毕业设计（论文）-基于单片机控制多层板PCB系统设计.doc

安徽工商职业学院1摘摘要要SP180S由伟纳电子开发设计并公开了全部的软硬件资料的一款免费编程器，使用USB端口通讯和供电，目前可以支持Atmel公司常用AT89C和AT89S系列单片机，支持SST系列单片机和部分AVR系列单片机，并可支持AT24CxxAT93Cxx系列串行Eeprom的烧写，能够满足单片机初学者和爱好者学习51单片机的要求。SP180S硬件设计成熟，软件功能完善(拥有专业通用编程器软件的所有功能），并且有专门的论坛提供技术支持，可以确保你DIY成功！印制电路板技术正在飞速发展，在各个领域得到了广泛应用。本次设计以此为出发点，结合单片机编程器的基本原理，以AT89C51为核心，在Protel99SE平台下从对电路进行设计，并在Protel99SE平台下对SP180SUSB编程器进行了详细的原理图设计以及PCB设计。首先根据电路原理从系统控制、USB通信、DCDCConevert三个模块对电路进行设计，最后综合所有模块进行PCB设计，并介绍了PCB设计的参数设置，布线规则。利用PROTEL电路设计软件进行原理图设计，PCB布线，借此巩固单片机应用、模拟电路、数字电路课程及学会工程软件PROTEL的使用。关键字关键字：PROTEL99SE；PCB；编程器；AT89C51安徽工商职业学院2AbstractSP180SnanoelectronicdevelopmentanddesignbytheWeiandthepublicalltheinationonafreehardwareandsoftwareprogrammerusingtheUSBportcommunicationandpowersupplythecompanycurrentlysupportsAtmelMCUusedAT89CandAT89SsupporttheSSTandsomeAVRMCUSeriesmicrocontrollerandsupportsAT24CxxAT93CxxseriesSerialEepromsprogrammingtomeetthesinglechipmicrocontrollerforbeginnersandenthusiaststolearntherequirementsof51.SP180Ssophisticatedhardwaredesignsoftwarefunctions(aprofessionaluniversalprogrammerallthefunctionalityofthesoftware)andhaveaspecialforumtoprovidetechnicalsupporttoensureyourDIYsuccess!Printedcircuitboardtechnologyisdevelopingrapidlyinallfieldshasbeenwidelyused.ThedesignasastartingpointcombinedwiththebasicprinciplesofmicrocontrollerprogrammertoAT89C51asthecoreinProtel99SEplatdesignedfromthecircuitandinProtel99SEplattheSP180SUSBprogrammeradetailedschematicdesignandPCBdesign.ThefirstcircuitfromthesystemundercontrolUSBcommunicationsDCDCConevertthreemodulesofthecircuitdesignthefinalintegrationofallmodulesofPCBdesignPCBdesignandintroducedtheparametersettingsroutingrules.PROTELcircuitdesignusingschematicdesignsoftwarePCBlayouttoconsolidatetheSCMapplicationsanalogcircuitsdigitalcircuitsPROTELcourseandlearntheuseofengineeringsoftware.KeyKeyWordsWords：PROTEL99SE；PCB；programmer；AT89C51安徽工商职业学院3目录目录1.绪论绪论.41.1课题研究的背景和意义.41.2课题主要内容.52.印制电路板（印制电路板（PCB）.62.1PCB板分类.62.2PCB制作工艺.63开发平台开发平台PROTEL.73.1PROTEL99SE介绍.73.2PROTEL设计方法.94.SP180SUSB编程器原理图设计编程器原理图设计.104.1原理图设计的一般流程.104.2层次原理图的设计.134.3SP180SUSB编程器电路系统框图.144.4伟纳SP180SUSB编程器各模块.144.5SP180SUSB编程器电路总原理图.214.6、材料清单.225.SP180SUSB编编程器电路程器电路PCB设计设计.235.1PCB设计的一般流程.235.2配置PCB设计环境.245.3四层板的电源层与接地层设计与内电层分割.305.4、由原理图生成PCB.335.5、SP180SUSB编程器电路的PCB.35结结论论.37致谢致谢.38参考文献参考文献.39安徽工商职业学院41.绪论绪论1.1课题研究的背景和意义课题研究的背景和意义PCB（PrintedCircuitBoard）中文名称为印制线路板，简称印制板，印制电路基本概念在本世纪初已有人在专利中提出过1947年美国航空局和美国标准局发起了印制电路首次技术讨论会当时列出了26种不同的印制电路制造方法.并归纳为六类:涂料法、喷涂法、化学沉积法、真空蒸发法、模压法和粉压法.当时这些方法都未能实现大规模工业化生产直到五十的年代初期由于铜箔和层压板的粘合问题得到解决覆铜层压板性能稳定可靠并实现了大规模工业化生产铜箔蚀刻法成为印制板制造技术的主流一直发展至今.六十年代孔金属化双面印制和多层印制板实现了大规模生产七十年代收于大规模集成电路和电子计算机和迅速发展八十年代表面安装技术和九十年代多芯片组装技术的迅速发展推动了印制板生产技术的继续进步一批新材料、新设备、新测试仪器相继涌现.印制电路生产动手术进一步向高密度细导线多层高可靠性、低成本和自动化连续生产的方向发展。是电子工业重要的电子部件之一，几乎每种电子设备小到电子手表计算器大到计算机通讯电子设备军用的武器系统只要有集成电路等电子元器件为了它们之间电气互连都要使用印制板.在较大型的电子产品研制过程中最基本的成功因素是该产品的印制板的设计、文件编制的制造。的设计的制造质量直接影响到整个产品的质量的成本甚至会导致一家公司的命运。随着微型器件制造和表面安装技术的发展，促使印制板的制造技术的革新和改进的速度更快，特别是电路图形的导线宽度目前国外广泛采用是引脚间通过三根导线、达到实用化阶段的导线宽度是引脚间通过4-5根导线，并向着更细的导线宽度发展。为适应SMD多引线窄间距化，实现PCB板布线细线化。正在普及的工艺是：普遍采用CADCAM系统，从设计提供的数据通过制造系统转换成生产用的资料；在原材料方面采用薄铜箔和薄干膜光刻胶；由于窄间距要求PCB板表面具有光面平坦的铜表面，以便制作微型焊盘和具有细线及其窄间距的电路图形；所使用的基材应具有较高的热冲击能力，以使PCB板在电装过程中经过多次也不会产生气泡、分层及焊盘鼓起等缺陷，确保表面安装组件的高可靠性；并采用高粘度铜箔和改性环氧树脂确保在焊接温度下保持其足够的粘合强度、并还应具有高的尺寸稳定性，确保制作过程精细电路图形定位的一致性和准确性的要求。总之，细导线化、窄间距化的PCB板制造技术发展速度是很快的，要想跟上世界先进的技术水平，就必须了解目前国外在这方面的发展动态。安徽工商职业学院5我国从五十年代中期开始了单面印制板的研制.首先应用于半导体收音机中.六十年代中自力更生地开发了我国的覆箔板基材使铜箔蚀刻法成为我国PCB生产的主导工艺.六十年代已能大批量地生产单面板小批量生产双面金属化孔印制并在少数几个单位开始研制多层板.七十年代在国内推广了图形电镀蚀刻法工艺但由于受到各种干扰印制电路专用材料和专用设备没有及时跟上整个生产技术水平落后于国外先进水平.到了八十年代由于改革、开放政策的批引不仅引进了大量具有国外八十年代先进水平的单面、双面、多层印制板生产线而且经过十多年消化、吸收较快地提高了我国印制电路生产技术水平。目前，全球PCB产业产值占电子元件产业总产值的四分之一以上，是各个电子元件细分产业中比重最大的产业，产值规模达400亿美元。同时，由于其在电子基础产业中的独特地位，也是当代电子元件业中最活跃的产业，印制电路板在整个电子元件产值中的比例呈现加重趋势，因为随整机产品品种结构的调整，印制电路板在单台最终产品中的所需面积虽逐渐减小，但由于精度和复杂度的提高，在整机成本中的PCB价值比重反而有所增加，是电子元件产业发展的主要支柱。在电子元件产业中，PCB产业的产量规模仅处于半导体产业，随着PCB应用领域的不断扩大，其重要性还在进一步提高。据介绍，现在我国内地有印制板生产企业1000家左右，2006年的产值为128亿美元，已经成为PCB第一大生产国；出口金额76.5亿美元，几年来PCB业逆差均保持在12.5亿美元左右。与10年前相比，印制电路板产量增长了8.5倍，出口量增长了3500多倍。从中国印制电路产量来看，2005年中国PCB产量突破1.1亿平方米，其中多层板占了将近一半，2006年产量为12964万平方米。随着世界各国在中国投资的IT产业、电子整机制造的迅猛发展，世界各国PCB企业也相继在中国进行大规模的投资，世界知名PCB生产企业，绝大部分在中国已经建立了生产基地并在积极扩张。可以预计在近几年中，中国仍然是世界PCB生产企业投资与转移的重要目的地。中国印制电路行业协会(CPCA)秘书长王龙基告诉中国电子报记者，被誉为电子电路行业的“奥林匹克”的“世界电子电路大会”明年3月将在上海举行，前十届电子电路大会都是在日本、美国等世界PCB产业发达国家举办，第11届大会移师中国，充分表明了我国高速发展的PCB产业的吸引力。目前，整个行业正在积极准备，届时，将向世人展示中国印制电路板业的风采。1.2课题主要内容课题主要内容本篇论文首先对SP180SUSB编程器电路的原理进行分析，然后在Protel99SE的平台下分别对电路的各个模块进行设计，得到电路的总原理图，然后进一步产生设计PCB必备的网络表，再对电路的PCB部分进行设计，还对Protel99SE各项常用的环境参数与变量的重要性进行了阐述。安徽工商职业学院62.印制电路板（印制电路板（PCB）2.1PCB板分类板分类PCB版有以下三种主要的划分类型：单面板（Single-SidedBoards）在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上。因为导线只出现在其中一面，所以这种PCB叫作单面板（Single-sided）。因为单面板在设计线路上有许多严格的限制（因为只有一面，布线间不能交叉而必须绕独自的路径），所以只有早期的电路才使用这类的板子。双面板（Double-SidedBoards）这种电路板的两面都有布线，不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的“桥梁”叫做导孔（via）。导孔是在PCB上，充满或涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍，而且因为布线可以互相交错（可以绕到另一面），它更适合用在比单面板更复杂的电路上多层板（Multi-LayerBoards）为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印刷线路板，通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印刷线路板就成为四层、六层印刷电路板了，也称为多层印刷线路板。板子的层数就代表了有几层独立的布线层，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的两层。大部分的主机板都是4到8层的结构，不过技术上理论可以做到近100层的PCB板。大型的超级计算机大多使用相当多层的主机板，不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替，超多层板已经渐渐不被使用了。因为PCB中的各层都紧密的结合，一般不太容易看出实际数目，不过如果仔细观察主机板，还是可以看出来。2.2PCB制作工艺制作工艺PCB是如何制造出来的呢？我们打开通用电脑的健盘就能看到一张软性薄膜（挠性的绝缘基材），印上有银白色（银浆）的导电图形与健位图形。因为通用丝网漏印方法得到这种图形，所以我们称这种印制线路板为挠性银浆印制线路板。而我们去电脑城看到的各种电脑主机板、显卡、网卡、调制解调器、声卡及家用电器上的印制电路板就不同了。它所用的基材是由纸基（常用于单面）或玻璃布基（常用于双面及多层），预浸酚醛或环氧树脂，表层一面或两面粘上覆铜簿再层压固化而成。这种线路板覆铜簿板材，我们就称它为刚性板。再制成印制线路板，我们就称它为刚性印制线路板。单面有印安徽工商职业学院7制线路图形我们称单面印制线路板，双面有印制线路图形，再通过孔的金属化进行双面互连形成的印制线路板，我们就称其为双面板。如果用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印制线路板，通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印制线路板就成为四层、六层印制电路板了，也称为多层印制线路板。单面刚性印制板：单面覆铜板下料（刷洗、干燥）钻孔或冲孔网印线路抗蚀刻图形或使用干膜固化检查修板蚀刻铜去抗蚀印料、干燥刷洗、干燥网印阻焊图形（常用绿油）、UV固化网印字符标记图形、UV固化预热、冲孔及外形电气开、短路测试刷洗、干燥预涂助焊防氧化剂（干燥）或喷锡热风整平检验包装成品出厂。双面刚性印制板：双面覆铜板下料叠板数控钻导通孔检验、去毛刺刷洗化学镀（导通孔金属化）（全板电镀薄铜）检验刷洗网印负性电路图形、固化（干膜或湿膜、曝光、显影）检验、修板线路图形电镀电镀锡（抗蚀镍金）去印料（感光膜）蚀刻铜（退锡）清洁刷洗网印阻焊图形常用热固化绿油（贴感光干膜或湿膜、曝光、显影、热固化，常用感光热固化绿油）清洗、干燥网印标记字符图形、固化（喷锡或有机保焊膜）外形加工清洗、干燥电气通断检测检验包装成品出厂。贯通孔金属化法制造多层板工艺流程内层覆铜板双面开料刷洗钻定位孔贴光致抗蚀干膜或涂覆光致抗蚀剂曝光显影蚀刻与去膜内层粗化、去氧化内层检查（外层单面覆铜板线路制作、B阶粘结片、板材粘结片检查、钻定位孔）层压数控制钻孔孔检查孔前处理与化学镀铜全板镀薄铜镀层检查贴光致耐电镀干膜或涂覆光致耐电镀剂面层底板曝光显影、修板线路图形电镀电镀锡铅合金或镍金镀去膜与蚀刻检查网印阻焊图形或光致阻焊图形印制字符图形（热风整平或有机保焊膜）数控洗外形清洗、干燥电气通断检测成品检查包装出厂。3开发平台开发平台PROTEL3.1PROTEL99SE介绍介绍随着电子工业发展的日新月异，大规模集成电路的应用已经越来越普遍。电子设计自动化EDA（ElectronicDesignAutomation）如今已成为不可逆转的潮流。PROTEL就是一套建立在PC环境下的EDA电路集成设计系统。事实上，PROTEL是世界上第一个将EDA环境引入Windows开发环境的EDA开发工具。自从1991年PROTEL公司推出了Windows平台下的设计软件PROTELforWindows1.0以来，PROTEL几乎立刻成为广大电路设计人员的首选，从而奠定了PROTEL软件在桌面EDA系统的领安徽工商职业学院8先地位。PROTEL99SE是PROTEL公司于2000年推出的基于Windows平台的第六代产品，它具有强大的自动设计能力、高速有效的编辑功能、简捷方便的设计过程管理PDM，可完整地实现电子产品从电学概念设计到生成物理生产数据的全过程以及这中间的所有分析、仿真和验证。其主要的功能模块，包括电路原理图设计、印刷电路板设计、无网格布线器、可编程逻辑器件设计、电路图模拟、仿真等。它集成了电路设计与开发环境。PROTEL99SE凭借其强大的功能，极大地提高了产品的可靠性，缩短了设计周期，降低了设计成本。今后必然成为广大电子线路设计工作者首选的计算机辅助电路线路设计软件。（1）PROTEL99SE组成PROTEL99SE主要由两部分组成，分别是电路设计部分，电路仿真和PLD设计部分。1)电路设计部分PROTEL99SE中，电路设计部分主要包括原理图设计组件，PCB设计组件和自动布线组件等三个组件。AdvancedSchematic99：是原理图设计组件，主要用来编辑原理图，编辑、生成、修改零件封装和生成各种报表。AdvancedPCB99：是PCB设计组件，主要用于设计生成电路板，修改、生成零件封装以及电路板组件管理。AdvancedRoute99：自动布线组件，主要用于进行自动布线。2)电路仿真和PLD设计部分电路仿真也有三个部分，主要是:AdvancedPLD99:主要用于可编程逻辑器件的设计，包括具有语法意识的文本编辑器，用于编译和仿真设计结果的PLD以及用于观察仿真波形。AdvancedSIM99：主要用于电路仿真，包括功能强大的数模混合信号电路仿真器，可以方便的进行模拟信号和数字信号的仿真。AdvancedIntegrity99：主要用于高级信号完整性分析，包括一个高级信号完整性仿真器，能分析PCB设计和检查设计参数，测试过冲、下冲、阻抗以及信号斜率。（2）PROTEL99SE特性PROTEL99SE的特点是支持模块化设计，具有丰富的编辑功能，强大的电器检查和向导功能，完善的库元件管理和编辑功能以及方便的同步设计功能等，另外，作为运行WINDOWS操作系统的完全32位EDA设计系统，PROTEL99SE还具有SmartTool、SmartDoc和SmartTeam这三大特性，使产品开安徽工商职业学院9发有机地结合到了一起。SmartTool：它将所有的设计工具集成在一个设计环境下，让用户感到更加独立，直观。通过设计管理器可以访问所有的PROTEL工具，而且允许用户在设计管理器中编辑非PROTEL文件。SmartDoc：所有文件都存储在一个综合设计数据库中，方便了对各种文件的有效管理。通过这个技术，不仅能够包括PROTEL编辑器生成的文件，还能容纳任何WINDOWS应用程序建立的设计文件。SmartTeam：利用该技术，多个设计者可以通过互联网进行进行同一电路板的设计。在DesignExplorer中内置有组管理共功能，为了方便管理设计组成员，可以定义组成员的权限，以及定义每个成员对于文件的访问，必要时，可以锁定文件。另外，PROTEL还具有信号完整性分析，混合信号仿真等特性，极大地方便了用户的设计。3.2PROTEL设计方法设计方法设计电路板最基本的过程可以分为三大步骤：(1)电路原理图的设计电路原理图的设计是整个电路设计的基础，它决定了后面工作的进程。一般的，设计一个电路原理的工作包括：设置电路图纸参数，装入所需的元件库，防置元器件，进行原理图布线，调整，检查及修改，最后存盘打印图纸。（1）启动原理图编辑器（2）设置图纸参数（3）放置元器件（4）进行原理图布线（5）调整布线（6）保存输出（7）存盘打印图纸在原理图设计过程中，首先设置好图纸，网格和光标，以及窗口大小，然后在元器件编辑器界面制作原理图所需器件，创建新元件，产生元件报表，绘制原理图设计进阶，做好元件的自动编号，原理图的电气检查，即ERC。在这一过程中，要充分利用PROTEL99所提供的各种原理图绘图工具、各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一张正确、精美的电路原理图。(2)产生网络表设计原理图的最终目的是要生成印刷电路板，二印刷电路板与原理图的纽带就是网络表，故将设安徽工商职业学院10计完成的原理图转换为网络表，是必经之步，也是设计原理图的主要目的。生成网络表的操作步骤：打开准备产生网络表的原理图文件并执行菜单命令DesignCreateNetlist，系统将弹出NetlistCreation设置对话框，即根据网络表的输出格式和项目层次结构进行设置。生成网络表对话框包含2个选项卡：Preferences选项卡和TranceOptions选项卡。设置好后，进行生成网络表的过程，并生成网络表文件。其文件名与主电路图的文件名相同，扩展名为NET。（3）印制电路板的设计印制电路板的设计主要是针对PROTEL99的另外一个重要的部分PCB而言的，PCB图的基本元素主要包括以下6种：元件封装：包括插件式元件封装和STM元件封装；铜箔连线：铜箔导线也称铜箔连线，简称连线；焊盘：用于固定元件引脚或引出线、测试线等；过孔：过孔的作用是为了连接不同层面之间的导线；字符丝印：为了方便电路板的安装与维修，需要在PCB上下表面印制所需要的字符和标志图案等，入元件标号和标称值、元件外形和厂家标志，生产日期等都需要通过丝网印刷的方式来实现；敷铜（多边形填充）：敷铜又叫铺地，在设计完成全部布线后。为了提高电路板的抗干扰性能，有时候需要把电路板空白的地方全部做成一个电极。4.SP180SUSB编程器原理图设计编程器原理图设计4.1原理图设计的一般流程原理图设计的一般流程原理图设计是电路设计的第一步，是制版和仿真等后续工作的基础。因此，一副原理图正确与否，直接关系到整个设计的成功与失败。另外，为方便自己和他人读图，以及原理图的美观、清晰和规范也是十分重要的。Protel99SE的原理图设计大致可分为如图4.1所示9个步骤安徽工商职业学院11新建原理图设置SCH编辑器的工作参数装载元件库放置元件布局布线和调整注释对原理图进行检查和修改生成网络表等报表保存、打印输出安徽工商职业学院12（1）新建原理图。这是设计一副原理图的第一个步骤。（2)设置图纸及工作界面参数绘制原理图之前需要根据设计内容的复杂程度选择合适的图纸，并根据用户的需要以及习惯对工作区进行设置，方便具体的原理图设计操作。（3）装载元件库。装载元件库就是将需要用到的元件库添加到系统中(4)放置元件和布局规划元件布局，从元件库中找到所需的元件，并放置到图纸上。然后对元件的标号、属性等进行设置。元件的布局一般遵循以下几个原则：同一功能模块尽量放到一起，可以方便的理解电路结构，同时便于管理。元件的摆放有利于布线，方便进行布线操作。美观。（5）布线和调整放置好元件后就可以将各个引脚按功能用导线连接到一起了，同时根据布线的需要对元件布局进行一些调整。这一步骤也可与（3）交错进行，目的都是为了便于达到设计要求。（6）注解。为了设计的美观和清晰，可以对原理图进行必要的文字注释和图片修饰，这些都对以后的PCB设置没有影响，也是为了方便自己和他人读图。(7)对原理图进行检查和修改完成原理图的绘制后还需要对其进行进一步的检查和修改。主要包括两部分：一是确保原理图绘制的正确性，没有疏漏和误连接，这一点可以借助PROTEL99SE提供的电气检查功能（DRC）来实现；二是从逻辑上检查所设计的电路是否能是实现所需要的功能，及设计者需要对自己的设计思路进行反思，确保电路在原理上的正确性，这一点非常重要，一个电路设计最终能够正确、可靠的实现预期的功能。往往取决于设计者的思路是否正确、对可能遇到的问题是否做了充分的考虑，这也从根本上评判了电路设计的好坏。对设计进行充分的检查，尽可能的把问题在原理设计阶段解决，能够极大地提高电路设计的效率，减少返工的次数，从而能够有效地缩短整个设计周期、降低设计成本。否则等到了完成PCB的设计甚至已经加工电路板才发现原理图设计上的疏漏，就会造成极大的人力和物力的浪费(8)生成网络表等报表安徽工商职业学院13设计好原理图之后需要生成网络表，用以进行后续的PCB设计，还可以选择元件清单等各种报表，用以进行器件的购买以及进行电路评判等工作。(9)保存、打印输出对最终完成的原理图设计要进行保存，在设计的过程中也要经常对设计资料进行保存，避免发生意外导致设计资料的丢失。如果需要可以对原理图进行打印或制作各种输出文件。4.2层次原理图的设计层次原理图的设计（1）层次原理图的概念层次原理图的设计是在实践基础上提出的一种先进的电路设计方法。当设计的电路规模比较大的时候，往往整个系统不能自一张原理图上绘出，还会出现整个系统难以有一个人在短期内绘出的情况，这时候就不能简单的进行绘图，而在绘图之前需要考虑如何分配电路设计内容，从而使设计能够有效地进行，这就需要层次电路图的设计。层次电路图的设计思路是这样的：将复杂系统按照功能要求分解成若干个子模块，如果需要，还需要分解成更小的基本模块，各个模块之间设计好模块接口，上层原理图之负责根据需要对各个模块的接口进行合适的连接，而不关心电路细节，具体的电路设计在底层模块电路设计中实现，底层模块的电路设计要能够满足接口的要求，这样的电路设计就能够得到完整并且符合功能要求的电路设计了。从设计思路中可以清晰地看到层次电路图的优点：电路结构清晰、便于任务分配。层次原理图的设计过程如图4-4所示安徽工商职业学院14大规模电路的结构设计划分功能模块，确定接口各功能子模块的设计组合成完整的电路图图4-4层次原理图的设计过程（2）层次原理图的优点电路结构清晰；通过对大规模电路的分解，形成了以某一功能为核心的子模块的概念，而整体电路由各功能模块连接而成，能够很容易的理解电路工作原理，从而对设计思路有很好的把握，不易产生混乱。便于对项目的管理：由于整个项目已经按功能分解为小的子模块，各模块之间层次分明，结构清晰，接口规范要求明确，一旦某一部分出现问题，能够根据问题影响的性能要求很快找到问题出现的具体电路，便于对错误的查找和更正。同时也利于对产品进行改进，由于各模块电路相对独立，对于一个模块只要保证满足接口要求，完全可以采用更有效、更合适的电路替代原来的电路，这样不需要改动其他模块电路，仅需要某些子模块进行改进，就可以实现对电路整体进行改善。利于分工合作：对于大型项目，将电路分解为功能子模块后，各个子模块完全可以由不同的人同时进行设计，只要保证接口的设计符合要求，最后就可以得到正确完整的电路设计。能够提高效率，缩短项目设计时间：首先通过分工合作，整个项目的各个部分可以同时进行，这样就可以极大地节省设计时间。另外根据功能要求还可以将模块电路设计成通用电路，这样的项目及其他部分弱需要相同的时间，只要将该模块整合到相应的外置，从而节省了重复绘电路的时间，这样也就提高了设计效率。安徽工商职业学院154.3SP180SUSB编程器电路系统框图编程器电路系统框图SP180SUSB编程器电路系统框图4.4伟纳伟纳SP180SUSB编程器各模块编程器各模块（1）AT89C51单片机内部结构89C51内部集成了CPU、RAM、ROM、定时计数器、并行IO口、串行IO口、中断控制、系统时钟、AD和DA、WDT监视定时器等功能键，并由内部总线把这些部件连接在一起89C51单片机内部包含以下一些功能部件：一个八位CPU一个片内振荡器及时钟电路4KB程序存储器128字节RAM数据存储器和23个特殊功能寄存器两个16位定时器计数器可寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储器控件的控制电路4个8位并行IO口，共32条可编程IO端线一个可编程全双工串行口具有5个中断源、两个优先级嵌套的中断结构89C51单片机一般采用双列直插DIP封装，共40个引脚，图3-3为引脚图和逻辑符号。40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和IO引脚MCU系统控制DCDC转换器电路USB接口模块安徽工商职业学院16图4-589C51引脚图及逻辑符号管脚说明：VCC：芯片电源，接+5VGND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向IO口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向IO口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向IO口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向IO口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：安徽工商职业学院17口管脚备选功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALEPROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的16。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。EAVPP：当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。（2）晶振电路模块单片机晶振电路分内部和外部时钟两种方式。晶振是电路中常用用的时钟元件全称是叫晶体震荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振安徽工商职业学院18荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。内部时钟方式最常用的内部时钟方式采用外接晶体和电容组成并联谐振电路。MCS51单片机允许的震荡晶体频率范围1.224MHZ，一般为11.0529。电容C1C2的取值对振荡器的频率输出稳定性，大小以及振荡电路的起振速度有一定影响，一般在20100pF直接选择，典型值为30pF图4-6晶振震荡图外部时钟电路外部方式就是利用外部震荡信号直接X1或X2，由于HMOCS或者CHMOS单片机内部时钟进入引脚不同，其外部震荡信号源接入的方式也不同。图4-7晶振模块图（3）DC变换器升压电路1.1.MC34063MC34063DCDC变换器控制电路简介：安徽工商职业学院19MC34063是一单片双极型线性集成电路，专用于直流-直流变换器控制部分。片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。特点：能在3.0-40V的输入电压下工作短路电流限制低静态电流输出电压可调工作振荡频率从100HZ到100KHZ2.MC34063引脚图及原理框图MC34063电路原理振荡器通过恒流源对外接在CT管脚(3脚)上的定时电容不断地充电和放电以产生振荡波形。充电和放电电流都是恒定的，振荡频率仅取决于外接定时电容的容量。与门的C输入端在振荡器对外充电时为高电平，D输入端在比较器的输入电平低于阈值电平时为高电平。当C和D输入端都变成高电平时触发器被置为高电平，输出开关管导通反之当振荡器在放电期间，C输入端为低电平，触发器被复位，使得输出开关管处于关闭状态。电流限制通过检测连接在VCC和5脚之间电阻上的压降来完成功能。当检测到电阻上的电压降接近超过300mV时，电流限制电路开始工作，这时通过CT管脚(3脚)对定时电容进行快速充电以减少充电时间和输出开关管的导通时间，结果是使得输出开关管的关闭时间延长。关电流可达1.5A（无外接三极管）安徽工商职业学院20MC34063升压电路模块（4）PL2303芯片的USB转TTL串口模块电路图USB转串口模块全称为USBtoSerialportModule，它可以将USB接口虚拟成一个串口，解决客户无串口的苦恼。现在市面上的USB转串品的设备可谓是琳琅满目，质量也是参差不齐。造成这种现象的根本原因就在于控制芯片的不同。现在USB转串口桥接芯片有很多，比如CP2102、FT232、PL2303等等。但并非每一种芯片都可以用作ISP下载。经过测试CP2102是不能下载的，而FT232可以下载，但其价格实在不菲。最为适中的就是台湾生产的PL2303，可以稳定下载，并可以支持多种操作系统。安徽工商职业学院21PL2303的高兼容驱动可在大多操作系统上模拟成传统COM端口并允许基于COM端口应用可方便地转换成USB接口应用，通讯波特率高达6Mbs。在工作模式和休眠模式时都具有功耗低，是嵌入式系统手持设备的理想选择。该器件具有以下特征：完全兼容USB1.1协议；可调节的35V输出电压，满足3V、3.3V和5V不同应用需求；支持完整的RS232接口，可编程设置的波特率：75bs6Mbs，并为外部串行接口提供电源；512字节可调的双向数据缓存；支持默认的ROM和外部EEPROM存储设备配置信息具有I2C总线接口支持从外部MODEM信号远程唤醒；PL2303HX采用28脚贴片SOIC封装，工作频率为12MHZ，符合USB1.1通信协议，可以直接将USB信号转换成串口信号，波特率从751228800，有22种波特率可以选择，并支持5、6、7、8、16共5种数据比特位，是一款相当不错的USB转串口芯片安徽工商职业学院224.5SP180SUSB编程器电路总原理图编程器电路总原理图安徽工商职业学院234.6、材料清单、材料清单元件名称元件标号型号规格数量封装形式封装库贴片元件IC74HC4094U41SO-16PCBFootprints.libICPL2303U51SO-28PCBFootprints.libICMC34063U21SOJ-28PCBFootprints.lib直插元件电阻R22201AXIAL-0.3Miscillaneous.lib电阻R30.51AXIAL-0.3Miscillaneous.lib电阻R4、R5、R6、R7、R81K5AXIAL-0.3Miscillaneous.lib电阻R9、R10、R1110K3AXIAL-0.3Miscillaneous.lib电阻R1212K1AXIAL-0.3Miscillaneous.lib电阻R131.5K1AXIAL-0.3Miscillaneous.lib电阻R1415K1AXIAL-0.3Miscillaneous.lib电阻R15、R165602AXIAL-0.3Miscillaneous.lib电阻R174.7K1AXIAL-0.3Miscillaneous.lib电阻R18、R19272AXIAL-0.3Miscillaneous.lib电阻R20、R21220K2