PCB电路板绘制和单片机设计

燕山大学 课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书 题目 题目 PCB 电路板绘制和单片机设计电路板绘制和单片机设计 学院 系 学院 系 理学院理学院 年级专业 年级专业 12 级电子信息科学与技级电子信息科学与技术术 学学 号 号 学生姓名 学生姓名 指导教师 指导教师 杜会静杜会静 徐超徐超 教师职称 教师职称 副教授副教授 讲师讲师 燕山大学课程设计 论文 燕山大学课程设计 论文 任务书任务书 院 系 理学院 基层教学单位 12 级电子信息科学与技术一班 学 号120108040005学生姓名王欣彦专业 班级 12 级电子一班 设计题目PCB 电路板绘制和单片机设计 设 计 技 术 参 数 设计参数 能够用 AD 按照给定的参数的要求要求绘制元器件图库和封装图原理图库 误差精确的 0 01mm 实际单片机程序 利用计时器实现小灯 1S 2S 的闪烁 而且能够在数码 管上实现时钟计时 设 计 要 求 利用印刷电路板 简称 PCB 绘图软件 Altium Designer 简称 AD 绘制单片机系统印刷电路板 学会利用 51 单片机开发板对 I O 口控制 数码管 显示 中断 定时器和串口等基本功能调试 工 作 量 10 个工作日 工 作 计 划 2014 7 5 2014 7 8 学习绘制 PCB 电路板 2014 7 9 2014 7 9 焊接 PCB 板 2014 7 10 2014 7 12 学习单片机编程 设计单片机程序 2014 7 13 2014 7 13 绘制 PCB 电路板与单片机设计测试 2014 7 14 2014 7 14 课设结题 实验总结 参 考 资 料 1 周冰主编 Altium Designer Summer 09 从入门到精通 机械工业出版社 2011 2 孙彦龙 PCB 教学 PPT 2014 3 单片机教学 PPT 2014 4 郭天祥 新概念 51 单片机 C 语言教程 入门 提高 开发 拓展全攻略 电子工业出版社 2012 指导教师签字基层教学单位主任签字 年 月 日 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 PCB 电路板绘制和单片机设计电路板绘制和单片机设计 王欣彦 理学院 12 级电子信息科学与技术一班 摘要 本文主要分为两个部分 分别是 PCB 板的绘制和对单片机程序的编译 与调试 本次课设 我们需要利用软件 AD9 以及相应硬件说明书 完成对指 定 PCB 电路板的绘制 后期使用 Keil 单片机编程软件 完成了指定功能的 单片机程序的设计 关键词关键词 PCB 单片机 AD 软件 Keil 软件 The PCB circuit board drawing and chip design Abstract 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 drawing 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 学习目的 1 更正学习习惯 端正学习态度 建立一个良好的学习氛围 2 在 AD 软件中完成元件原理图和原理图库的建立 完成元件的封装和 PCB 图 完成 PCB 电路板的焊接 3 对单片机有一个系统的了解 掌握简单的单片机程序的变成设计 并 在 STC ISP V483 进行下载调试 二 学习软件 Altium Designer Keil uVision STC ISP V483 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 三 学习内容 在 AD 中进行 PCB 的绘制 1 根据提示在电脑中正确安装 Altium Designer 软件 打开软件 对软件 的各操作项有个简单的了解 2 在该软件下建立一个工程 在工程下新建一个空白原理图图纸 对新建 的图纸按照要求进行参数设置 注意的是一个工程对应一个文件夹 文件夹 最好建立在桌面上 原理图图纸必须建立在之前所建立的工程下 3 将原理图库在 library 下分解出来 方便在建立自己的原理图库中使用 4 建立一个自己的原理图库 可以将软件中自带的元器件图复制到自己建 的库中 对于那些没有的元器件 我们可以按照原理图自己绘制 如 1364372 1USB 端口 图 3 1 1364372 1USB 元器件图 5 对原理图中的所有元器件进行按照图纸进行摆放 为了使电路图清晰 保持 Ctrl 键按下 滚动鼠标的滑轮可以放大或缩小 在放置元器件是也按下 Tap 键 对元器件的各参数进行修改 原理图中利用连线工具对所有器件按 照原理图进行连线 最后保存原理图 6 对原理图进行编译 编译项目可以检查设计文件中的设计草图和电气 规则的错误 并提供给设计者一个排除错误的环境 例如 要编译 51Board 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 项目 选择 Project Compile PCB Project 51Board PrjPcb 当项目被编译后 任何错误都将显示在 Messages 面板上 如果电路图有严重的错误 Messages 面板将自动弹出 否则 Messages 面板不出现 根据 Messag 提示的信息对原 理图进行改正 并最终保存 如图 3 2 是完成的原理图 3 2 原理图 7 元器件的封装 如果将元器件焊接在板子上 所以元器件需要封装 同 样我们可以新建一个元器件封装图库 我们了可以利用软件自带的元器件封 装 在 library 下分解出来即分装库 在自带的分装库下对元器件分装进行复 制 粘贴到自己的元器件封装图库中 对于那些图库中没有的元器件封装图 我们可以自己进行绘制 首先新建一个元器件封装图库 绘制元器件封装图 可以有两种方法 一种是利用软件中的封装向导 按照参数要求绘制封装图 一般使用 PCB Component Wizard 创建封装 如图 3 3 所示的 CH340T SSOP20 封装图 第二种方法是自己绘制 同样是按照元器件的基 本参数利用绘图工具进行绘制 Tap 键设置参数 如图 3 4 所示的 SW 6 分 装封装图 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 图3 3 CH340T SSOP20 图 3 4 0603R 8 将原理图设计转换为 PCB 设计 在将原理图设计转换为 PCB 设计之前 需要创建一个有最基本的板子轮廓的空白 PCB 在 Altium Designer 中创建一 个新的 PCB 设计的最简单方法是使用 PCB 向导 它可让设计者根据行业标 准选择自己创建的 PCB 板的大小 在向导的任何阶段 设计者都可以使用 Back 按钮来检查或修改以前页的内容 按照要求自定义一个空白板子 在将 原理图信息导入到新的 PCB 之前 确保所有元件都添加了它的封装 在原理 图编辑器内 执行 Tools Footprint Manager 命令 显示封装管理器检查对话 框 检查是否所有元件都有封装图 9 在所有元件都有封装图的条件下 导入元件 在主菜单中选 Design Import Changes From 51 PrjPcb 命令 按照向导执行操作 将原理图中的 元件和连接关系导入到 PCB 板中 至此 PCB 板文件的内容与原理图文件就 完全一致了 图 3 5 PCB 工作区内容 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 10 单击 PCB 图中的元件 将其一一拖放到 PCB 板中的 Keep Out 布线 区域内 单击元件 U1 将它拖动到 PCB 板中靠左边靠上的区域 在拖动元件 到 PCB 板中的 Keep Out 布线区域时 可以一次拖动多个元件 如选择 3 个 元件 DS1 DS3 鼠标单击 DS1 元件的左下角 然后单击 DS3 元件的右上角 按住鼠标左键将它拖动到 PCB 板中部用户需要的位置时放开鼠标左键 放置 元件时 选择于其它元件连线最短 交叉最少的原则 可以按 Space 键 让 元件旋转到最佳位置 才放开鼠标左键 布置完成后的 PCB 板如图 3 6 所示 图 3 6 手动布局完成后的 PCB 板 11 交互式布线 交互式布线并不是简单地放置线路使得焊盘连接起来 交互式布线工具能直观地帮助用户在遵循布线规则的前提下取得更好的布线 效果 包括跟踪光标确定布线路径 单击实现布线 推开布线障碍或绕行 自动跟踪现有连接等 当进入交互式布线模式后 光标便会变成十字准线 单击某个焊盘开始布线 当单击线路的起点时 当前的模式就在状态栏或在 悬浮显示 此时向所需放置线路的位置单击或按 Enter 键放置线路 把光标 的移动轨迹作为线路的引导 布线器能在最少的操作动作下完成所需的线路 光标引导线路使得需要手工绕开阻隔的操作更加快捷 容易和直观 也就是 说只要用户用鼠标创建一条线路路径 布线器就会试图根据该路径完成布线 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 这个过程是在遵循设定的设计规则和不同的约束以及走线拐角类型下完成的 在布线的过程中 在需要放置线路的地方单击然后继续布线 这使得软件能 精确根据用户所选择的路径放置线路 如果在离起始点较远的地方单击放置 线路 部分线路路径将和用户期望的有所差别 按照 PCB 设计图将所有的元 件连接起来 12 最后对 PCB 图进行覆铜 连线完成之后 切换到顶层 使用快捷键 P G 按红线部分绘制 同理在底层绘制 运行设计规则检查 Tools Design Rule Check 给出错误报告 最后进行保存 敷完铜之后的现象如图 11 1 所示 图 3 7 覆铜的 PCB 板 焊接 PCB 板 准备好焊接板子所需要的元器件 将元器件引脚插到板子的洞中 利用焊 锡将所有的元器件焊接到板子上 注意焊接的时候不要有虚焊 烙铁不能在 板子上呆的时间太长 以免焊坏板子 更要注意不能烫到人 将元器件按照 一定顺序焊接到板子上 最后检测板子是否焊的成功 将板子用数据线连接 到电脑上 检查是否能够下载进程序 以及下载进程序后能否使数码管亮起 来 小灯也能够亮起来 否则表示焊接不成功 需要检查是否有焊接不良的 地方 对有问题的地方进行修改 直至满足要求 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 软件调试 1 软解调试是单片机设计的最后一个环节 通过软件调试能够使单片 机表达出设计者的意图 与以前所学的知识关联很少 只需要掌握很基本 的数电模电知识 如二进制 十进制 十六进制之间的转换 与 或 非 逻辑关系等 对各种器件的概念基本上是从 0 开始 如果要用 C 语言编程 需具备简单的 C 语言基础 首先需要了解单片机 在一片集成电路芯片上 集中央处理单元 CPU 存储器 I O 接口电路 从而构成了单芯片微型计 算机 即单片机或微控制器 2 单片机主要掌握以下几点 电源 晶振 复位电路是使系统能够运 行起来的必要条件 单片机任意 IO 口的随意操作 1 控制电平高低 2 输出检测电平高低 定时器 重点掌握最常用的方式 中断 外部中 断 定时器中断 串口中断 串口通信 单片机之间 单片机与计算机间 3 实现定时功能 比较方便的办法是利用单片机内部的定时 计数器 定时 计数器的实质是加 1 计数器 16 位 由高 8 位和低 8 位两个寄存器 组成 TMOD 是定时 计数器的工作方式寄存器 确定工作方式和功能 TCON 是控制寄存器 控制 T0 T1 的启动和停止及设置溢出标志 定时 计数器的工作原理 加 1 计数器输入的计数脉冲有两个来源 一个是由系统 的时钟振荡器输出脉冲经 12 分频后送来 一个是 T0 或 T1 引脚输入的外 部脉冲源 每来一个脉冲计数器加 1 当加到计数器为全 1 时 再输入一 个脉冲就使计数器回零 且计数器的溢出使 TCON 中 TF0 或 TF1 置 1 向 CPU 发出中断请求 定时 计数器中断允许时 如果定时 计数器工作于定 时模式 则表示定时时间已到 如果工作于计数模式 则表示计数值已满 可见 由溢出时计数器的值减去计数初值才是加 1 计数器的计数值 4 最开始编写程序比较困难 我们可以先记住一些子程序 将其套在 主程序中即可 a 普通的延迟函数 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 void delay unsigned int s unsigned int i j for i 0 i s i for j 0 j 1000 j b 1s 的延迟函数 void deply 1s unsigned char i 0 for i 0 i 100 i while TF1 1 TH1 65536 9216 256 TL1 65536 9216 256 TF1 0 5 首先实现一个小灯常亮 程序如下所示 include 头文件一般无需改动 sbit led0 P1 7 led 口通过此口控制 led0 void main led0 0 点亮 led0 while 1 6 利用单片机的定时功能实现 1s 流水灯的操作 程序如下 include sbit led1 P1 0 void delay 1s unsigned char i 0 for i 0 i 100 i while TF1 1 TH1 65536 9216 256 存储的初值高八位 TL1 65536 9216 256 TF1 0 void main 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 unsigned char j 定时器初始化 TMOD 0 x010 定时器 1 工作工作方式 TH1 65536 9216 256 存储的初值高八位 TL1 65536 9216 256 存储的初值低八位 TR1 1 for j 0 j 8 j P1 1 j delay 1s 7 单片机中的 CPU 在每个程序周期都会检查中断源 比如说外部中断 计时器 溢出 一旦发现有中断 马上停止当前的程序 一般情况是 高级的单片机要仲 裁中断等级 并保护现场 寄存器的值入栈 然后调用中断程序 中断程序结 束后 恢复现场 刚刚入栈的值出栈 继续刚刚的程序 例如下例利用中断实 现按键打开小灯 并使小灯能够按照及时实现亮灭 include sbit key1 P3 2 sbit led1 P1 0 void delay unsigned int s unsigned int i j led1 1 for i 0 i s i for j 0 j 1000 j void delay 1s unsigned char i 0 for i 0 i 100 i while TF0 1 TH0 65536 9216 256 存储的初值高八位 TL0 65536 9216 256 TF0 0 led1 led1 void main IT0 0 EX0 1 外部中断 0 使能 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 EA 1 while 1 void key interrupt 0 中断服务入口 delay 5 防抖 if key1 0 while key1 0 松手检测 delay 1s 8 调试数码管 是数码管能够实现定态的现实某个数 例如下例实现第一位 数显示 1 include define uint unsigned int define uchar unsigned char sbit wei P2 7 sbit duan P2 6 sbit A1 P0 3 void main wei 0 duan 0 wei 1 A1 0 打开位选芯片 选中第一位数码管 wei 0 关掉位选芯片 duan 1 P0 0 x5f duan 0 while 1 9 最后实现数码管能够按照分秒的方式显示 其中用到了计时器和中断 程 序如下 include define uint16 unsigned int 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 sbit wei P2 7 sbit duan P2 6 uint8 duanxuan 10 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f uint8 weixuan 4 0 x0e 0 x0d 0 x0b 0 x07 uint16 pause 0 uint16 num 0 uint16 jishi 0 uint16 min 0 void delayms 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 0 x01 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