基于单片机最小专业系统设计.doc

基础强化训练任务书学生姓名： 董勇涛 专业班级： 电子0902 指导老师： 洪建勋 工作单位： 信息工程学院 题 目： 基于51单片机最小系统设计 一、 训练目标关键目标就是对学生进行基础课程、基础技能、基础动手能力强化训练，提升学生基础理论知识、基础动手能力，提升人才培养基础素质。二、 训练内容和要求1、基础课程和基础技能强化训练(1)设计一个基于51单片机最小系统电路；(2)对所设计电路基础原理进行分析； 2、文件检索和利用、论文撰写规范强化训练要求学生掌握基础文件检索方法，科学查找和利用文件资料，同时要求学生取得正确地撰写论文基础能力，其中包含基础格式、基础排版技巧和文件参考资料写法、公式编排、图表规范制作、中英文摘要写法等训练。3、基础动手能力和知识应用能力强化训练(1)学习PROTEL软件；(2)绘制电路原理图和PCB版图，要求图纸绘制清楚、布线合理、符合绘图规范；4、查阅最少5篇参考文件，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汇报书，全文用A4纸打印。三、 初始条件 计算机；Microsoft Office Word 软件；PROTEL软件四、 时间安排 1、 1年 7 月 11日集中，作基础强化训练具体实施计划和汇报格式要求说明；学生查阅相关资料，学习电路工作原理。2、 年 7 月 12 日，电路设计和分析。3、 年 7 月 13日至 年7 月 14日，相关电路原理图和PCB版图绘制。4、 7 月 15日上交基础强化训练结果及汇报，进行答辩。指导老师署名： 年 月 日系主任（或责任老师）署名： 年 月 日 目录摘要3Abstract41.PROTEL发展及功效52.51单片机最小系统基础组成52.1时钟电路62.2复位电路62.3 电源电路62.4流水灯及数码管显示72.5程序下载电路73.51单片机最小系统PROTEL实现83.1原理图83.2 PCB图94.小结和体会10参考文件：11附录：12附录I：元件清单12摘要PROTEL是PORTEL企业在80年代末推出EDA软件，在电子行业CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件前面，是电子设计者首选软件，它较早就在中国开始使用，在中国普及率也最高，有些高校电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎全部电子企业全部要用到它，很多大企业在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL【1】。关键词：EDA、ProtelAbstract PROTEL is a EDA software, in the electronics industry of CAD software, it truthfully row in the front of the many EDA software, is the first choice of electronic designer software, it is early in the domestic, begin to use, the penetration rate is the highest in China, some university of electronic major still hasspecially opened the program to learn it, almost all of the electronics companies have to use it, many large companies in the recruitment of electronic design talents in the column conditions written often will use of PROTEL requirements【1】.Keywords: EDA、Protel1. PROTEL发展及功效早期PROTEL关键作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件要求很低，在无硬盘286机1M内存下就能运行，但它功效也较少，只有电原理图绘制和印制板设计功效，其印制板自动布线布通率也低，而现今PROTEL已发展到PROTEL99（网络上可下载到它测试板），是个庞大EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路和数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功效，并含有Client/Server （用户/服务器）体系结构，同时还兼容部分其它设计软件文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板自动布线可实现高密度PCB100布通率。在中国PROTEL软件较易买到，相关PROTEL软件和使用说明书也有很多，这为它普及提供了方便。年底，Protel软件原厂商Altium企业推出了Protel系列最新高端版本Altium Designer 6.0。 Altium Designer 6.0，它是完全一体化电子产品开发系统一个新版本，也是业界第一款也是唯一一个完整板级设计处理方案。Altium Designer 是业界首例将设计步骤、集成化PCB 设计、可编程器件（如FPGA）设计和基于处理器设计嵌入式软件开发功效整合在一起产品，一个同时进行PCB和FPGA设计和嵌入式设计处理方案，含有设计方案从概念转变为最终成品所需全部功效【4】。2. 51单片机最小系统组成2.1 时钟电路系统时钟电路设计是采取内部方法，即利用芯片内部振荡电路。AT89C51单片机内部有一个用于组成振荡器高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是放大器输入端和输出端。放大器和作为反馈元件片外晶体谐振器一起组成一个自激振荡器。外接晶体谐振器和电容C3和C4组成并联谐振电路，接在放大器反馈回路中。对外接电容值即使没有严格要求，但电容大小会影响震荡器频率高低、震荡器稳定性、起振快速性和温度稳定性。所以，此系统电路晶体振荡器值为12MHz，电容应尽可能选择陶瓷电容，电容值约为30F。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得和单片机芯片靠近，以降低寄生电容，愈加好地确保震荡器稳定和可靠地工作【6】。2.2 复位电路复位是由外部复位电路来实现。片内复位电路是复位引脚RST经过一个斯密特触发器和复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它输出在每个机器周期S5P2，由复位电路采样一次【3】。复位电路通常采取上电自动复位和按钮复位两种方法。此电路同时采取上电复位和按钮复位，复位时间必需大于5ms，经过R18和C1决定。2.3 电源电路STC89c51工作电压为5v，本任务中采取USB供电，方便。焊接时需要用万用表测量正负极，其中有两个引脚是数据通信，不需要用到，经过一个六脚开关控制，还有电阻，LED作为电源指示灯。2.4 流水灯及数码管显示流水灯显示是经过单片机I/O口高低电平控制，LED灯得正极接电源正极，负极接单片机，中间还串一个电阻，当单片机输出一个高电平时，LED灯正负极全部是高电平，所以不亮；当单片机【3】输出一个低电平时，LED灯形成压降，LED灯导通。数码管显示是八段式LED数码管【1】，八段还加一个小数点，。所谓八段就是指数码管里有八个小LED发光二极管，经过控制不一样LED亮灭来显示出不一样字形。数码管又分为共阴极和共阳极两种类型，其实共阴极就是将八个LED阴极连在一起，让其接地，这么给任何一个LED另一端高电平，它便能点亮。而共阳极就是将八个LED阳极连在一起。 其中引脚图四个COM端连在一起，是公共端，共阳数码管将其接正5伏电源，加上一个PNP三极管驱动【4】，增加亮度。一个八段数码管称为一位，多个数码管并列在一起可组成多位数码管，它们段选线（即a,b,c,d,e,f,g,dp）连在一起，而各自公共端称为位选线。显示时，全部从段选线送入字符编码，而选中哪个位选线，那个数码管便会被点亮。数码管8段，对应一个字节8位，a对应最低位dp对应最高位【3】。2.5 程序下载电路TXD为高电平时Q6截止，因为PCRXD内部呈高阻态PCTXD平时为负电平，此电平经过R7使PCRXD也为低电平，逻辑值为1。TXD为低电平时Q6导通，PCRXD为高电平，逻辑值为0；T1在PCTXD为低电平时导通，使电容充电，在PCTXD为高电平时T1截止，电容不能放电，能够维持PCRXD上低电平【2】。PC发数据时，PCTXD空闲时为低电平，为高电平时Q4导通RXD变低，逻辑值为0【5】。3.51单片机最小系统设计3.1原理图图3-1最小系统原理图3.2 PCB图图3-2 PCB总图 5.小结和体会此次任务之前，就接触过一次PROTEL,这几天下了决心学习PROTEL，在看视频过程中，碰到很多不懂地方，经过长时间琢磨最终处理了，在PCB布线时，碰到部分错误，全部是些细节问题，以后要多加训练，所谓孰能生巧，总有一天我会熟练操作PROTEL。参考文件：1 张娟著，protel电路设计教程，北京，清华大学出版社，2郭天祥著，十天学会单片机，北京，清华大学出版社，3余波著，protel99从入门到精通，西安电子科技大学出版社，4 王正谋，protelse电路设计和仿真，福建，科学技术出版社，5 穆秀春、李娜、訾鸿 著，轻松实现从Protel到Altium Designer，北京，电子工业出版社，6吴友宇主编，模拟电子技术基础，北京，清华大学出版社，附录I：原件清单 元件 规格 数量(个) 板子 1 LED 红色 8 电阻 10k 2 电阻 220 2 排阻 10K 1 单片机 STC89C51 1 数码管 8位共阳 1 电容 10uf 1 瓷片电容 30PF 2 晶振 12M 1 六脚开关 1 按键 1 电解电容 4.7uF 2 串口接头 1 MAX232及USB接口 1本科生基础强化训练成绩评定表姓 名董勇涛性 别男专业、班级电子科学和技术0902班题 目：基于51单片机最小系统设计答辩或质疑统计：1. 你最小系统包含哪几部分？答：晶振电路，复位电路，供电电路，下载电路，数码管显示，及流水灯。2. 作原理图时，假如没有你所需要元件怎么办？答：此时需要自己动手制作元件，需要测量实际元件参数，然后将所制作元件添加到自带元件库。3. 在导入PCB时你碰到了哪些问题？ 答：原理图引脚和PCB元件库引脚不一致，造成有些元件无法生成，有些元件封装错误，有些地方网络编号反复定义了，有些相同元件没有编查找错误花了很长时间，以后要细心。成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导老师签字： 年 月 日