集成芯片测试系统.doc

序 言 随着数字技术的飞速发展，各种集成电路在电路中被大量使用1。数字集成电路是指采用一定的生产工艺，将晶体管、电阻、电容等元件及其连线制作在同一块半导体基片上，并封装于一个管壳内所构成的单元。随着新工艺、新技术的不断发展和对数字电路应用要求的不断提高，在短短的几十年时间，数字集成电路从小规模、中规模、大规模发展到超大规模、巨大规模，经历了一个不断完善的过程。对一用户来讲，一旦选用某型号集成电路芯片后，那么其逻辑功能正确与否成为关键，另外有些芯片铭牌被涂改，也可以通过逻辑功能来判断其型号。集成电路测试系统作为一个测试门类受到很多国家的高度重视。40年来，随着集成电路发展到第四代，集成电路测试仪也从最初测试小规模集成电路发展到测试中规模、大规模和超大规模集成电路。近十年来，数字集成电路的应用已十分广泛，其产品渗透到生产、生活的各个领域，正在形成一场数字技术革命2。现在市场上虽然有一些集成电路的测试仪器，但是价格都很高，本课题设计这个系统就是针对简单组合电路完成的测试。近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术日新月异的更新，在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，但仅有单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善，达到最理想的效果。所以用单片机来测试集成电路，两者相结合则是一个很好的方法3。本次设计是基于单片机技术以及数字电路相结合的一个应用4。利用所需测试芯片的一些相关的引脚功能，通过单片机软件对芯片真值表进行相关处理，得到标准的数据显示。然后利用数码管静态显示，从而得到最简单的显示电路。在此基础上再加入相应的控制功能：通过设定芯片的正确真值表实现指示灯的显示（好的绿灯表示，坏的则用红灯以及报警）。此外还有按键扫描电路和测试电路。文章结构如下：第1章介绍了组合逻辑电路测试的设计方案以及总体的设计思路和框图，第2章介绍了硬件电路的各个模块，第3章介绍了软件的流程及设计软件，第4章介绍了软、硬件的调试及总体的调试方法。第1章 设计方案的确定以及系统的总体设计1.1设计方案的确定此设计是将单片机技术和数字电路相结合，因此在单片机上加外围电路来实现其测试功能4。首先硬件电路的设计上为了追求简单方便，在显示电路中利用芯片164采用串扩并的接法，静态显示，并且采用六位的数码管电路，来显示所测芯片的型号，这样更直观。在按键设定电路中，采用了独立扫描方法。单片机采用功能强大价格低的AT89C52，它支持快写操作，方便调试与维护。在控制部分采用继电器输出，满足一般的工作条件。其次，为了使结果能更好的表现出来，所以在系统的设计上加了指示电路（报警灯装置）。这样就完善了整个系统的设计。1.2设计前的准备1.2.1 设计简述1、数字逻辑电路按逻辑功能分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。其中组合电路的设计是根据逻辑功能的要求，设计出实现该功能的最优逻辑电路5。从采用的的器件来看，可以分为用小规模集成电路、中规模集成电路和大规模集成电路。本次设计采用的是基本逻辑门电路：74LS138（38线译码器、复工器）、74LS151（8选1数据选择器）、74LS85（四位数字比较器）、74LS160（可预置BCD异步清除计数器）、74LS86（两输入异或门）、74LS90（BCD同步加、减计数器）。其具体介绍在第二章的芯片介绍中。2、单片机应用系统设计包含有硬件设计与软件设计两部分，设计内容有：1） 系统扩展。通过系统扩展，构成一个完善的计算机系统，它是单片机应用系统中的核心部分。系统的扩展方法、内容、规模与所选用的单片机系列，以及供应状态有关，不同系列的单片机，内部结构、外部总线特征均不相同。2） 通道与接口设计。由于这些通道大都是通过I/O口进行配置的，与单片机本身联系不甚紧密，故大多数接口电路都能方便地移植到其它类型的单片机应用系统中去。3） 系统抗干扰设计6，抗干扰设计要贯穿在应用系统设计的全过程。从总体方案、器件选择到电路系统设计；从硬件系统设计到软件程序设计；从印刷电路板到仪器化系统布线等，都要把抗干扰设计列为一项重要工作。4） 应用软件设计。应用软件设计是根据指令系统及系统功能要求进行的，因此，指令系统功能好坏对应用系统软件设计影响很大。目前各种单片机指令系统各不相同，极大地阻碍了单片机技术的交流与发展。3、通过了解这些芯片的性能，把其真值表列入程序中。通过单片机给出其输入信号，然后再用单片机读出其输出信号。122 开发语言及编译器介绍1、汇编语言和C语言7目前在开发51单片机系统时，使用的最多的开发语言是汇编语言和C语言，这两种语言都有良好的编译器支持，有为数总舵的开发人员使用。汇编语言多用于对实时性要求很高的场合，或是底层函数的编写。比如矢量控制的异步电机和同步电机，以及汽车电子和安全气囊的设计等。使用汇编语言的好处是代码紧凑、效率高，可以获得很高的实时性。但其缺点是对处理器的系统和指令系统要了解很清楚，编写的代码不利于阅读和移植，模块性差等。使用高级语言（如C语言）开发单片机控制系统就能弥补使用汇编语言的上述缺点，使开发人员可以再不是很了解处理器内部细节和指令系统的情况下，把注意力集中在系统的功能实现上，使代码的编写、阅读、移植和模块化得到很好的实现。而且由于51单片机C语言的编译器效率极高，目前对于51核单片机的开发大多采用C语言的形式进行开发。2、编译器和Keil C51编译器处理器只是一台机器，它无法读懂各种语言，必须将高级语言经过转化成处理器能够读懂的机器语言。这个过程就叫做编译，实现这个过程的工具就叫做编译器。编译器是将便于编写、阅读、维护的高级计算机语言编译为计算机能识别、运行的低级机器语言的程序。编译器将源程序（Source program）作为输入，编译产生使用目标语言（Target language）的等价程序。源程序一般为高级语言（High-level language）,如Pascal、C+等，而目标语言则是目标机器的目标代码（Object code）,有时也称做机器代码（Machine code）。一个现代编译器的主要工作流程为：源程序（Source code）预处理器（Preprocessor）编译器（Compiler）汇编程序（Assembler）目标程序（Object code）连接器（链接器，Linker）可执行程序（Executables）。对于编译器而言，一下几个性能指标非常重要：对浮点变量和浮点运算的支持；编译之后的代码长度；对库函数的支持。对于51单片机的C语言程序来说，实现上面功能的编译器有很多，但目前使用最为广泛的编译器是Keil公司的Keil C51编译器。Keil C51编译器在遵循ANSI标准的同时，也专门为8051微控制器系列特别设计的编译器。Keil C51编译器与标准的ANSI C语言编译器相比，主要差别在前者对C语言的扩展能让用户充分使用51单片机的所有资源。这些差别主要表现在一下几个方面：8051存储类型；存储模式；数据类型C51指针函数Keil C51编译器相当于ANSI C语言编译器大多数扩展功能都是直接针对8051系列CPU硬件的，充分理解其区别和特点，深入理解并应用C51对标准ANSI C的扩展是学习C51的关键之一。13系统的总体设计1.3.1设计的具体任务研究硬件原理，搭建系统硬件1) 逐个调试硬件，实现各模块的基本功能2) 编写软件，联合硬件仿真，实现系统设计3) 通过学习电路板制作软件制作PCB板4) 优化程序，烧入芯片实现单机运行功能1.3.2设计的总体构思及框图1、系统总体构思该系统核心是单片机，加上电源、数码管、按键以及继电器等部件组成。利用单片机控制使数码管显示芯片型号。在此基础上加上按键设定功能和指示控制功能，通过按键设定所对应的芯片的型号值，当显示的数据与放置的芯片一致时，此时如果芯片是好的则给出绿灯指示标志，否则为相反。显示电路中考虑到本系统测量时需要大量的端口，所以采用了串扩并的方法，这样能减少硬件的数量从而实现系统的完整化。2、系统框如图1-1所示： 图1-1 系统框图第2章 硬件电路设计2.1芯片知识的介绍2.1.1AT89C52单片微型机的概述一、AT89C52功能特性描述AT89C52 是一种低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash ，使得AT89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89C52 具有以下标准功能：8k 字节Flash，256 字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6 向量2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM 、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。二、 AT89C52单片机的主要性能：1、与MCS-51 单片机产品兼容2、8K 字节在系统可编程Flash 存储器，1000 次擦写周期3、全静态操作：0Hz33Hz 4、三级加密程序存储器5、32 个可编程I/O 口线6、三个16 位定时器/计数器7、八个中断源8、全双工UART 串行通道9、低功耗空闲和掉电模式10、掉电后中断可唤醒11、看门狗定时器12、双数据指针13、掉电标识符三、AT89C52 存储器结构MCS-51 器件有单独的程序存储器和数据存储器。外部程序存储器和数据存储器都可以64K 寻址。程序存储器：如果EA 引脚接地，程序读取只从外部存储器开始。对于89C52，如果EA 接VCC，程序读写先从内部存储器（地址为0000H1FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地址为：2000HFFFFH 。数据存储器：AT89C52 有256 字节片内数据存储器。高128 字节与特殊功能寄存器重叠。也就是说高128 字节与特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分开的。当一条指令访问高于7FH 的地址时，寻址方式决定CPU 访问高128 字节RAM 还是特殊功能寄存器空间。直接寻址方式访问特殊功能寄存器（SFR）。例如 MOV 0A0H , #data 是直接寻址指令访问0A0H（P2 口）存储单元，再如MOV R0 , #data 使用的是间接寻址方式访问高128 字节RAM ，R0 内容为0A0H，访问的是地址0A0H 的寄存器，而不是P2 口（它的地址也是0A0H）。堆栈操作也是简介寻址方式。因此，高128 字节数据RAM 也可用于堆栈空间。四、AT89C52中断AT89C52 有6 个中断源：两个外部中断（INT0 和INT1），三个定时中断（定时器0、1、2）和一个串行中断。这些中断如图所示每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE 中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。IE 还包括一个中断允许总控制位EA，它能一次禁止所有中断。如表所示，IE.6 位是不可用的。对于AT89C52，IE.5 位也是不能用的。用户软件不应给这些位写1。它们为AT89 系列新产品预留。定时器2 可以被寄存器T2CON 中的TF2 和EXF2 的或逻辑触发。程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清0。实际上，中断服务程序必须判定是否是TF2 或EXF2 激活中断，标志位也必须由软件清0。定时器0 和定时器1 标志位TF0 和TF1 在计数溢出的那个周期的S5P2 被置位。它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。然而，定时器2 的标志位TF2 在计数溢出的那个周期的S2P2 被置位，在同一个周期被电路捕捉下来。表2-1中断允许控制寄存器（IE）符号位地址功能EA IE.7 中断总允许控制位。EA=0 ，中断总禁止；EA=1，各中断由各自的控制位设定IE.6 预留ET2 IE.5 定时器2 中断允许控制位ES IE.4 串行口中断允许控制位ET1 IE.3 定时器1 中断允许控制位EX1 IE.2 外部中断1 允许控制位ET0 IE.1 定时器0 中断允许控制位EX0 IE.0 外部中断1 允许控制位五、AT89C52的引脚描述及片外总线结构（图2-1）图2-1 AT89C52的引脚接线图VCC: 电源GND: 地P0 口：P0 口是一个8 位漏极开路的双向I/O 口。作为输出口，每位能驱动8 个TTL 逻辑电平。对P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低8 位地址/数据复用。在这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。在flash 编程时，P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0 和P1.2 分别作定时器/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX），具体如表2-8所示。在flash 编程和校验时，P1 口接收低8 位地址字节。表2-2 flash编程引脚引脚号第二功能P1.0 T2（定时器/计数器T2 的外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用）P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16 位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8 位地址（如MOVX RI ）访问外部数据存储器时，P2 口输出P2 锁存器的内容。在flash 编程和校验时，P2 口也接收高8 位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3 口亦作为AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如表2-9所示。在flash 编程和校验时，P3 口也接收一些控制信号。表2-3 P3口的第二功能引脚定义引脚号第二功能P3.0 RXD（串行输入）P3.1 TXD（串行输出）P3.2 INT0( 外部中断0) P3.3 INT0( 外部中断0) P3.4 T0（定时器0 外部输入）P3.5 T1（定时器1 外部输入）P3.6 WR(外部数据存储器写选通) P3.7 RD( 外部数据存储器写选通) RST: 复位输入。晶振工作时，RST 脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR( 地址8EH) 上的DISRTO 位可以使此功能无效。DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash 编程时，此引脚（PROG ）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE 脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH 的SFR 的第0 位置“1”，ALE 操作将无效。这一位置“1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC 指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH 的SFR 的第0 位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN: 外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89C52 从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN 将不被激活。EA/VPP: 访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH 的外部程序存储器读取指令，EA 必须接GND。为了执行内部程序指令，EA 应该接VCC。在flash 编程期间，EA 也接收12 伏VPP 电压。XTAL1: 振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2: 振荡器反相放大器的输出端。六：Flash 编程并行模式：AT89C52 带有用作编程的片上Flash 存储器阵列。编程接口需要一个高电压（12V）编程使能信号，并且兼容常规的第三方Flash 或EPROM 编程器。AT89C52 程序存储阵列采用字节式编程。编程方法：对AT89C52 编程之前，需根据Flash 编程模式表对地址、数据和控制信号设置。可采用下列步骤对AT89C52 编程：1 在地址线上输入编程单元地址信号2 在数据线上输入正确的数据3 激活相应的控制信号4 升至12V 5 写入一个字节或程序加密位时，都要给ALE/PROG 一次脉冲。字节写周期时自身定制的，典型值仅仅50us。改变地址、数据重复第1 步到第5步，直到全部文件结束。2.1.2稳压模块LM7805CV1、78系列引脚图 如图2-2所示图2-2 LM7805CV引脚图2、LM78L05的特性：1)、三端稳压电源（IC）是串联型电压源，输出电压与输入电压具有共同的电压参考点，即“公共端”（GND）；2)、在三端电源输入范围之内，输出电压在给定精度保持恒定；3)、调整公共端电压可以比例改变输出电压；4)、三端稳压电源IC具有过流保护、过热保护电路，能够抗短时间的输出短路2.1.3芯片74LS1641274LS164为8位移位寄存器。当清除输入端CLEAR为低电平时，输出端Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7均为低电平。串行输入端A、B可控制数据输入。当输入端A或B中任意一个为低电平时，则禁止新数据输入，并且在时钟输入端CP脉冲上升沿作用下将Q0置为低电平。当输入端A或B中任意一个为高电平时，则另一个就允许新数据输入，并且在时钟输入端CP脉冲的上升沿作用下决定Q0的状态。图2-3 74LS164引脚图图2-4 74LS164逻辑图 2.1.4所测芯片的知识介绍 1、芯片74LS138芯片74LS138是3-8线译码器/复工器，其引脚图和真值表如图2-5所示：共有 54/74S138和 54/74LS138 两种线路结构型式，其工作原理如下：当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。 利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。 若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。图2-5 74LS138封装及引脚图图2-6 74LS138真值表2、芯片74LS151芯片74LS151是8选1数据选择器，其引脚图和真值表如图2-7和2-8所示：151为互补输出的8选1数据选择器，数据选择端（ABC）按二进制译码，以从8个数据（D0-D7）中选取1个所需的数据。只有在选通端STROBE为低电平时才可选择数据。151有互补输出端（Y、W），Y输出原码，W输出反码。图2-774LS151引脚图引出端符号：A、B、C 选择输入端D0-D7数据输入端STROBE选通输入端（低电平有效）W反码数据输出端Y数据输出端图2-874LS151功能表3、芯片74LS85芯片74LS85是四位数字比较器,可以对四位二进制或BCD码数值进行比较，包括两个四位的数值输入端A0A3，B0B3，以及3个比较输出端。改电路扩展成任意位数的比较器，而不需外加门电路，大于4位的数值可通过级联输入进行比较。在多个电路级联时，第一级的数值比较输出端AB,A=B,AB连接到上一级的相应输入端，最低一级的级联输入端A=B应当输入一高电平。其管脚图如下所示：图2-9 管脚图 4、芯片74LS160160 的清除端是异步的。当清除端/MR 为低电平时，不管时钟端CP 状态如何，即可完成清除功能。160 的预置是同步的。当置入控制器/PE 为低电平时，在 CP 上 升沿作用下，输出端 Q0Q3 与数据输入端 P0P3 一致。对于74 LS 160，当 CP 由低至高跳变或跳变前，如果 计数控制端 CEP、CET 为高电平，则/PE 应避免由低至高电平的跳变，而74LS160 无此 种限制。160 的计数是同步的，靠 CP 同时加在四个触发器上而实现的。当 CEP、CET 为高电平时，在 CP 上升沿作用下 Q0Q3 同时变化， 从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于74 LS 160，只有当CP 为高电平时，CEP、CET 才允许由高至低电平的跳变，而74LS160 的 CEP、CET 跳变与 CP 无关。160 有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一 个高电平脉冲，其宽度为 Q0 的高电平部分。在不外加门电路的情况下，可级联成 N 位同步计数器。 图2-10 管脚分布图图2-11 功能图图2-12 逻辑图 5、芯片74LS86芯片74LS86是两输入的异或门，其内部含有4个2输入的异或门。其引脚图和真值表如图2-13所示： 图2-13 74LS86引脚图及真值表6、芯片74LS90芯片 74LS90是二，五，十进制异步计数器。异步计数器如果设定初态，在每个脉冲的作用下是按顺序变化的（态序）。二进制计数器的每一状态相当一最小项，当最后一个脉冲到来后，电路返回原状态。其引脚功能如图2-14所示：图2-14 74ls90引脚图2.2 具体电路的设计 2.2.1 硬件电路的系统设计及工作原理硬件设计的任务是根据总体要求，在所选单片机基础上，具体确定系统中每一个元器件，设计出电路原理图，必要时做一些部件实验，验证电路正确性，进而设计加工印制板。1，电源电路通过变压器变压得到8V左右的电压通过整流二极管整流然后再进行滤波，通过LM7805稳压模块输出5V的电压。2，按键电路，通过低电平有效的方式设置按键，将按键一段通过上拉电阻接电源，并接分别接P1.6,P1.7,P3.5,P3.6口，按键另一端接地，电路通电各口处于高电平状态，当有按键按下时赋予低电平，这样使用低电平来控制按键。3，LED指示电路，好的指示电路将发光二极管的负端接于P3.2口，另一端通过电阻接电源正极。这样当P3.2口有个低平信号时，该发光二极管导通从而好的指示灯就点亮，在软件里只要使得P3.2口等于0就好了。报警指示则通过红色的二极管跟蜂鸣器共同表示，通过NPN三极管驱动，当P3.7口为高电平时报警电路便开始工作（红色发光二极管点亮，蜂鸣器鸣叫）。4，数码管显示电路，该电路使用P1.0,P1.1（多功能准双向口）通过74LS164进行串并转换将显示的信息送至数码管进行静态显示。这样在硬件上占用单片机的资源少。从软件上讲，系统在运行过程中，仅仅在需要更新显示程序时CPU才执行一次显示更新子程序，这样大大节省了CPU的工作效率。5，复位电路，该单片机设计系统采用的是上电复位，同时也设置了按键，在系统运行中也可采用按键上电复位。6，时钟电路，采用24MHZ晶振，其机器周期为500ns。7，测试电路，本次被测芯片的管脚为16脚与14脚两种，所以测试管座在制作时为16脚，其中1-8脚连接P2.0-P2.7,9-16脚连接P0.0-P0.7。并且并联稳压管与排阻接电源正极。考虑到软件通过P0口给出的高电平给待测芯片供电能力的不足，所以在硬件电路上特别将电源16脚接电源正极。而对于74LS90的特殊情况：当测到74LS90时需将5脚也接电源正极。2.2.2 电源电路的设计本次设计中为了提高继电器的负载能力，所以继电器电路需要单独供电12V，单片机电路都是5V供电，由于整个电路没有大功率器件所以在设计电路时，采用了8V/2W的变压器，采用四个二极管进行桥式整流，通过稳压块LM7805CV将8V变成5V输出给单片机单独供电，为了减少电源的波动给单片机工作带来影响，在7805的两端分别用470uf和470uf对电源进行滤波，具体电路如图2-15：图2-15 系统电源电路2.2.3按键电路的设计对于单片机的按键电路有很多种实现方式8，比如最常用的独立扫描方式，这种方式适用于按键较少的场合；第二种是中断方式，这种方式适用于事件触发型控制；第三种是矩阵方式，即利用单片机接口逐个扫描，这种方式适用于按键较多的场合。通过对上面的知识分析结合系统设计要求，所以本系统采用4个按键来对系统进行设定操作，分别是开始键、加键、减键、退出利用软件进行按键复用，实现所有设定操作，本电路采用常用的按键电路来进行键处理，原理是用单片机判断端口高低电平来进行相应的操作，当任一个键按下后，那么这一路的5V电压直接接地，使得单片机接口上的电平为低，通过程序中不断扫描接口，检测到低电平时进行相应的动作，具体电路如图2-16所示：图2-16 按键扫描电路2.2.4 LED指示电路的设计1、好的指示灯电路图用绿色的发光二极管来表示，其具体电路图如图2-17所示：图2-17 通过指示灯电路2、坏的指示电路是用红色的发光二极管以及蜂鸣器来表示的，通过控制开关管9013的导通与关闭来实现对蜂鸣器的控制，其具体电路图如图2-18所示： 图2-18 报警电路2.2.5数码管显示电路的设计 显示部分采用静态显示方式，所谓静态显示就是显示器在显示一个字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止，例如a,b,c,d,e,f导通，g截止时显示“0”。这种使显示器显示字符的字形数据常称为段数据。静态显示方式的每一个七段显示器，需要有一个8位并行口控制，这里采用74LS164控制。其显示电路如图2-19所示：图2-19 数码管显示电路2.2.6复位电路的设计复位电路是单片机最小系统要素之一，人们对于复位电路的研究也是很多很多，常见的有上电复位、施密特触发器复位、人工复位、看门狗复位等。考虑到系统要求该复位电路采用的是上电复位电路，所谓上电复位是指单片机在接上电源后首先复位，使系统工作在初始状态，其具体电路如图2-20所示：图2-20 复位电路2.2.7时钟电路的设计时序电路是单片机的心脏，没有时钟，单片机就不能有序的执行指令，也就实现不了功能，所以时序电路是单片机的核心，通常有两种方式，一种是以外部时钟源直接输入的，一般不常用；还有一种是内部工作方式，是在两个时钟接口上接晶振加电容给单片机提供时序。两个22P电容作用是：（1）使晶振起振可调，（2）频率微调，电容越大频率越小。具体电路如图2-21所示：图2-21 复位电路2.2.8测试电路的设计测试中是一个16位根据具体的情况将所需测试的芯片插上去测试，其具体电路如图2-22所示：图2-22 待测电路2.3 电路板的设计2.3.1设计软件的介绍本次设计采用的是ProTel99SE9，该软件的特点是操作相对简单，易上手，且功能强大，能适应绝大部分电路板设计。另外该软件对于系统要求也不高，所以是常用的软件。制板的流程如图2-23：图2-23 制板流程图在ProTel99SE中打开设计目录新建原理图设计文件，出现图纸设计对话筐，然后自己绘制原理图，有了原理图之后首先需要进行ERC检测，察看有没有画错的地方，有没有连接错误情况等等，一般对于错误一定要注意，对于警告只要确定电路确实没有问题可以忽略。在确定电路都正确后，说明绘制电路板图纸的基础已经好了。接下来是要绘制PCB了，在绘制PCB之间首先要将原理图上的所有连线关系导入到PCB设计中，这就是生成网络表，生成网络表之后根据网络表的格式仔细核对有没有元件封装没有加的，有没有连线没连上的。核对正确后进入PCB设计文件，加载网络表，导入原理图关系，这样自己根据连线提示进行连线。2.3.2 本系统图纸设计 本次设计在走线由于电路的复杂性所以采用了双面板的设计方法，另外在本次设计中还运用了ProTel99SE绘图辅助软件叫ProTel99SE鼠标增强软件，有了这个软件使的图纸设计工作效率提高了很多，他将鼠标的动作代替了许多键盘的操作，使得绘图更简单化。第3章 软件流程分析以及程序的编写3.1 软件流程分析3.1.1显示子程序的分析静态显示的优点是：显示稳定，在发光二极管导通电流一定的情况下显示器的亮度大，系统在运行过程中，仅仅在需要更新显示内容时CPU才执行一次显示更新子程序，这样大大节省了CPU的时间，提高CPU的工作效率。其具体流程如图3-1所示：图3-1 显示子程序流程图3.1.2 键盘扫描程序的分析在按键设定电路中，使用了四个键，一个开始键、一个加键、一个减键、一个退出键。在判断按键时，采用了延时防抖的设置，延时的产生