大連大學(xué)電子課程設(shè)計(jì)a

1、課程名稱：電子系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)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(shí)鐘電路設(shè)計(jì)31.3復(fù)位電路的設(shè)計(jì)31.4程序存儲(chǔ)器選擇電路41.5外圍電路的設(shè)計(jì)4第2章 模塊設(shè)計(jì)41.1數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示41.2鍵盤(pán)編程51.2.1鍵盤(pán)的任務(wù)：51.2.2.鍵盤(pán)輸入特點(diǎn)51.2.3.如何消除按鍵的抖動(dòng)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(kāi)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(jì)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(jì)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(duì)齊排列元器件103.4設(shè)計(jì)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(cè)量10第4章結(jié)束語(yǔ)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(jì)主要介紹電子系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的小板設(shè)計(jì)和PROTEL99SE的使用。注意儀器使用,示波器、信號(hào)源、穩(wěn)壓電源使用及注意事項(xiàng)。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(jì)的小板

3、包括小板編程和設(shè)計(jì)內(nèi)容、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖設(shè)計(jì)及圖紙、單片機(jī)最小系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)圖。小板編程主要包括掌握數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，鍵盤(pán)計(jì)數(shù)器，掃描鍵盤(pán)的編程方法，注意鍵盤(pán)的去抖動(dòng)處理，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板串行通信的實(shí)現(xiàn)。PROTEL99SE包括設(shè)計(jì)電路原理圖，設(shè)計(jì)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(kù)，生成各種原理圖報(bào)表文件，設(shè)計(jì)印制電路板，制作和修改PCB元器件封裝庫(kù)等內(nèi)容。第1章 系統(tǒng)概述單片機(jī)最小系統(tǒng)，是指用最少的元件組成以單片機(jī)為核心元件的可以正常工作具有特定功能的單片機(jī)系統(tǒng)，是單片機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的核心電路。下面我們?cè)O(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的功能為外擴(kuò)存儲(chǔ)器，同時(shí)應(yīng)具有上電復(fù)

4、位和手動(dòng)復(fù)位功能，并且使用單片機(jī)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器存放用戶程序。對(duì)51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)，單片機(jī)要正常工作，必須具有五個(gè)基本電路：電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、程序存儲(chǔ)器選擇電路、外圍電路。因此，單片機(jī)最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路、外圍電路等。1.1電源電路單片機(jī)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(shí)鐘電路設(shè)計(jì)單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須要有時(shí)鐘信號(hào)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(gè)晶振，再加上2個(gè)30PF的瓷片

5、電容即可構(gòu)成單片機(jī)所需的時(shí)鐘電路。注意，當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，19腳（XTAL1）接地，18腳（XTAL2）接外部時(shí)鐘信號(hào)。見(jiàn)附錄圖11.3復(fù)位電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)芯片的第9腳RST（Reset）是復(fù)位信號(hào)輸入端。在開(kāi)機(jī)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(jī)的復(fù)位靠外部電路實(shí)現(xiàn)，信號(hào)從RST引腳輸入，高電平有效，只要保持RST引腳高電平2個(gè)機(jī)器周期，單片機(jī)就能正常復(fù)位。常見(jiàn)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(jiàn)附錄圖21.4程序存儲(chǔ)器選擇電路單片機(jī)芯片的第31腳（EA）為內(nèi)部與外部程序存儲(chǔ)器選擇輸入端。當(dāng)EA引腳接高電平時(shí)，CPU先

6、訪問(wèn)片內(nèi)4KB的程序存儲(chǔ)器，執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令，當(dāng)程序計(jì)數(shù)器超過(guò)0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外程序存儲(chǔ)器，既是從1000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行指令；當(dāng)EA引腳接低電平時(shí)，不管片內(nèi)是否有程序存儲(chǔ)器，CPU只訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器。1.5外圍電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)的主要控制功能是通過(guò)單片機(jī)的I/O口按不同時(shí)序輸出不同的高低電平控制外部的電路實(shí)現(xiàn)特定的功能。AT89S51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。這四個(gè)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(jī)的P0、P1、P2、P3口的功能特點(diǎn)和單片機(jī)最小系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264和外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器EPROM2751

7、2。綜合上面的電路設(shè)計(jì)，AT89S51單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)見(jiàn)附錄圖3。第2章 模塊設(shè)計(jì)1.1數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示目的：掌握掃描鍵盤(pán)的編程方法，注意鍵盤(pán)的去抖動(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)顯示的原理是，各個(gè)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(yáng)極連在一起組成公共端。利用人眼的視覺(jué)暫留性，依次給出各個(gè)數(shù)碼管公共端

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

9、Second”的縮寫(xiě)。 “Frames Per Second”在計(jì)算機(jī)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(shí)我們?nèi)庋鄱寄芨杏X(jué)到屏幕的閃爍，不連貫，對(duì)圖像顯示效果和視覺(jué)感觀產(chǎn)生不好的影響。1.2鍵盤(pán)編程1.2.1鍵盤(pán)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(shí)別哪一個(gè)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(pán)輸入特點(diǎn)按鍵開(kāi)關(guān)的兩端分別連接在行線列線上，通過(guò)鍵盤(pán)機(jī)關(guān)機(jī)械觸點(diǎn)的斷開(kāi)閉合，其行線

10、電壓輸出。鍵的閉合和斷開(kāi)過(guò)程中的抖動(dòng)期(呈現(xiàn)一段負(fù)脈沖)，抖動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短與開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為5-10ms。穩(wěn)定的閉合期，其時(shí)間由按鍵動(dòng)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(dòng)（1）一種是通過(guò)軟件延時(shí)來(lái)消除按鍵消抖，基本思想是：在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，該鍵所對(duì)應(yīng)的行線為低電平，執(zhí)行一段延時(shí)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(shí)有鍵按下。當(dāng)按鍵松開(kāi)時(shí)，行線的低電平變?yōu)楦唠娖?，?zhí)行一段延時(shí)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(shuō)明按鍵確實(shí)松開(kāi)。（2）另一種方法是采用專用的鍵盤(pán)顯示器接口芯片，這類芯片中都有自

11、動(dòng)消抖的硬件電路。1.2.3按鍵顯示程序1：按一個(gè)鍵，顯示器顯示1，按另一個(gè)鍵，顯示器顯示2。程序2：按一個(gè)鍵，顯示器顯示加1，按另一個(gè)鍵，顯示器顯示減1。程序和流程圖分別見(jiàn)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(shí)驗(yàn)板編寫(xiě)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(shí)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(kāi)始時(shí)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(qǐng)中斷。CPU響應(yīng)中斷后，在中斷服

12、務(wù)程序中向SBUF寫(xiě)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(shí)器T1的溢出率（T1每秒溢出的次數(shù)）來(lái)確定。 定時(shí)器T1的溢出率=2SMOD/32*fosc/12/（256-TL1）具體程序見(jiàn)附錄程序 1.3.2收發(fā)數(shù)據(jù)用仿真器自帶的實(shí)驗(yàn)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(kāi)始時(shí)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(qǐng)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(jì)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(jì)層次原理圖，電路原理圖的后期處理，設(shè)計(jì)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(kāi)和關(guān)閉 如果要打開(kāi)多個(gè)工具欄，則逐個(gè)打開(kāi)相應(yīng)的工具欄就顯得太麻煩。此時(shí)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(kāi)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(dòng)的距離，即以移動(dòng)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(shí)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(jì)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(kù)的名稱Footprint ：表示該元器件的封裝形式Designator ：元器件序號(hào)欄，這個(gè)欄的內(nèi)容必須是整張電路原理圖唯一的一個(gè)序號(hào)，絕對(duì)不允許與其他元器件的序號(hào)重復(fù)，都則自動(dòng)布線是會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題（手動(dòng)布線除外）。Part ：用來(lái)設(shè)置元器件放置妥當(dāng)后在電路原理圖上顯示的型號(hào)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(gè)部分元件延長(zhǎng)線，放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，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(gè)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(jì)層次原理圖1.自頂向下設(shè)計(jì)層次原理圖：2.總圖設(shè)計(jì)頂圖：方框電路圖，端口設(shè)計(jì)，連線等。3.建立層次原理圖功能電路原理圖：?jiǎn)螕鬱esign-create sheet from symbol從符號(hào)生成圖紙。然后將光標(biāo)移到工作區(qū)，此時(shí)單擊方塊電路，會(huì)出現(xiàn)“轉(zhuǎn)換輸入輸出端口”對(duì)話框。4.完成子圖的設(shè)計(jì)：將總圖模塊化。 見(jiàn)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(jiàn)附錄圖選擇Tools-erc電氣規(guī)則檢查見(jiàn)附錄圖3.3.2對(duì)齊排列元器件選擇edit-align中的排齊方式。3.4設(shè)計(jì)印制電路板 可采取手動(dòng)布線和自動(dòng)布線兩種。手動(dòng)布線包括布電氣連接線，放置焊盤(pán)，放置過(guò)孔，放置文字，放置坐標(biāo)，放置尺寸標(biāo)注，放置坐標(biāo)原點(diǎn)，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(duì)齊。3.4.2設(shè)置PCB板工作層面 單擊design-options，分為signal layers信號(hào)層，mechanical layers機(jī)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(shí)需對(duì)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(cè)量單擊tools-design-design rule check-run DRC,若出現(xiàn)subnet則表示需要覆銅，見(jiàn)附錄圖有鋪地的PCB圖和DRC檢查。尺寸測(cè)量即先設(shè)置design-options中的options-.measurement unit中的metric后，再選reports-measure distance，量對(duì)角線。第4章結(jié)束語(yǔ)簡(jiǎn)單介紹對(duì)設(shè)計(jì)題目的結(jié)論性意見(jiàn)，進(jìn)一步完善或改進(jìn)的意向性說(shuō)明，總結(jié)課程設(shè)計(jì)的收獲與體會(huì)。附錄1：程序程序1：按一個(gè)鍵，顯示器顯示1，按另一個(gè)鍵，顯示

20、器顯示2。初始化顯示1是否有鍵按下？延時(shí)是否有鍵按下？是否1號(hào)鍵按下？是否2號(hào)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(pán)計(jì)數(shù)器，按一個(gè)鍵，顯示器顯示加1，按另一個(gè)鍵，顯示器顯示減1。是否有鍵按下？是否1號(hào)鍵按下

22、？是否2號(hào)鍵按下？顯示值加1顯示值減1YYNNYN初始化顯示1延時(shí)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