大連大學(xué)電子課程設(shè)計a

1、課程名稱：電子系統(tǒng)課程設(shè)計指導(dǎo)教師：劉春玲、李澤光 目 錄第1章 系統(tǒng)概述31.1電源電路31.2時鐘電路設(shè)計31.3復(fù)位電路的設(shè)計31.4程序存儲器選擇電路41.5外圍電路的設(shè)計4第2章 模塊設(shè)計41.1數(shù)碼管動態(tài)顯示41.2鍵盤編程51.2.1鍵盤的任務(wù)：51.2.2.鍵盤輸入特點51.2.3.如何消除按鍵的抖動51.2.3按鍵顯示51.3串行通信61.3.1單發(fā)送數(shù)據(jù)61.3.2收發(fā)數(shù)據(jù)7第3章PROTEL99SE使用73.1繪制原理圖前的參數(shù)設(shè)置83.1.1工具欄的打開和關(guān)閉83. .1.2圖紙參數(shù)設(shè)置83.2繪制電路原理圖和設(shè)計層次原理圖83.2.1編輯元器件屬性83.2.2繪制電路

2、原理圖93.2.3設(shè)計層次原理圖93.3電路原理圖的后期處理93.3.1檢查電路原理圖93.3.2對齊排列元器件103.4設(shè)計印制電路板103.4.1設(shè)置PCB板工作參數(shù)103.4.2設(shè)置PCB板工作層面103.4.3裝入網(wǎng)絡(luò)表及元件封裝103.4.4電氣特性檢查及尺寸測量10第4章結(jié)束語10附錄1：程序11附錄2：附圖15附錄3：參考文獻(xiàn)19前言本課程設(shè)計主要介紹電子系統(tǒng)課程設(shè)計的小板設(shè)計和PROTEL99SE的使用。注意儀器使用,示波器、信號源、穩(wěn)壓電源使用及注意事項。LOP仿真器的使用。注意總線方式和I/O方式仿真頭的位置，I/O方式在里面。用仿真器自帶小板編程序。電子系統(tǒng)課程設(shè)計的小板

3、包括小板編程和設(shè)計內(nèi)容、單片機最小系統(tǒng)電路原理圖設(shè)計及圖紙、單片機最小系統(tǒng)PCB設(shè)計圖。小板編程主要包括掌握數(shù)碼管動態(tài)顯示，鍵盤計數(shù)器，掃描鍵盤的編程方法，注意鍵盤的去抖動處理，單片機實驗板串行通信的實現(xiàn)。PROTEL99SE包括設(shè)計電路原理圖，設(shè)計層次電路原理圖，電路原理圖的后期處理，制作和編輯電路原理圖元器件庫，生成各種原理圖報表文件，設(shè)計印制電路板，制作和修改PCB元器件封裝庫等內(nèi)容。第1章 系統(tǒng)概述單片機最小系統(tǒng)，是指用最少的元件組成以單片機為核心元件的可以正常工作具有特定功能的單片機系統(tǒng)，是單片機產(chǎn)品開發(fā)的核心電路。下面我們設(shè)計單片機最小系統(tǒng)，實現(xiàn)的功能為外擴存儲器，同時應(yīng)具有上電復(fù)

4、位和手動復(fù)位功能，并且使用單片機片內(nèi)程序存儲器存放用戶程序。對51系列單片機來說，單片機要正常工作，必須具有五個基本電路：電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、程序存儲器選擇電路、外圍電路。因此，單片機最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括單片機、晶振電路、復(fù)位電路、外圍電路等。1.1電源電路單片機芯片的第40腳為正電源引腳VCC，一般外接+5V電壓。第20腳為接地引腳GND。1.2時鐘電路設(shè)計單片機是一種時序電路，必須要有時鐘信號才能正常工作。芯片的18腳（XTAL2）、19腳（XTAL1）分別為片內(nèi)反向放大器的輸出端和輸入端，只要在18腳（XTAL2）和19腳（XTAL1）之間接上一個晶振，再加上2個30PF的瓷片

5、電容即可構(gòu)成單片機所需的時鐘電路。注意，當(dāng)采用外部時鐘時，19腳（XTAL1）接地，18腳（XTAL2）接外部時鐘信號。見附錄圖11.3復(fù)位電路的設(shè)計單片機芯片的第9腳RST（Reset）是復(fù)位信號輸入端。在開機或工作中因干擾而使程序失控，或工作中程序處于某種死循環(huán)狀態(tài)等情況下都需要復(fù)位。MCS-51系列單片機的復(fù)位靠外部電路實現(xiàn)，信號從RST引腳輸入，高電平有效，只要保持RST引腳高電平2個機器周期，單片機就能正常復(fù)位。常見的復(fù)位電路有上電復(fù)位電路和按鍵復(fù)位電路二種。見附錄圖21.4程序存儲器選擇電路單片機芯片的第31腳（EA）為內(nèi)部與外部程序存儲器選擇輸入端。當(dāng)EA引腳接高電平時，CPU先

6、訪問片內(nèi)4KB的程序存儲器，執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令，當(dāng)程序計數(shù)器超過0FFFH時，將自動轉(zhuǎn)向片外程序存儲器，既是從1000H地址單元開始執(zhí)行指令；當(dāng)EA引腳接低電平時，不管片內(nèi)是否有程序存儲器，CPU只訪問片外程序存儲器。1.5外圍電路的設(shè)計單片機的主要控制功能是通過單片機的I/O口按不同時序輸出不同的高低電平控制外部的電路實現(xiàn)特定的功能。AT89S51共有4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。這四個口的電路結(jié)構(gòu)不完全相同，使用也就有所區(qū)別。依據(jù)單片機的P0、P1、P2、P3口的功能特點和單片機最小系統(tǒng)要實現(xiàn)外擴數(shù)據(jù)存儲器6264和外擴程序存儲器EPROM2751

7、2。綜合上面的電路設(shè)計，AT89S51單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)見附錄圖3。第2章 模塊設(shè)計1.1數(shù)碼管動態(tài)顯示目的：掌握掃描鍵盤的編程方法，注意鍵盤的去抖動處理。顯示數(shù)據(jù)的方法。顯示器鍵碼：022H 10AFH 231H 325H 40ACH 564H 660H 72FH 820H 92CH A28H B0E0H C72H D81H E30H F0E8H 數(shù)碼管顯示方法可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示就是數(shù)碼管的8段輸入及其公共端電平一直有效。動態(tài)顯示的原理是，各個數(shù)碼管的相同段連接在一起，共同占用8位段引管線；每位數(shù)碼管的陽極連在一起組成公共端。利用人眼的視覺暫留性，依次給出各個數(shù)碼管公共端

8、加有效信號，在此同時給出該數(shù)碼管加有效的數(shù)據(jù)信號，當(dāng)全段掃描速度大于視覺暫留速度時，顯示就會清晰顯示出來。系統(tǒng)采用動態(tài)顯示方式，用P0口來控制LED數(shù)碼管的段控線，而用P2口來控制其位控線。動態(tài)顯示通常都是采用動態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示，即循環(huán)點亮每一個數(shù)碼管，這樣雖然在任何時刻都只有一位數(shù)碼管被點亮，但由于人眼存在視覺殘留效應(yīng)，只要每位數(shù)碼管間隔時間足夠短，就可以給人以同時顯示的感覺。人的視覺神經(jīng)反應(yīng)速度為 1/24 秒，達(dá)到起碼的視覺暫留至少要10fps。視覺暫留時間依照個體差異，范圍在0.1-0.4秒左右(也有說 0.050.2秒)在計算機圖像領(lǐng)域中，“FPS”是詞組“Frames Per

9、Second”的縮寫。 “Frames Per Second”在計算機圖像范疇內(nèi)被翻譯為：“每秒傳輸幀數(shù)”。更確切的解釋，就是“每秒中填充圖像的幀數(shù)(幀/秒)。例如：75Hz的刷新率刷也就是指屏幕一秒內(nèi)只掃描75次，即75幀/秒。而當(dāng)刷新率太低時我們?nèi)庋鄱寄芨杏X到屏幕的閃爍，不連貫，對圖像顯示效果和視覺感觀產(chǎn)生不好的影響。1.2鍵盤編程1.2.1鍵盤的任務(wù)：（1） 首先判別是否有鍵按下。若有進(jìn)入下一步工作。（2） 識別哪一個鍵被按下，并求出相應(yīng)的鍵值。（3） 根據(jù)鍵值，找到相應(yīng)鍵值的處理程序入口。1.2.2.鍵盤輸入特點按鍵開關(guān)的兩端分別連接在行線列線上，通過鍵盤機關(guān)機械觸點的斷開閉合，其行線

10、電壓輸出。鍵的閉合和斷開過程中的抖動期(呈現(xiàn)一段負(fù)脈沖)，抖動時間長短與開關(guān)的機械特性有關(guān)，一般為5-10ms。穩(wěn)定的閉合期，其時間由按鍵動作確定，一般為十分之幾秒到幾秒。1.2.3.如何消除按鍵的抖動（1）一種是通過軟件延時來消除按鍵消抖，基本思想是：在檢測到有鍵按下時，該鍵所對應(yīng)的行線為低電平，執(zhí)行一段延時10ms的子程序后，確認(rèn)該行線電平是否仍為低電平，如果仍為低電平，則確認(rèn)該行確實有鍵按下。當(dāng)按鍵松開時，行線的低電平變?yōu)楦唠娖?，?zhí)行一段延時10ms的子程序后，確認(rèn)該行線電平是否仍為高電平，如果仍為高電平，說明按鍵確實松開。（2）另一種方法是采用專用的鍵盤顯示器接口芯片，這類芯片中都有自

11、動消抖的硬件電路。1.2.3按鍵顯示程序1：按一個鍵，顯示器顯示1，按另一個鍵，顯示器顯示2。程序2：按一個鍵，顯示器顯示加1，按另一個鍵，顯示器顯示減1。程序和流程圖分別見附錄程序。1.3串行通信1.3.1單發(fā)送數(shù)據(jù) 利用主實驗板編寫接收程序，用板上自帶的顯示器顯示接收內(nèi)容,流程圖如下：初始化設(shè)置，采用T1，方式2，設(shè)置TMOD,TH1,TL1，串口方式1（8位異步收發(fā)，比特率可變由定時器1控制），SCON,PCON等寄存器。 TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。采用方式1中，串行口發(fā)送停止位的開始時置TI為1，TI=1表示一幀數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束。TI的狀態(tài)可供軟件查詢，也可申請中斷。CPU響應(yīng)中斷后，在中斷服

12、務(wù)程序中向SBUF寫入要發(fā)送的下一幀數(shù)據(jù)，TI必須由軟件清零。波特率定制：方式1的波特率由定時器T1的溢出率（T1每秒溢出的次數(shù)）來確定。 定時器T1的溢出率=2SMOD/32*fosc/12/（256-TL1）具體程序見附錄程序 1.3.2收發(fā)數(shù)據(jù)用仿真器自帶的實驗板產(chǎn)生循環(huán)發(fā)送的串行數(shù)據(jù)02H，30H，31H，32H，33H，34H，35H，36H，37H，38H，39H，OAH，0DH，05H，30H，31H，32H，33H，34H，35H，36H，37H，38H，39H，OAH，0DH串口助手窗口和LOPE編譯器均設(shè)置相同的波特率。本程序采用中斷方式。且必須設(shè)置SCON的REN位為1，

13、REN為允許串行口接收數(shù)據(jù)。RI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。采用方式1中，串行口收到停止位的開始時置RI為1，RI=1表示一幀數(shù)據(jù)接收完畢。TI的狀態(tài)可供軟件查詢，也可申請中斷。CPU響應(yīng)中斷后，要求CPU從接收SBUF取走數(shù)據(jù)，RI必須由軟件清零。收發(fā)數(shù)據(jù)需編協(xié)議。第3章PROTEL99SE使用 本課程設(shè)計基于PROTEL99SE的基本使用，分為繪制原理圖前的參數(shù)設(shè)置，繪制電路原理圖和設(shè)計層次原理圖，電路原理圖的后期處理，設(shè)計印制電路板幾部分。3.1繪制原理圖前的參數(shù)設(shè)置3.1.1工具欄的打開和關(guān)閉 如果要打開多個工具欄，則逐個打開相應(yīng)的工具欄就顯得太麻煩。此時只需單擊view-toolbars-cu

14、stomize resources,選擇需要的工具欄即可?；蛘哂每旖萱IB也可。3. .1.2圖紙參數(shù)設(shè)置選擇design-options,即打開document options，圖紙參數(shù)設(shè)置關(guān)系到成品圖紙和繪制圖紙的難易程度。1. 設(shè)置圖紙幅面即standard style2. 設(shè)置圖紙方向即options中的orientation，landscape為橫放，portrait為豎放 3. 設(shè)置工作區(qū)顏色4. 設(shè)置圖紙柵格：snap為鎖定柵格即光標(biāo)在圖紙上每次移動的距離，即以移動的基本距離為設(shè)定的值，單位是mil（即1/1000英寸=0.00254cm）。visib為可視柵格即柵格在圖紙上實際的

15、距離，單位是mil（即1/1000英寸=0.00254cm）。3.2繪制電路原理圖和設(shè)計層次原理圖3.2.1編輯元器件屬性Lib ref ：表示該元器件在元件庫的名稱Footprint ：表示該元器件的封裝形式Designator ：元器件序號欄，這個欄的內(nèi)容必須是整張電路原理圖唯一的一個序號，絕對不允許與其他元器件的序號重復(fù)，都則自動布線是會出現(xiàn)問題（手動布線除外）。Part ：用來設(shè)置元器件放置妥當(dāng)后在電路原理圖上顯示的型號名稱。3.2.2繪制電路原理圖繪制電路原理圖只要分為5個部分元件延長線，放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號，繪制總線，繪制分支線，繪制電路連線。.繪制工具為wiring tools中的各個按

16、鈕如下。切記不可使用drawing tools中的line當(dāng)做wiring tools中的wire。且依次按下快捷鍵同樣可使用wiring tools。3.2.3設(shè)計層次原理圖1.自頂向下設(shè)計層次原理圖：2.總圖設(shè)計頂圖：方框電路圖，端口設(shè)計，連線等。3.建立層次原理圖功能電路原理圖：單擊design-create sheet from symbol從符號生成圖紙。然后將光標(biāo)移到工作區(qū)，此時單擊方塊電路，會出現(xiàn)“轉(zhuǎn)換輸入輸出端口”對話框。4.完成子圖的設(shè)計：將總圖模塊化。 見附錄圖A2,.CPU,MEMORY3.3電路原理圖的后期處理3.3.1檢查電路原理圖選擇Tools-annotate注釋

17、見附錄圖選擇Tools-erc電氣規(guī)則檢查見附錄圖3.3.2對齊排列元器件選擇edit-align中的排齊方式。3.4設(shè)計印制電路板 可采取手動布線和自動布線兩種。手動布線包括布電氣連接線，放置焊盤，放置過孔，放置文字，放置坐標(biāo)，放置尺寸標(biāo)注，放置坐標(biāo)原點，放置新的元件，放置填充區(qū)。首先應(yīng)設(shè)置PCB板工作參數(shù)。3.4.1設(shè)置PCB板工作參數(shù) 主要設(shè)置柵格大小，選擇design-options中的options：measurement unit 有mil和mm兩種，snap X，snap Y大小應(yīng)為10mil。以及光標(biāo)設(shè)置，選擇tools-preferences-other-cursor typ

18、e中的large,以便于布線，對齊。3.4.2設(shè)置PCB板工作層面 單擊design-options，分為signal layers信號層，mechanical layers機械層，masks阻焊層，silkscreen絲印層，other其他層面。在system設(shè)置中有connection即是否顯示飛線，在絕大多數(shù)情況下均要顯示飛線。3.4.3裝入網(wǎng)絡(luò)表及元件封裝 單擊design-load nets,若出現(xiàn)error，可于原理圖中查詢，即采取在原理圖瀏覽器中管理電路圖：用鼠標(biāo)單擊browse-primitives,選擇需要修改的元件，單擊jump，可迅速找到元件。修改封裝時需對應(yīng)pcb li

19、brary有的封裝。例如：RAD0.2,AXIAL 0.4,DIP8等。3.4.4電氣特性檢查及尺寸測量單擊tools-design-design rule check-run DRC,若出現(xiàn)subnet則表示需要覆銅，見附錄圖有鋪地的PCB圖和DRC檢查。尺寸測量即先設(shè)置design-options中的options-.measurement unit中的metric后，再選reports-measure distance，量對角線。第4章結(jié)束語簡單介紹對設(shè)計題目的結(jié)論性意見，進(jìn)一步完善或改進(jìn)的意向性說明，總結(jié)課程設(shè)計的收獲與體會。附錄1：程序程序1：按一個鍵，顯示器顯示1，按另一個鍵，顯示

20、器顯示2。初始化顯示1是否有鍵按下？延時是否有鍵按下？是否1號鍵按下？是否2號鍵按下？顯示1顯示2NYYYNNYNORG 0000LJMP STARTORG 100HTAB: DB 22H,0AFH,31H,25H,0ACH,64H,60H,2FH,20H,24H,28H,0E0H,70HSTART:MOV 30H,#0 LOOP:MOV A,P2ANL A,#0F0HMOV 34H,ALCALL LEDMOV A,P2ANL A,#0F0HCJNE A,34H,LOOP1LJMP RETURNLOOP1:MOV R4,34HCJNE R4,#0B0H,JIASJMP LOOP ONE:CJN

21、E R4,#70H,RETURNRETURN:ACALL LEDLJMP LOOPLED: MOV R3,#0FEH MOV R0,#30HLED1: MOV DPTR,#TABMOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A ;show codeMOV A,R3MOV P2,A ;P2.3 2.2 2.1 2.0LCALL DELAYRETDELAY: MOV R6,#25DEL1: MOV R7,#25DEL2: DJNZ R7,DEL2 DJNZ R6,DEL1RETEND程序2：鍵盤計數(shù)器，按一個鍵，顯示器顯示加1，按另一個鍵，顯示器顯示減1。是否有鍵按下？是否1號鍵按下

22、？是否2號鍵按下？顯示值加1顯示值減1YYNNYN初始化顯示1延時是否有鍵按下？NYORG 0000LJMP STARTORG 100HTAB: DB 22H,0AFH,31H,25H,0ACH,64H,60H,2FH,20H,24H,28H,0E0H,70HSTART:MOV 30H,#0MOV 31H,#1 MOV 32H,#2MOV 33H,#3 LOOP:MOV A,P2ANL A,#0F0HMOV 34H,ALCALL LEDMOV A,P2ANL A,#0F0HCJNE A,34H,LOOP1LJMP RETURNLOOP1:MOV R4,34HCJNE R4,#0B0H,JIAM

23、OV A,33HSUBB A,#01HMOV 33H,ACJNE A,#0FFH,RETURNMOV 33H,#9HMOV A,32HSUBB A,#01HMOV 32H,ACJNE A,#0FFH,RETURNMOV 32H,#09HMOV A,31HSUBB A,#01HMOV 31H,ACJNE A,#0FFH,RETURNMOV 31H,#09HMOV A,30HSUBB A,#01HMOV 30H,ACJNE A,#0FFH,RETURNMOV 30H,#09HSJMP LOOP JIA:CJNE R4,#70H,RETURNMOV A,#01HADD A,33HMOV 33H,AC

24、JNE A,#0AH,RETURNMOV 33H,#00HMOV A,#01HADD A,32HMOV 32H,ACJNE A,#0AH,RETURNMOV 32H,#00HMOV A,#01HADD A,31HMOV 31H,ACJNE A,#0AH,RETURNMOV 31H,#00HMOV A,#01HADD A,30HMOV 30H,ACJNE A,#0AH,RETURNMOV 30H,#00HRETURN:ACALL LEDLJMP LOOPLED: MOV R3,#0FEH MOV R0,#30HLED1: MOV DPTR,#TABMOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A ;show codeMOV A,R3MOV P2,A ;P2.3 2.2 2.1 2.0LCALL DELAYINC R0 RL AMOV R3,ACJNE R3,#0EF