PCB電路板繪制和單片機(jī)設(shè)計(jì)

1、燕山大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書題目：PCB電路板繪制和單片機(jī)設(shè)計(jì)學(xué)院（系）： 理學(xué)院 年級(jí)專業(yè)： 12級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù) 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 杜會(huì)靜 徐超 教師職稱： 副教授 講師 燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書院（系）： 理學(xué)院 基層教學(xué)單位：12級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)一班 學(xué) 號(hào)120108040005學(xué)生姓名王欣彥專業(yè)（班級(jí)）12級(jí)電子一班設(shè)計(jì)題目PCB電路板繪制和單片機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)： 能夠用AD按照給定的參數(shù)的要求要求繪制元器件圖庫(kù)和封裝圖原理圖庫(kù)，誤差精確的0.01mm。實(shí)際單片機(jī)程序，利用計(jì)時(shí)器實(shí)現(xiàn)小燈1S、2S的閃爍，而且能夠在數(shù)碼管上實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘計(jì)時(shí)。

2、 設(shè)計(jì)要求利用印刷電路板（簡(jiǎn)稱PCB）繪圖軟件Altium Designer （簡(jiǎn)稱AD）繪制單片機(jī)系統(tǒng)印刷電路板，學(xué)會(huì)利用51單片機(jī)開發(fā)板對(duì)I/O口控制、數(shù)碼管顯示、中斷、定時(shí)器和串口等基本功能調(diào)試。工作量 10個(gè)工作日工作計(jì)劃 2014.7.5-2014.7.8 學(xué)習(xí)繪制PCB電路板 2014.7.9-2014.7.9 焊接PCB板 2014.7.10-2014.7.12 學(xué)習(xí)單片機(jī)編程，設(shè)計(jì)單片機(jī)程序 2014.7.13-2014.7.13 繪制PCB電路板與單片機(jī)設(shè)計(jì)測(cè)試2014.7.14-2014.7.14 課設(shè)結(jié)題，實(shí)驗(yàn)總結(jié)參考資料1 周冰主編.Altium_Designer_Su

3、mmer_09從入門到精通.機(jī)械工業(yè)出版社.20112 孫彥龍.PCB教學(xué)PPT.20143 單片機(jī)教學(xué)PPT.20144 郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程+入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略.電子工業(yè)出版社.2012指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字年 月 日 PCB電路板繪制和單片機(jī)設(shè)計(jì)王欣彥 理學(xué)院12級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)一班摘要：本文主要分為兩個(gè)部分，分別是PCB板的繪制和對(duì)單片機(jī)程序的編譯與調(diào)試。本次課設(shè)，我們需要利用軟件AD9以及相應(yīng)硬件說明書，完成對(duì)指定PCB電路板的繪制，后期使用Keil單片機(jī)編程軟件，完成了指定功能的單片機(jī)程序的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：PCB 、單片機(jī)、AD軟件、Keil軟件

4、The PCB circuit board drawing and chip designAbstract: This paper is divided into two parts, which are drawn on the PCB board and microcontroller program compilation and debugging. The class-based, we need to use the appropriate hardware and software AD9 instructions to complete the designated PCB d

5、rawing board. And later we use Keil microcontroller programming software to completed the design specified function microcontroller program.Keywords: PCB、AD9 、Single chip microcomputer、Keil software一、學(xué)習(xí)目的1.更正學(xué)習(xí)習(xí)慣，端正學(xué)習(xí)態(tài)度，建立一個(gè)良好的學(xué)習(xí)氛圍。2. 在AD軟件中完成元件原理圖和原理圖庫(kù)的建立，完成元件的封裝和PCB圖；完成PCB電路板的焊接。 3. 對(duì)單片機(jī)有一個(gè)系統(tǒng)的了解，掌

6、握簡(jiǎn)單的單片機(jī)程序的變成設(shè)計(jì)，并在STC_ISP_V483進(jìn)行下載調(diào)試。二、學(xué)習(xí)軟件Altium Designer、Keil uVision、STC_ISP_V483三、學(xué)習(xí)內(nèi)容l 在AD中進(jìn)行PCB的繪制 1、根據(jù)提示在電腦中正確安裝Altium Designer軟件，打開軟件，對(duì)軟件的各操作項(xiàng)有個(gè)簡(jiǎn)單的了解。2、在該軟件下建立一個(gè)工程，在工程下新建一個(gè)空白原理圖圖紙，對(duì)新建的圖紙按照要求進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。注意的是一個(gè)工程對(duì)應(yīng)一個(gè)文件夾，文件夾最好建立在桌面上，原理圖圖紙必須建立在之前所建立的工程下。3、將原理圖庫(kù)在library下分解出來，方便在建立自己的原理圖庫(kù)中使用。4、建立一個(gè)自己的原理

7、圖庫(kù)，可以將軟件中自帶的元器件圖復(fù)制到自己建的庫(kù)中，對(duì)于那些沒有的元器件，我們可以按照原理圖自己繪制，如1364372-1USB端口。 圖3-1 1364372-1USB元器件圖5、 對(duì)原理圖中的所有元器件進(jìn)行按照?qǐng)D紙進(jìn)行擺放，為了使電路圖清晰保持Ctrl鍵按下，滾動(dòng)鼠標(biāo)的滑輪可以放大或縮小。在放置元器件是也按下Tap鍵，對(duì)元器件的各參數(shù)進(jìn)行修改。原理圖中利用連線工具對(duì)所有器件按照原理圖進(jìn)行連線，最后保存原理圖。 6、 對(duì)原理圖進(jìn)行編譯，編譯項(xiàng)目可以檢查設(shè)計(jì)文件中的設(shè)計(jì)草圖和電氣規(guī)則的錯(cuò)誤，并提供給設(shè)計(jì)者一個(gè)排除錯(cuò)誤的環(huán)境。例如，要編譯51Board項(xiàng)目，選擇Project Compile P

8、CB Project 51Board.PrjPcb，當(dāng)項(xiàng)目被編譯后，任何錯(cuò)誤都將顯示在Messages面板上，如果電路圖有嚴(yán)重的錯(cuò)誤，Messages面板將自動(dòng)彈出，否則Messages面板不出現(xiàn)。根據(jù)Messag提示的信息對(duì)原理圖進(jìn)行改正，并最終保存，如圖3-2是完成的原理圖。3-2原理圖7、元器件的封裝，如果將元器件焊接在板子上，所以元器件需要封裝，同樣我們可以新建一個(gè)元器件封裝圖庫(kù)。我們了可以利用軟件自帶的元器件封裝，在library下分解出來即分裝庫(kù)。在自帶的分裝庫(kù)下對(duì)元器件分裝進(jìn)行復(fù)制，粘貼到自己的元器件封裝圖庫(kù)中。對(duì)于那些圖庫(kù)中沒有的元器件封裝圖我們可以自己進(jìn)行繪制，首先新建一個(gè)元

9、器件封裝圖庫(kù)，繪制元器件封裝圖可以有兩種方法，一種是利用軟件中的封裝向?qū)?，按照參?shù)要求繪制封裝圖,一般使用PCB Component Wizard創(chuàng)建封裝，如圖3-3所示的CH340T_SSOP20封裝圖；第二種方法是自己繪制，同樣是按照元器件的基本參數(shù)利用繪圖工具進(jìn)行繪制（Tap鍵設(shè)置參數(shù)），如圖3-4所示的SW-6分裝封裝圖。圖3-3 CH340T_SSOP20 圖 3-4 0603R8、將原理圖設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為PCB設(shè)計(jì)，在將原理圖設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為PCB設(shè)計(jì)之前，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)有最基本的板子輪廓的空白PCB。在Altium Designer中創(chuàng)建一個(gè)新的PCB設(shè)計(jì)的最簡(jiǎn)單方法是使用PCB向?qū)?，它可讓設(shè)

10、計(jì)者根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選擇自己創(chuàng)建的PCB板的大小。在向?qū)У娜魏坞A段，設(shè)計(jì)者都可以使用Back按鈕來檢查或修改以前頁的內(nèi)容。按照要求自定義一個(gè)空白板子。在將原理圖信息導(dǎo)入到新的PCB之前，確保所有元件都添加了它的封裝。在原理圖編輯器內(nèi)，執(zhí)行ToolsFootprint Manager命令，顯示封裝管理器檢查對(duì)話框，檢查是否所有元件都有封裝圖。9、在所有元件都有封裝圖的條件下，導(dǎo)入元件，在主菜單中選“Design”“Import Changes From 51.PrjPcb”命令，按照向?qū)?zhí)行操作，將原理圖中的元件和連接關(guān)系導(dǎo)入到PCB板中，至此PCB板文件的內(nèi)容與原理圖文件就完全一致了。圖3-5 P

11、CB工作區(qū)內(nèi)容10、單擊PCB圖中的元件，將其一一拖放到PCB板中的“Keep-Out”布線區(qū)域內(nèi)。單擊元件U1,將它拖動(dòng)到PCB板中靠左邊靠上的區(qū)域；在拖動(dòng)元件到PCB板中的“Keep-Out”布線區(qū)域時(shí)，可以一次拖動(dòng)多個(gè)元件，如選擇3個(gè)元件DS1-DS3（鼠標(biāo)單擊DS1元件的左下角，然后單擊DS3元件的右上角），按住鼠標(biāo)左鍵將它拖動(dòng)到PCB板中部用戶需要的位置時(shí)放開鼠標(biāo)左鍵。放置元件時(shí)，選擇于其它元件連線最短，交叉最少的原則，可以按Space鍵，讓元件旋轉(zhuǎn)到最佳位置，才放開鼠標(biāo)左鍵。布置完成后的PCB板如圖3-6所示。 圖3-6 手動(dòng)布局完成后的PCB板11 、交互式布線，交互式布線并不是

12、簡(jiǎn)單地放置線路使得焊盤連接起來。交互式布線工具能直觀地幫助用戶在遵循布線規(guī)則的前提下取得更好的布線效果，包括跟蹤光標(biāo)確定布線路徑、單擊實(shí)現(xiàn)布線、推開布線障礙或繞行、自動(dòng)跟蹤現(xiàn)有連接等。當(dāng)進(jìn)入交互式布線模式后，光標(biāo)便會(huì)變成十字準(zhǔn)線，單擊某個(gè)焊盤開始布線。當(dāng)單擊線路的起點(diǎn)時(shí)，當(dāng)前的模式就在狀態(tài)欄或在懸浮顯示。此時(shí)向所需放置線路的位置單擊或按Enter鍵放置線路。把光標(biāo)的移動(dòng)軌跡作為線路的引導(dǎo)，布線器能在最少的操作動(dòng)作下完成所需的線路。光標(biāo)引導(dǎo)線路使得需要手工繞開阻隔的操作更加快捷、容易和直觀。也就是說只要用戶用鼠標(biāo)創(chuàng)建一條線路路徑，布線器就會(huì)試圖根據(jù)該路徑完成布線，這個(gè)過程是在遵循設(shè)定的設(shè)計(jì)規(guī)則和

13、不同的約束以及走線拐角類型下完成的。在布線的過程中，在需要放置線路的地方單擊然后繼續(xù)布線，這使得軟件能精確根據(jù)用戶所選擇的路徑放置線路。如果在離起始點(diǎn)較遠(yuǎn)的地方單擊放置線路，部分線路路徑將和用戶期望的有所差別。按照PCB設(shè)計(jì)圖將所有的元件連接起來。12、最后對(duì)PCB圖進(jìn)行覆銅，連線完成之后，切換到頂層，使用快捷鍵P-G，按紅線部分繪制，同理在底層繪制。運(yùn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查：ToolsDesign Rule Check給出錯(cuò)誤報(bào)告。最后進(jìn)行保存，敷完銅之后的現(xiàn)象如圖11-1所示。圖3-7 覆銅的PCB板l 焊接PCB板準(zhǔn)備好焊接板子所需要的元器件，將元器件引腳插到板子的洞中，利用焊錫將所有的元器件焊

14、接到板子上，注意焊接的時(shí)候不要有虛焊，烙鐵不能在板子上呆的時(shí)間太長(zhǎng)，以免焊壞板子，更要注意不能燙到人，將元器件按照一定順序焊接到板子上，最后檢測(cè)板子是否焊的成功。將板子用數(shù)據(jù)線連接到電腦上，檢查是否能夠下載進(jìn)程序，以及下載進(jìn)程序后能否使數(shù)碼管亮起來，小燈也能夠亮起來，否則表示焊接不成功，需要檢查是否有焊接不良的地方，對(duì)有問題的地方進(jìn)行修改，直至滿足要求。l 軟件調(diào)試 1、軟解調(diào)試是單片機(jī)設(shè)計(jì)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，通過軟件調(diào)試能夠使單片機(jī)表達(dá)出設(shè)計(jì)者的意圖。與以前所學(xué)的知識(shí)關(guān)聯(lián)很少，只需要掌握很基本的數(shù)電模電知識(shí)，如二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換，與、或、非邏輯關(guān)系等，對(duì)各種器件的概念基本上是從0

15、開始，如果要用C語言編程，需具備簡(jiǎn)單的C語言基礎(chǔ)。首先需要了解單片機(jī)，在一片集成電路芯片上集中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器、I/O接口電路，從而構(gòu)成了單芯片微型計(jì)算機(jī)，即單片機(jī)或微控制器。2、單片機(jī)主要掌握以下幾點(diǎn) ，電源、晶振、復(fù)位電路是使系統(tǒng)能夠運(yùn)行起來的必要條件。單片機(jī)任意IO口的隨意操作（1）控制電平高低；（2）輸出檢測(cè)電平高低。定時(shí)器：重點(diǎn)掌握最常用的方式。中斷：外部中斷、定時(shí)器中斷、串口中斷。串口通信：?jiǎn)纹瑱C(jī)之間、單片機(jī)與計(jì)算機(jī)間。3、實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，比較方便的辦法是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)是加1計(jì)數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個(gè)寄存器組成。TMOD是定時(shí)

16、/計(jì)數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動(dòng)和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理：加1計(jì)數(shù)器輸入的計(jì)數(shù)脈沖有兩個(gè)來源,一個(gè)是由系統(tǒng)的時(shí)鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)12分頻后送來；一個(gè)是T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)加到計(jì)數(shù)器為全1時(shí)，再輸入一個(gè)脈沖就使計(jì)數(shù)器回零，且計(jì)數(shù)器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求（定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷允許時(shí)）。如果定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于定時(shí)模式，則表示定時(shí)時(shí)間已到；如果工作于計(jì)數(shù)模式，則表示計(jì)數(shù)值已滿。可見，由溢出時(shí)計(jì)數(shù)器的值減去計(jì)數(shù)初值才是加1計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。4、最開始編寫程序比較

17、困難，我們可以先記住一些子程序，將其套在主程序中即可。a)普通的延遲函數(shù)：void delay(unsigned int s)unsigned int i,j;for(i=0;is;i+) for(j=0;j1000;j+); b)1s的延遲函數(shù): void deply_1s()unsigned char i=0; for(i=0;i100;i+) while(TF1!=1); TH1=(65536-9216)/256; TL1=(65536-9216)%256;TF1=0; /5、首先實(shí)現(xiàn)一個(gè)小燈常亮，程序如下所示： #include /頭文件一般無需改動(dòng) sbit led0=P17; /l

18、ed口通過此口控制led0 void main() led0=0;/點(diǎn)亮led0 while(1)； 6、利用單片機(jī)的定時(shí)功能實(shí)現(xiàn)1s流水燈的操作，程序如下： #include sbit led1=P10; void delay_1s() unsigned char i=0; for(i=0;i100;i+) while(TF1!=1); TH1=(65536-9216)/256; /存儲(chǔ)的初值高八位 TL1= (65536-9216)%256; TF1=0; void main() unsigned char j; /*定時(shí)器初始化*/ TMOD=0x010; /定時(shí)器1工作工作方式 TH1

19、=(65536-9216)/256; /存儲(chǔ)的初值高八位 TL1= (65536-9216)%256;/存儲(chǔ)的初值低八位 TR1=1; for(j=0;j8;j+) P1=(1j); delay_1s() 7、單片機(jī)中的CPU在每個(gè)程序周期都會(huì)檢查中斷源（比如說外部中斷，計(jì)時(shí)器溢出）一旦發(fā)現(xiàn)有中斷，馬上停止當(dāng)前的程序（一般情況是，高級(jí)的單片機(jī)要仲裁中斷等級(jí)），并保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)（寄存器的值入棧），然后調(diào)用中斷程序。中斷程序結(jié)束后，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)（剛剛?cè)霔５闹党鰲＃?，繼續(xù)剛剛的程序。例如下例利用中斷實(shí)現(xiàn)按鍵打開小燈，并使小燈能夠按照及時(shí)實(shí)現(xiàn)亮滅： #include sbit key1=P32; sbit le

20、d1=P10; void delay(unsigned int s) unsigned int i,j; led1=1; for(i=0;is;i+) for(j=0;j1000;j+); void delay_1s() unsigned char i=0; for(i=0;i100;i+) while(TF0!=1); TH0=(65536-9216)/256; /存儲(chǔ)的初值高八位 TL0= (65536-9216)%256; TF0=0; led1=led1; void main()IT0=0; EX0=1; /外部中斷0使能 EA=1; while(1); void key() inte

21、rrupt 0 /中斷服務(wù)入口 delay(5); /防抖 if (key1=0) while(key1=0);/松手檢測(cè) delay_1s() 8、調(diào)試數(shù)碼管，是數(shù)碼管能夠?qū)崿F(xiàn)定態(tài)的現(xiàn)實(shí)某個(gè)數(shù)，例如下例實(shí)現(xiàn)第一位數(shù)顯示1： #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit wei=P27; sbit duan=P26; sbit A1=P03; void main() wei=0； duan=0; wei=1; A1=0;/打開位選芯片/選中第一位數(shù)碼管 wei=0;/ 關(guān)掉位選芯片 duan=1; P0=

22、0x5f; duan=0; while(1); 9、最后實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管能夠按照分秒的方式顯示，其中用到了計(jì)時(shí)器和中斷，程序如下： #include #define uint16 unsigned int sbit wei=P27; sbit duan=P26;uint8 duanxuan10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; uint8 weixuan4=0x0e,0x0d,0x0b,0x07; uint16 pause=0; uint16 num=0; uint16 jishi=0; uint16 min=0; void del

23、ayms(uint16 num); #define gewei 0 #define shiwei 1 #define baiwei 2 #define qianwei 3 void main()uint8 ge=0,shi=0,bai=0,qian=0,i=0; TMOD=0x01; TH0=(65536-9216)/256;TL0=(65536-9216)%256;TR0=1; ET0=1;EA=1; while(1)if(jishi=100) jishi=0;num+; if(num=60) num=0;min+;if(min=60)min=0; ge=num%10;shi=(num/10)%10;bai=min%10;qian=(min/10)%10; wei=1; P0=weixuang