基础强化训练单片机实验板.docx

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基础强化训练单片机实验板

基础强化训练任务书

学生姓名：

专业班级：

电子0901班

指导教师：

谢涛工作单位：

信息工程学院

题目：

单片机实验板——电路印制板图的设计

一、训练目的

主要目的就是对学生进行基础课程、基本技能、基本动手能力的强化训练，提高学生的基础理论知识、基本动手能力，提高人才培养的基本素质。

二、训练内容和要求

1、基础课程和基本技能强化训练

（1）设计一个单片机实验板电路；

（2）对所设计电路的基本原理进行分析；

2、文献检索与利用、论文撰写规范强化训练

要求学生掌握基本的文献检索方法，科学查找和利用文献资料，同时要求学生获得正确地撰写论文的基本能力，其中包括基本格式、基本排版技巧和文献参考资料的写法、公式编排、图表规范制作、中英文摘要的写法等训练。

3、基本动手能力和知识应用能力强化训练

（1）学习PROTEL软件；

（2）绘制电路的原理图和PCB版图，要求图纸绘制清晰、布线合理、符合绘图规范；

4、查阅至少5篇参考文献，按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写基础强化训练报告书，全文用A4纸打印。

三、初始条件

计算机；MicrosoftOfficeWord软件；PROTELDXP软件

四、时间安排：

1、2011年7月11日集中，作基础强化训练具体实施计划与报告格式要求的说明；学生查阅相关资料，学习电路的工作原理。

2、2011年7月11日，电路设计与分析。

3、2011年7月12日至2011年7月14日，相关电路原理图和PCB版图的绘制。

4、2011年7月15日上交基础强化训练成果及报告，进行答辩。

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

摘要

单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。

学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。

ProtelDXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，且具备当今所有先进的设计特点，能够处理各种复杂的PCB设计过程。

通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合，ProtelDXP提供了全面的设计解决方案。

Abstract

TheAT89C51isalow-power,high-performanceCMOS8-bitmicrocomputerwith4KbytesofQuickFlashone-timeprogrammable（OTP）readonlymemoryand128bytesofRAM.Bycombiningaversatile8-bitCPUwithQuickFlashonamonolithicchip,theAtmelAT89C51isapowerfulmicrocomputerwhichprovidesahighlyflexibleandcosteffectivesolutiontomanyembeddedcontrolapplications.

ProtelDXPprovidesacompletelyintegratedsuiteofdesigntoolsthatletsyoueasilytakeyourdesignsfromconceptthroughtofinalboardlayout.AllProtelDXPtoolsrunwithinasingleapplicationenvironment–theDesignExplorer.StartProtelDXPandtheDesignExploreropens,puttingallyourdesigntoolsatyourfingertips.Youbenefitfromasingle,consistent.

绪论

本基础强化训练报告书通过运用所学的《电子技术基础模拟部分》、《电子技术基础数字部分》和《电子电路EDA技术》以及protrel软件和相关知识设计了一个单片机实验板。

基础强化训练中用到了许多以前学的元器件。

比如说电解电容，磁性电容，三极管，二级管和相关电阻等等，还用到了大家熟悉的AT89S51芯片。

电路原理图是用protel画的，还用了protel软件制了PCB板。

基础强化训练报告书中还对单片机实验板的原理进行了说明以及原理图用protel的画法。

以及电气检查，生成网络表，PCB板的制作。

1.设计准备

1.1单片机实验板用处

AT89S51单片机实验开发板是单片机初学者设计并开发的一种实验兼开发板，设计这个实验板的目的就是为了帮助单片机初学者快速学会单片机技术。

1.2ProtelDXP基本使用步骤

一般而言，设计电路板最基本的过程可以分为三大步骤：

1、电路原理图的设计

电路原理图的设计主要是PROTELDXP原理图设计系统来绘制一张电路原理图。

在这一过程中，要充分利用PROTELDXP所提供的各种原理绘图工具、各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一张正确、精美的电路原理图。

2、产生网络表

网络表是电路原理设计与印刷电路板设计之间的一座桥梁，它是电路板自动的灵魂。

网络表可以从电路原理图中获得，也可从印刷电路板中提取出来。

3、印刷电路板的设计

印制电路板的设计主要是针对PROTELDXP的另外一个重要部分PCB而言的，在这个过程中，我们借助PROTELDXP提供的强大功能实现电路板的版面设计，完成功难度的工作等。

2系统原理图的设计

2.1原理框图

图2-1

2.2单元电路的设计

2.2.1单片机最小系统电路

由于PROTELDXP的原件库里面没有Atmel公司的AT89C51,需要自己绘制原理图，AT89C51最小系统电路图，如图2-2所示。

图2-2

2.2.2流水灯电路

图2-3

2.2.3八段LED数码显示电路

在单片机控制系统中，常用LED显示器来显示各种数字或符号。

这种显示器显示清晰，亮度高，接口方便，广泛应用于各种控制系统中八段LED数码管连接电路。

图2-4实验板上所用共阳型LED数码管的电路原理图，从图中可以看出：

一个字块中的8个发光二极管的阳极都连在一起的，共阴和共阳结构的LED显示器各笔划段名的位置及名称是相同的。

当二极管导通时，相应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合而显示出各种字符。

如图2-5，8个笔划段hgfedcba对应于一个字节（8位）的D7D6D5D4D3D2D1D0，于是用8位二进制码就可以表示欲显示字符的字形代码。

数码管二极管的正极连在一起，构成公共端，即片选端，对于这种数码管的驱动，要求在片选端提供电流。

图2-4

图2-5

数码管除了与AT89C51原件的管脚直接相连外，还需要添加2个PNP三极管和2个二极管。

在片选端提供电流如图2-6所示。

图2-6

2.2.4555电路

单稳态触发器的特点是电路有一个稳定状态和一个暂稳状态。

在触发信号作用下，电路将由稳态翻转到暂稳态，暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中RC延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态，并在输出端获得一个脉冲宽度为tw的矩形波。

在单稳态触发器中，输出的脉冲宽度tw，就是暂稳态的维持时间，其长短取决于电路的参数值。

本例使用的是脉冲启动型单稳态电路，输入特点是“RT-7.6-CT”，从2端输入，带有一个RC微分电路，用途包括定（延）时、消抖动、分（倍）频，脉冲输出、LC速率检测。

如图2-7所示。

图2-7

2.2.5EPPOM电路

EPPOM的作用是初始化配置寄存器的单片机芯片。

AT89C51加电后会读取EPPOM的内容，把用户配置加载到PCI配置寄存器中。

基址寄存器保存要分配的内存或I/O的基址。

PCI是动态分配资源的，当PCI列举设备时，读取基址寄存器，并按照要求进行资源分配。

单片机内的EPPOM的作用是掉电时保存数据记录。

如图2-8所示。

图2-8

2.2.6复位电路

任何单片工作之前都有一个复位的过程。

需要在单片机的RESET管脚上加高电平，复位时间不少于5ms。

为了达到这个要求，可以用很多种方法，一种是RC复位，一种是使用看门狗。

看门狗芯片和单片机的一个I/O引脚相连,该I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平（或低电平）,这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的，一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段不进入死循环状态时,写看门狗引脚的程序便不能被执行,这个时候,看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号,便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号,使单片机发生复位,即程序从程序存储器的起始位置开始执行,这样便实现了单片机的自动复位.。

RC复位电路通电瞬间电容可以当短路，所以RST脚为高电平。

随后电容充电，稳定后VCC的电压实际上是加在电容上的。

电容下极板也就是RST脚最终为0V。

这样RST持续一段时间高电平后最终稳定在低电平，高电平持续时间由RC时间常数决定。

这就是上电高电平复位。

通过一个跳线，可以选择是使用RC复位电路还是看门狗电路。

如图2-9所示。

图2-9

2.2.7串行接口电路

89C51单片机通过管脚RXD（串行数据接收端）和管脚TXD（串行数据发送端）与外界通信。

SBUF是串行口缓冲寄存器，包括发送寄存器和接收寄存器。

它们有相同的名字和地址空间，但不会出现冲突，因为它们一个只能被CPU读出数据，一个只能被CPU写入数据。

89C51芯片虽然已有串行输入/输出管脚可以做串行通信，但为了使PC与89C51的电压保持一致，时通信距离更远、通信效果更好，所以还要加上MAX232芯片。

本实例中的串行接口是一个可编程的全双工串行通信接口。

它可用做异步通信方式，与串行传送信息的外部设备相连接，或用于通过标准异步通信协议进行全双工通信。

89C51多机系统也可以通过同步方式，使用TTL或COMS移位寄存器来扩充I/O口。

如图2-10所示。

图2-10

2.2.8其他电路

为AT89C51添加一个扬声器和一个NPN三极管，通过跳线与AT89C51连接，以在今后的调试中选择是否使用，如图X，通过网络名称“S1”使扬声器电路与AT89C51得管脚12相连

图2-11

添加一个跳线在VCC与GND之间，电路图如图2-12所示。

图2-12

在VCC和GND之间，还需要添加去耦电容和旁路电容，去耦电容无极性，滤掉尖峰干扰，旁路电容是为了滤掉高频信号。

电路如图2-13所示。

图2-13

2.2.9总电路原理图

图2-14

2.3ERC检验

图2-15

第一个warning指总线，总线本身没有电气连接，没有影响，其他错误也没影响。

3生成网络表

图3-1

图3-2

4PCB板制作

4.1原件的PCB封装准备

指定每个原件的封装，对没有的创建PCB元件库自己进行绘制

电解电容的封装

图4-1

扬声器的封装

图4-2

发光二极管的封装

图4-3

复位开关的封装

图4-4

4.2载入网络表和元件封装

载入网络表

图4-5

载入封装之后

图4-6

4.3原件预定位和自动布局

原件预定位：

主要的芯片原件放置在PCB上并锁定

图4-7

图4-8

4.4手工调整布局

图4-9

4.5布线

自动布线

图4-10

修改后的图：

图4-11

4.6补泪滴

在导线和焊盘或者导孔的连接处添加一段过渡，过渡的地方成泪滴状，形象的叫做泪滴。

泪滴的作用是在钻孔时，避免导线与焊盘的接触点因为应力集中而断裂。

添加泪滴的操作就叫补泪滴。

4.7敷铜

铺铜是为了使电路板的电气性能更好，减少自激和增强抗干扰能力，同时也可以增强板子的散热能力。

图4-12

4.8电路DRC校验

图4-13

没有违反DRC规则

5小结与体会

通过本次电子电路的设计，我学到了很多东西，最重要的是去做好一个东西的心态，也许在你拿到题目时会觉得困难，但是只要你充满信心，一步一个脚印去实现它，你就肯定会完成的。

设计时最麻烦的就是仿真了，由于PROTELDXP软件不是很完美，有时候画的线和其它线重要合时会看不到，有时又会明明联的是这个端点，一移动时却联到任外一个端点了，再加上电路有这么大了，显示器的界面宽度又有限，所以做起来有点麻烦，一但搞不好就要重新来，这个时候就要你有足够的耐心了。

从这次设计中我觉得我