单片机电路板焊接实习报告.doc
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机械与车辆学院
《电子工艺实习》报告
（2010-2011学年第一学期）
实习题目：
GWL-100单片机学习开发板的制作
姓名：
李**
学号：
080402021036
班级：
08交通2班
指导老师：
赵**
实习时间：
12月6日—12月12日
成绩：
一：
实习目的
目前单片机上网技术是一个热门技术，很多高校学生选择与此相关的毕业设计，同时高校也有与此相关的项目。
通过对一只正规产品GWL-100单片机学习开发板的安装、焊接、调试、了解电子产品的装配全过程，训练动手能力，掌握元器件的识别，简易测试，及整机调试工艺，从而有助于我们对理论知识的理解，帮助我们学习专业的相关知识。
培养理论联系实际的能力，提高分析解决问题能力的同时也培养同学之间的团队合作、共同探讨、共同前进的精神。
本周实习具体目的如下：
1、学习并掌握Protel99SE软件，在实操过程中能灵活使用该软件。
2、熟悉手工焊锡的常用工具的使用及其维护与修理。
3、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。
熟悉电子产品的安装工艺的生产流程。
4、熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围。
5、了解电子产品的焊接、调试与维修方法。
二：
实习内容和要求
实习内容:
1、对照原理图讲述整机工作原理；
2、对照原理图看懂装配接线图；
3、了解图上符号，并与实物对照；
4、根据技术指标测试各元器件的主要参数；
5、讲解焊接的操作方法和注意事项；
6、焊接练习；
7、分发与清点零件；
8、万用表的工作原理及其分类；
9、讲解元器件的类别、型号、使用范围和方法以及如何正确选择元器件。
10、讲解如何使用工具测试元器件
11、组装、焊接与调试GWL-100单片机学习开发板．
实习要求:
熟悉运用Protel99SE软件，学习理解并绘制万用表电原理图，认真细致地安装焊接，排除安装焊接过程中出现的故障以在规定时间内完成正规GWL-100单片机学习开发板的安装、焊接、调试及使用。
1、了解GWL-100单片机学习开发板特点和发展趋势。
2、熟悉万用表装配技术的基本工艺过程。
3、认识液晶显示器件。
4、根据技术指标测试数字万用表的主要参数。
5、安装制作GWL-100单片机学习开发板。
三：
实习设备及材料
（1）电烙铁：
由于焊接的元件多，所以使用的是外热式电烙铁，功率为30w，烙铁头是铜制。
（2）吸锡工具，镊子，螺丝批等必备工具。
（3）锡丝：
由于锡它的熔点低，焊接时，焊锡能迅速散步在金属表面焊接牢固，焊点光亮美观。
GWL-100单片机学习板的主要硬件资源有：
1）8路高亮LED发光管
可做交通灯、流水灯、信号输出指示等实验。
2）4位一体集成LED数码管
可做动态扫描及静态显示实验，做时钟、温度、数值显示等实验。
3）8个独立按键键盘检测、按键控制实验。
4） 蜂鸣器模块可做各种发声、音乐、闹钟提醒及报警实验。
5）一路继电器继电器是工控最常用器件之一，可以弱电控制强电器件，系统留有2路断闭触头输入输出接口，可方便对接外部可控信号的输入和输出。
6）DS18B20温度传感器可做温度测量显示和温度检测控制器等实验。
7）DS1302时钟芯片可做万年历、定时器、闹钟等。
8）EEPROM芯片AT24C02可学习I2C总线的读写、12C总线的程序编写、可存储数据的存取。
9）一体化红外线遥控接收头可练习编写单片机的精确延时程序，可以做红外线解码实验、红外遥控实验（键值显示、遥控开关、红外线遥控器等。
）
10）字符显示接口LCD1602液晶显示模块可显示两行字符，可实现字符移动、闪烁显示。
11）文字图形显示接口LCD12864液晶显示模块可显示英文、中文汉字、图形及图片。
12）ISP接口支持AT公司的下载线，可以在线烧写多种MCU程序，无需拔下芯片即可把程序固化到MCU内部的EEPROM中，支持多种品牌芯片在线烧写。
13）MAX232串口通讯模块可以与计算机串行通信，同时也可对STC单片机下载程序，还可以实现主从系统中多机互连，一口多用。
其他元件包括以下
（1）电烙铁：
由于焊接的元件多，所以使用的是外热式电烙铁，功率为30w，烙铁头是铜制。
（2）螺丝刀、镊子等必备工具。
（3）锡丝：
由于锡它的熔点低，焊接时，焊锡能迅速散步在金属表面焊接牢固，焊点光亮美观。
（4）电路板上的元件：
二极管，三极管，电阻（排阻），电容（瓷片电容、电解电容），晶振，电位器，按键，数码管，自锁开关，USB座，电源座，串行口，蜂鸣器，继电器，芯片，红外线收头，ISP下载座,单双排插针，芯片插座，跳线帽，USB电源器，串口线等等。
四：
设计原理分析
GWL-100是一款具有编程、设计、调试、ISP下载等功能的单片机学习系统，可以支持ATMEL89S系列、89C系列等以51为内核的单片机编程和实验。
GWL-100全面适应和满足初学者的需求，可以使初学者在最短的时间里掌握单片机的基本编程、设计、调试等开发技术。
同时也是工程开发技术人员开发产品和项目的好帮手，是一款功能强、扩展方便的学习单片机应用技术和调试开发的好工具。
系统功能特点
GWL-100学习板上集成了丰富的实验硬件资源和常用的接口电路：
LED、数码管、字符显示、汉字及图像显示接口、键盘接口、串口通讯、串行FLASHI2C读写、蜂鸣器、继电器、温度传感器、红外遥控、电源电路，另外还可以扩展各种功能模块。
具体各零件有着其特殊功能，如蜂鸣器，单片机工作电压为5V。
一般使用USB接口供电，直接从USB接口获取5V电源。
当电压小于下限电压值或大于上限电压值时，蜂鸣器将报警。
其他如加一个11.0592MHZ的晶振是为了以后做串口通信时和PC有相同的波特率。
可用短路帽切换。
在板上除了最小系统外还有键盘输入、数码管、LCD、I2C存储器。
它们的数据接口和电源接口也是完全独立的。
其它的功能都准备在以后通过上方的接口另外用板子扩展。
电路板的正面如图：
在该电路板是接上相应的零件和芯片就可以实现跑马灯和计数等功能了。
五：
原理图
LED灯电路连接
按键电路设计
更多其他功能电路图如下：
六：
焊接过程
装配工作中，焊接技术很重要。
万用表元件的安装，主要利用锡焊，它不但能固定零件，而且能保证可靠的电流通路，焊接质量的好坏，将直接影响收音机质量。
1、烙铁是焊接的主要工具之一，焊接收音机应选用30W-35W电烙铁。
新烙铁使用前应用锉刀把烙铁头两边修改成如（图1-1）所示形状。
并将烙铁头部倒角磨光，以防焊接时毛刺将印刷电路板焊盘损坏。
如采用长命烙铁头（图1-2）则无须加工。
烙铁头上沾附一层光亮的锡，烙铁就可以使用了
2、烙铁温度和焊接时间要适当
焊接时应让烙铁头加热到温度高于焊锡溶点，并掌握正确的焊接时间。
一般不超过3秒钟。
时间过长会使印刷电路板铜铂跷起，损坏电路板及电子元器件。
3、焊接方法
一般采用直径1.0-1.2mm的焊锡丝。
焊接时左手拿锡丝，右后拿烙铁。
在烙铁接触焊点的同时送上焊锡丝，焊锡的量要适量。
太多易引起搭焊短路，太少元件又不牢固。
焊接时不可将烙铁头在焊点上来回移动或用力下压，要想焊得快，应加大烙铁和焊点的接触面。
增大传热面积焊接也快。
特别注意的是温度过低烙铁与焊接点接触时间太短，热量供应不足，焊点锡面不光滑，结晶粗脆，象豆腐渣一样，那就不牢固，形成虚焊和假焊。
反之焊锡易流散，使焊点锡量不足，也容易不牢，还可能出现烫坏电子元件及印刷电路板。
总之焊锡量要适中，即将焊点零件脚全部浸没，其轮廓又隐约可见。
焊点焊好后，拿开烙铁，焊锡还不会立即凝固，应稍停片刻等焊锡凝固，如未凝固前移动焊接件，焊锡会凝成砂状，造成附着不牢固而引起假焊。
焊接结束后，首先检查一下有没有漏焊，搭焊及虚焊等现象。
虚焊是比较难以发现的毛病。
造成虚焊的因素很多，检查时可用尖头钳或镊子将每个元件轻轻的拉一下，看看是否摇动，发现摇动应重新焊接。
每次焊接完一部分元件，均应检查一遍焊接质量及是否有错焊、漏焊，发现问题及时纠正。
这样可保证焊接收音机的一次成功而进入下道工序。
注意事项：
（1）.外壳整合要到位，不然会因接触不良而无法显示数字。
（2）.一些小的零件也要小心安装，如图中没有经过焊接安装上的，如不小心很容易掉。
（3）注意电解电容、发光二极管、蜂鸣器的正负极性不能接反、三者均是长的管脚接正极、短的管脚接负极。
七：
调试运行
现在的芯片都有好多电源引脚，要一个个的测试，焊接极其容易出问题，要保证每一种电压每一个电源引脚都正确加载。
在调试的过程中我有发现自己做出来的成品就存在引脚太长，有因引脚之间的碰触而短路的隐患。
八：
结果及分析
本次单片机学习开发板的安装的算是完成了，至于过程就比较“坎坷”。
调试显示用八路LED跑马灯实验后，跑马灯一个个循环的亮，用数码管显示测试程序，隔一定时间秒钟鸣叫一次，同理其他几个程序调试也一样能实现相应的功能。
九：
设计心得体会
焊接的整个过程出现的错误比较多，不过还好，因为对焊接比较感兴趣，所以整个找错以及重做的过程都比较认真，当然这也要感谢老师的帮助。
该次电路板焊接实习就是培养我们的动手能力，同金工实习的意义是一样的，金工实习要求我们都日常的机械车床，劳动工具能够熟练使用，能够自己动手做出一个像样的东西来。
而电子技术实习就要我们对电子元器件识别，相应工具的操作，相关仪器的使用，电子设备制作、装调的全过程，对了，还有电路图的设计。
该次实习让我开始对掌握查找及排除电子电路故障的常用方法有个更加详实的体验，不能在面对这样的东西时还像以前那样一筹莫展。
对理论知识有了更深的理解。
对平常学习工作是态度很能力培养有一定的感性和理性认识，打好日后深入学习各种工作能力的基础。
同时我再次发现培养同学之间的团队合作、共同探讨的机会往往是这这样的环境条件下。
在这一周的实习过程中最挑战我动手能力的一项训练就是焊接。
在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。
比如做电路板组装与调试时，芯片触角的间距特别小，稍不留神，就焊在一起了，还有因不小心而烫到手的情况。
但是想想常年做这些工作的工人们，我这也不算什么。
的确，我们都已经不是小孩了，很多事需要自己独立解决。
我第一天焊接的时候还算顺利，但第二天出的问题就比较多，特别是发现自己粗心不止表现在零件安装上，还表现自己不够专注。
这两天我想起过去我爷爷和我妈妈对是啰嗦过的好一些话，的确，他们太了解我了，我突然感觉自己真的应该改掉自己丢三落四，爱迟到，做事粗心大意以及做事三分热情的坏习惯了。
所以说，这次的实验对我来说是很有意义的！
十：
参考文献
GWL-100单片机学习开发板使用说明书
《单片机应用技术（C语言版）》
《电路设计基础》
十一：
致谢
诚心对赵亭老师说一声感谢，在我焊接出错的过程中给了我不少帮助，谢谢您的耐心指导。
其次，在焊接问题上程海峰给了我不少帮助，非常感谢。
实训课题单片机最小系统电路设计
一、实训目的
1、熟悉ProtelDXP的操作
2、掌握用ProtelDXP绘制原理图的方法
3、掌握用ProtelDXP制作PCB板的方法
二、实训要求
利用protelDXP软件完成单片机最小系统的PCB板的设计。
三、实训内容
1、元件符号及封装编辑。
2、原理图绘制。
3、PCB板。
4、DRC报告。
四、报告内容、设计数据及附图
1、电路原理基本分析
2、电路模块功能的介绍。
（电源模块、单片机最小系统：
复位电路、晶振电路（离X1，X2引脚近些，否则不易起振）、P1口LED电路）
51单片机复位电路工作原理（网址：
1、复位电路的用途
单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。
单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。
2、复位电路的工作原理
在单片机系统中，系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位。
所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。
开机的时候为什么为复位
在电路图中，电容的的大小是10uF，电阻的大小是10k。
所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍即为3.5V），需要的时间是10K*10UF=0.1S。
也就是说在电脑启动的0.1S内，电容两端的电压时在0~3.5V增加。
这个时候10K电阻两端的电压为从5~1.5V减少（串联电路各处电压之和为总电压）。
所以在0.1S内，RST引脚所接收到的电压是5V~1.5V。
在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。
所以在开机0.1S内，单片机系统自动复位（RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右）。
按键按下的时候为什么会复位
在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。
当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。
随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。
根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。
单片机系统自动复位。
总结：
1、复位电路的原理是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号，只要保证电容的充放电时间大于2US，即可实现复位，所以电路中的电容值是可以改变的。
2、按键按下系统复位，是电容处于一个短路电路中，释放了所有的电能，电阻两端的电压增加引起的。
晶振电路的作用（网址：
电容大小没有固定值。
一般二三十p。
晶振是给单片机提供工作信号脉冲的。
这个脉冲就是单片机的工作速度。
比如12M晶振。
单片机工作速度就是每秒12M。
和电脑的CPU概念一样。
当然。
单片机的工作频率是有范围的。
不能太大。
一般24M就不上去了。
不然不稳定。
接地的话数字电路弄的来乱一点也无所谓。
看板子上有没有模拟电路。
接地方式也是不固定的。
一般串联式接地。
从小信号到大信号依次接。
然后小信号连到接地来削减偕波对电路的稳定性的影响，所以晶振所配的电容在10pf-50pf之间都可以的，没有什么计算公式。
但是主流是接入两个33pf的瓷片电容，所以还是随主流。
晶振电路的原理
晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。
由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近,在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。
这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄,所以即使其他元件的参数变化很大,这个振荡器的频率也不会有很大的变化。
晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容,就可以得到晶振标称的谐振频率。
一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地,这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容,这个不能忽略。
一般的晶振的负载电容为15p或12.5p，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。
P1口LED电路
LED循环轮流点亮设计电路如图２所示。
将单片机第40脚Vcc接电源+5V，第20脚Vss接地,为单片机工作提供能源。
将第19脚XTAL1与18脚XTAL2分别接外部晶体两个引脚，由石英晶体组成振荡器，保证单片机内部各部分有序地工作。
对外部C1、C2的取值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响到振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性。
C1、C2通常取值C1=C2=30PF左右。
8051的晶振最高振荡频率为12M，AT89C51的外部晶振最高频率可到24M。
P1口定义为带有上拉电阻8位准双向I/O口，功能单一，每一位可独立定义为输入输出，CPU对P1口操作可以是字节操作，也可以是位操作。
P1作为输出口使用时，它的内部电路已经提供了一个推拉电流负载，外接了一个上拉电阻，外电路无需再接上拉电阻，与一般的双向口使用方法相同；作为输入口使用时，应先向其锁存器写入“1”，使输出驱动电路的FET截止。
若不先对它置“1”，读入的数据是不准确的。
P1口输出控制程序的设计主要包括控制输出程序设计与延时程序设计。
（1）输出控制：
当P1.5端口输出低电平，即P1.5=0，这时LED亮，反之，LED灭，可以使用P1.5=0指令使P1.5端口输出低电平，同样利用指令使P1.5端口输出高电平。
（2）延时程序：
单片机指令的执行时间是很短的，数量大多是微秒级，因此，我们要求的闪烁时间间隔为0.2s，相对于微秒来说，相差太大，因此在执行某一指令时，插入延时程，来解决这一问题。
开关状态检测过程：
单片机对开关状态的检测相对于单片机来说，是从单片机的端口输入信号，而输入的信号只有高电平和低电平两种，要能正确输入信号，先使P1端口P1.0-P1.3置1。
可轮流检测每个开关状态，根据每个开关的状态让相应的二极管指示，也可以一次性检测四路开关状态，然后让其指示。
3、PCB布板中元件布局的分析
PCB布板中元件布局的原理（
1.元件排列规则
1）.在通常条件下,所有的元件均应布置在印制电路的同一面上，只有在顶层元件过密时，才能将一些高度有限并且发热量小的器件，如贴片电阻、贴片电容、贴IC等放在底层。
2）.在保证电气性能的前提下，元件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列，以求整齐、美观，一般情况下不允许元件重叠；元件排列要紧凑，输入和输出元件尽量远离。
3）.某元器件或导线之间可能存在较高的电位差，应加大它们的距离，以免因放电、击穿而引起意外短路。
4）.带高电压的元件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。
5）.位于板边缘的元件，离板边缘至少有2个板厚的距离
6）.元件在整个板面上应分布均匀、疏密一致。
2.按照信号走向布局原则
1）.通常按照信号的流程逐个安排各个功能电路单元的位置，以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它进行布局。
2）.元件的布局应便于信号流通，使信号尽可能保持一致方向。
多数情况下，信号的流向安排为从左到右或从上到下，与输入、输出端直接相连的元件应当放在靠近输入、输出接插件或连接器的地方。
3.防止电磁干扰
1）.对辐射电磁场较强的元件，以及对电磁感应较灵敏的元件，应加大它们相互之间的距离或加以屏蔽，元件放置的方向应与相邻的印制导线交叉。
2）.尽量避免高低电压器件相互混杂、强弱信号的器件交错在一起。
3）.对于会产生磁场的元件，如变压器、扬声器、电感等，布局时应注意减少磁力线对印制导线的切割，相邻元件磁场方向应相互垂直，减少彼此之间的耦合。
4）.对干扰源进行屏蔽，屏蔽罩应有良好的接地。
5）.在高频工作的电路，要考虑元件之间的分布参数的影响。
4.抑制热干扰
1）对于发热元件，应优先安排在利于散热的位置，必要时可以单独设置散热器或小风扇，以降低温度，减少对邻近元件的影响。
2）.一些功耗大的集成块、大或中功率管、电阻等元件，要布置在容易散热的地方，并与其它元件隔开一定距离。
3）.热敏元件应紧贴被测元件并远离高温区域，以免受到其它发热功当量元件影响，引起误动作。
4）.双面放置元件时，底层一般不放置发热元件。
5.可调元件的布局
对于电位器、可变电容器、可调电感线圈或微动开关等可调元件的布局应考虑整的结要求，若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应；若是机内调节，则应放置在印制电路板于调节的地方。
关于PCB元器件布局检查规则
PCB布板过程，对系统布局完毕以后，要对PCB图进行审查，看系统的布局是否合理，是否能够达到最优的效果。
通常可以从以下若干方面进行考察：
1.系统布局是否保证布线的合理或者最优，是否能保证布线的可靠进行，是否能保证电路工作的可靠性。
在布局的时候需要对信号的走向以及电源和地线网络有整体的了解和规划。
2.印制板尺寸是否与加工图纸尺寸相符，能否符合PCB制造工艺要求、有无行为标记。
这一点需要特别注意，不少PCB板的电路布局和布线都设计得很漂亮、合理，但是疏忽了定位接插件的精确定位，导致设计的电路无法和其他电路对接。
3.元件在二维、三维空间上有无冲突。
注意器件的实际尺寸，特别是器件的高度。
在焊接免布局的元器件，高度一般不能超过3mm。
4.元件布局是否疏密有序、排列整齐，是否全部布完。
在元器件布局的时候，不仅要考虑信号的走向和信号的类型、需要注意或者保护的地方，同时也要考虑器件布局的整体密度，做到疏密均匀。
5.需经常更换的元件能否方便地更换，插件板插入设备是否方便。
应保证经常更换的元器件的更换和接插的方便和可靠。
6.调整可调元件是否方便。
7.热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离。
8.在需要散热的地方是否装有散热器或者风扇，空气流否通畅。
应注意元器件和电路板的散热。
9.信号走向是否顺畅且互连最短。
10.插头、插座等与机械设计是否矛盾。
11.线路的干扰问题是否有所考虑。
12.电路板的机械强度和性能是否有所考虑。
13.电路板布局的艺术性及其美观性。
利用飞线手工布局和布线
一个印制板的布线是否能够顺利完成，主要取决于布局，而且，布线的密度越高，布局就越重要。
几乎每个设计者都遇到过这样的情况，布线仅剩下几条时却发现无论如何都布不通了，不得不删除大量或全部的已布线，再重新调整布局！
合理的布局是保证顺利布线的前提。
一个布局是否合理没有绝对的判断标准，可以采用一些相对简单的标准来判断布局的优劣。
最常用的标准就是使飞线总长度尽可能短。
一般来说，飞线总长度越短，意味着布线总长度也是越短（注意：
这只是相对于大多数情况是正确的，并不是绝对正确）；走线越短，走线所占据的印制板面积也就越小，布通率越高。
在走线尽可能短的同时，还必须考虑布线密度的问题。
如何布局才能使飞线总长度最短并且保证布局密度不至于过高而不能实现是个很复杂的问题。
因为，调整布局就是调整封装的放置位置，一个封装的焊盘往往和几个甚至几十个网络同时相关联，减小一个网络飞线长度可能会增长另一个网络的飞线长度。
如何能够调整封装的位置到最佳点实在给不出太实用的标准，实际操作时，主要依靠设计者的经验观查屏幕显示的飞线是否简捷、有序和计算出的总长度是否最短。
飞线是手工布局和布线的主要参考标准，手工调整布局时尽量使飞线走最
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