________________

电气工程系

2011年12月15日

课程设计任务书

波形发生器在一般的电子和通信实验中使用频率很高，目前我们实验室用的较多的波形发生器主要有两种：低频正弦波发生器和通用多波形发生器，前者只能产生正弦波，调节范围不大，但是信号稳定，失真度底，主要用在对波形有很高的要求的实验中；后者能产生正弦波、方波和三角波，也有的能产生三种以上波形。这两种波形发生器都比较昂贵，而在我们很多的实验中有的要求产生更多的波形种类和它们的谐波，有很多对于波形的要求不是很高，有的只是演示一下，在本课题中将这两方面的缺点结合起来加以改进，最大限度地利用单片机及其外围设备的资源，开发出能产生正弦、三角、方波、梯形、锯齿等多种波形和它们的谐波及组合波形，并可以根据实际情况的需要在波形存储器中写入不同的波形，可以随时添加，能满足一般的实验及演示的需要，并且成本很低，操作简洁方便。

关键字：单片机波形存储锁相环中断 D/A转换 A/D转换

第一章总体方案设计 (5)

1.1原理框图 (5)

1.2 函数发生器的总方案 (5)

第二章单元电路的设计 (6)

2.1方波发生电路的工作原理 (6)

2.2矩形波发生电路 (8)

第三章电路的参数选择及计算 (11)

3.1.方波中电容C1变化 (11)

3.3总电路图 (12)

3.4 系统所需的元器件 (13)

第四章测试结果分析与总结 (13)

第五章参考文献 (13)

第一章总体方案设计

1.1原理框图

1.2 函数发生器的总方案

函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波、矩形波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波-锯齿波函数发生器的设计方法。

产生矩形波、方波、三角波、锯齿波的方案有多种，本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成锯齿波和矩形波的电路设计方法

本课题中函数发生器电路组成框图如上所示：

由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到锯齿波的变换电路主要由比例运算放大器来完成，而三角波到矩形波的变换主要是通过比较器和积分器来实现的。

第二章单元电路的设计

2.1方波发生电路的工作原理

集成运放A，电阻R1,R2,R3和双向稳压管组成反向滞回比较器，起开关作用；RC电路起反馈和延迟作用，电容C连到A的反向输入端，以控制滞回比较器的工作状态。滞回比较器输出电压Uo有两个工作状态：高电平+Uz和低电平-Uz，两个状态的翻转是通过RC电路的充放电改变滞回比较器的输入实现的。假设t=0时，电容C上电压Uo为0，输出电压为高电平，即Uo=+Uz，则集成运放同向输入端的电位U+=滞回比较器的第一阈值电压Uth1，即U1={R1/(R1+R2)}*Uz。输出端的高电平通过电阻R对电容C充电，电容电压Uc上升到略大于Uth1时，集成运放方向输入端电位U-大于同向输入端电压，输出电压发生越变，从高电平变为低电平；于是集成运放同向输入端电压立即变为第二阈值电压Uth2，即U+=【-R1/(R1+R2)】*Uz，输出电压变为低电平后，电容C将通过R先放电再充电，电容电压Uc随时间下降，放电过程如下图（a）虚线所示。当Uc下降到略小于Uth2时，集成运放反向输入端电位小于同向输入端电位，滞回比较器输出状态发生另一次越变，输出电压从低电平重新跳回到高电平。C又重新充电，周期性地重复上述过程。在电路稳定以后，电容C的充放电时间常数相等，并且两次越变时电容电压变化的幅值也相等，所以在一个周期内Uo的高低电平时间相等，即Uo是连续的方波。如（b）所示。

方波发生电路图2.2方波---三角波转换原理

方波三角波转换电路图

波形图

电压传输特性

在图所示电路中，积分电路的输出电压Uo作为滞回比较器的输入电压，而滞回比较器的输出电压Uo1又作为积分电路的输入电压；由于采用反向电路取代RC 电路，为满足相位关系，该电路选用同向滞回比较器。

分析同向滞回比较器可得其输出高低电平和阈值电压

Uoh=+Uz, Uol=-Uz;

Ulrl=+R1*Uz/R2

Uth2=-R1*Uz/R2

当滞回比较器输出电压Uo1为高电平+Uz时，+Uz将通过电阻R对积分电容C反向充电，充电电流为-Uz/R，输出电压Uo按线性规律下降，当下降到滞回比较器的第二阈值电压时，集成运放A1的同向输入端电位U+=U-=0，再略下降就使得U+U-，U01从-Uz越变回到+Uz，电容又开始反向充电。如此周而复始，产生振荡。由于积分电路反向积分和正向积分的电流大小相等，使得UO在一个周期内的下降时间和上升时间相等，且斜率的绝对值也相等，因而U0是三角波，U01是方波，波形如上图所示。

2.3矩形波发生电路

2.4三角波---正弦波转换电路的工作原理

三角波——正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。

差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。分析表明，传输特性曲线的表达式为：022/1id T C E U U aI I aI e

==+ 011/1id T C E U U aI I aI e -==

+ 式中 /1C E a I I =≈

0I ——差分放大器的恒定电流；

T U ——温度的电压当量，当室温为25oc 时，UT ≈26mV 。

如果Uid 为三角波，设表达式为

44434m id m U T t T U U T t T ⎧⎛⎫- ⎪⎪⎪⎝⎭=⎨-⎛⎫⎪- ⎪⎪⎝⎭⎩ 022T t T t T ⎛⎫≤≤ ⎪⎝⎭⎛⎫≤≤ ⎪⎝⎭

式中 Um ——三角波的幅度；

T ——三角波的周期。