基于单片机的实时时钟.doc

2013 届本科毕业设计 一号黑体居中 基于单片机的实时时钟 二号黑体居中 院 系 名 称物理与电子信息学院 小三号黑体 专 业 名 称电子信息科学与技术 小三号黑体 学 生 姓 名张三丰 小三号黑体 学 号090524111 小三号 Times New Roman 指 导 教 师何大壮教授 小三号黑体 完 成 时 间2013 年 5 月 8 日 小三号黑体 目录 洛阳师范学院毕业设计 论文 1 摘要摘要 I ABSTRACT II 绪论绪论 1 第第 1 1 章章 设计要求及目的设计要求及目的 2 1 1 设计要求 2 1 2 设计目的 2 第第 2 2 章章 方案论证方案论证 3 第第 3 3 章关键器件介绍章关键器件介绍 4 3 1AT89C51 单片机结构 4 3 2 AT89C51 单片机主要特性 6 3 3 原理图分析 6 第第 4 4 章章 电路板的设计电路板的设计 9 4 1 电子元件的筛选检测 9 4 1 1 元件的检测 9 4 2PCB 的绘制步骤 10 4 2 1 自定义元件制作 11 4 2 2 整体原理图绘制 11 4 3 电路板的制作 12 4 4 电路板的焊接 14 4 4 1 焊接必须具备条件 14 4 4 2 焊接操作的基本步骤 15 4 4 3 焊接手法具体实施 15 4 4 4 焊接中避免出现的问题 15 4 4 5 元器件焊接顺序及检测 16 第第 5 5 章章 程序设计 编写与调试程序设计 编写与调试 17 致谢致谢 19 参考文献参考文献 20 附录附录 1 1 主程序主程序 21 附录附录 2 2 系统原理图系统原理图 34 附录附录 3 3 系统系统 PCBPCB 图图 35 绪论 洛阳师范学院毕业设计 论文 2 随着时间的推移 科学技术的不断发展 人们对时间计量的精度要求越来越 高 应用也越来越广 怎样让时钟更好的为人民服务呢 这就要求人们不断设计 出新型时钟 如今 高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器 由于电子钟 石 英表 石英钟都采用了石英技术 因此走时精度高 稳定性好 使用方便 不需 要经常调校 数字式电子钟用集成电路计时时 译码代替机械式传动 用 LED 显 示器代替指针显示进而显示时间 减小了计时误差 这种表具有时 分 秒显示 时间的功能 还可以进行时和分的校对 片选的灵活性好 国内外研究现状 目前单片机应用于各个领域 其应用于仪器仪表中显得更 为优越 以单片机制成的电子时钟具有计时准确 功耗低的优点 从而得到了各 界领域的广泛应用 单片机正处在微控制器的全面发展阶段 各公司的产品在尽 量兼容的同时 向高速 强运算能力 寻址范围大以及小型廉价方面发展 单片 机的发展推动了应用系统的发展 应用系统的发展又反过来对单片机提出了更高 要求 从而促进单片机的发展 单片机正向着功能更强 速度更快 功耗更低 辐射更小的方向发展 随着集成度的不断提高 把众多的外围功能器件集成在片 内已经具备了充分的条件 这也是单片机以后发展的重要趋势 除了一般必须具 有的 ROM RAM 定时器 计数器 中断系统外 随着单片机档次的提高 以适应 检测 控制功能更高的要求 片内集成的器件通常还有电源监控与复位电路 WDT A D 转换器 DMA 控制器 中断控制器 锁相器 频率合成器 字符发生器 声音发生器 CRT 控制器 译码驱动器等 随着科技的快速发展 时间的流逝 至从观太阳 摆钟到现在电子钟 人类 不断研究 不断创新纪录 本文主要介绍用单片机内部的定时 计数器来实现电 子时钟的方法以及借助键盘直接控制整时的调整 本设计由单片机 AT89C51 芯片 LED 数码管和键盘为核心 辅以必要的电路 构成了一个单片机电子时钟 显示 采用 LED 数码管模块显示 功耗小 价格便宜 使用方便 科学的进步要求我们在不断的实践中熟练各种制板的技术 并不断地总结经 验 这次毕业设计对我来说非常重要 这是对我的一次考验和挑战 好的开头是 成功的第一步 我更应该加倍努力去完成 尽力做到更好 为将来的学习奠定良 好的基础 洛阳师范学院毕业设计 论文 3 第 1 章 设计要求及目的 1 1 设计要求 基于单片机 AT89C51 的电子时钟 利用单片机软件编程 LED 数码管显示模块 显示时间该数码管显示万年历能够实现的功能 1 实时显示秒 分 时 年等 可自动或手动设置显示 2 具有定时功能 3 能调整时间 日期 4 能调整定时时间 5 时钟走时误差一天少于 1 分钟 1 2 设计目的 1 熟悉 Ptoteus 及 Keil 软件的调试和仿真 2 通过实验提高对单片机的认识 3 通过实验提高焊接 布局 电路检查能力 4 通过实验提高软件调试能力 5 进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理 6 通过课程设计 掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术 了解 电路参数的计算方法 7 通过实际程序设计和调试 逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术 8 通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程 了解开发一单片 机应用系统的全过程 为今后从事相应打下基础 洛阳师范学院毕业设计 论文 4 第 2 章 方案论证 根据本题要做一个时钟的要求有以下两个方案 方案一 利用数字电子电路的知识制作时钟 利用 74LS160 计数的简易数字 控制电路 由 NE555 产生频率为 1HZ 的输入信号 经过 74LS48 译码由数码管显 示 当数字大于 100 时有指示灯显示 大于 300 时返回 方案二 基于 AT89C51 单片机来制作电子时钟 其最大的好处就是可最大的 调整时钟使其准确度更高 所以根据课题要求为了得到更好的最确度所以决定选 择方案二作为本设计的方案 其可归结如下 1 使用 12MHz 的晶振作为单片机的外部时钟输入 一个机器周期为 1us 2 使用定时器 0 作为时钟计数器 当计数满 8ms 时定时器 0 产生中断 当中 断满 125 次时 调用时间模块进行加 1 操作 先对秒进行加 1 若加 1 后等于 60 秒 则清除秒单元 同时向分进 1 同理 对分 时进行同样操作 3 P3 0 选择键 P3 1 为加控制键 P3 2 减控制键 P3 4 为日期时间切换显 示按键 利用发光二极管作为显示定时用 当定时时间到 从 P3 3 输出一低电 平点亮发红光二极管 P3 3 为发光二极管闪烁 4 年 月 日的判断 取年单元的数据除以 4 若余数为零 则该年为闰年 再判断月单元是否为 2 月 若为 2 月则当月天数加 1 若年单元数据除以 4 后余 数不为零 则正常取表格的数据 洛阳师范学院毕业设计 论文 5 第 3 章 关键器件的介绍 3 1 AT89C51 单片机结构 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器 FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory 的低电压 高性能 CMOS 8 位 微处理器 俗称单片机 AT89C51 是一种高效微控制器 AT89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一 种灵活性高且价廉的方案 AT89C51 单片机的引脚如图 3 1 所示 E A V P 31 X 1 19 X 2 18 RESET 9 INT 0 12 INT 1 13 T 0 14 T 1 15 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P0 0 39 P0 1 38 P0 2 37 P0 3 36 P0 4 35 P0 5 34 P0 6 33 P0 7 32 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 RD 17 WR 16 PSE N 29 A LE P 30 T XD 11 RXD 10 U 389S51 INT 0 INT 1 T 0 T 1 P3 7 P3 6 T XD RXD 图 3 1 AT89C51 引脚图 VCC 供电电压 GND 接地 P0 口 P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I O 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 洛阳师范学院毕业设计 论文 6 P1 口 P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I O 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 I O 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 I O 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 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口 如下表 3 1 所示 位线引脚第二功能 P3 010 RXD 串行输入口 P3 111 TXD 串行输出口 P3 212 INT0 外部中断 0 P3 313 INT1 外部中断 1 P3 414 T0 定时器 0 外部输入 P3 515 T1 定时器 1 外部输入 P3 616 WR 外部数据存储器写选通 P3 717 RD 外部数据存储器读选通 表 3 1P3 口的特殊功能 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 ALE PROG 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 1 6 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 洛阳师范学院毕业设计 论文 7 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 EA VPP 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 3 2 AT89C51 单片机主要特性 1 与 MCS 51 兼容 2 4K 字节可编程闪烁存储器 3 寿命 1000 写 擦循环 4 数据保留时间 10 年 5 全静态工作 0Hz 24MHz 6 三级程序存储器锁定 7 128 8 位内部 RAM 8 32 可编程 I O 线 9 两个 16 位定时器 计数器 10 5 个中断源 11 可编程串行通道 12 低功耗的闲置和掉电模式 3 3 原理图分析 该系统原理图可分为四个部分 分别是单片机最小系统外接模块 调时按键 和指示模块 显示电路模块 电源供电电路模块 模块如图 3 2 所示 洛阳师范学院毕业设计 论文 8 按键调时和 指示电路 LED 数码管显 示电路 图 3 2 原理框图 1 单片机最小系统外接模块 单片机最小系统外接模块包括复位电路 时钟电路 该系统复位电路采用按 键手动复位电路和系统时钟电路 所谓按键手动复位 是通过复位端经电阻与电 源 Vcc 接通而实现的 它兼备上电复位功能 该系统时钟电路的时钟信号采用内部振荡方式产生 内部振荡方式是在 XTAL1 和 XTAL2 引脚两端跨接石英晶体振荡器和两个电容构成的自激振荡电路 两个电容均取 30pF 对振荡频率有微调作用 晶振采用 11 0592MHz 该系统复位电路和时钟电路如图 3 3 所示 R 9 200 R 6 1k E A V PP 31 X 1 19 X 2 18 R ESET 9 R D P37 17 WR P36 16 P32 INT 0 12 P33 INT 1 13 P34 T0 14 P35 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSE N 29 A LE PR DG 30 P31 TX D 11 P30 RX D 10 U 1 A T89C 51 S1 关关关关 Y 1 C RY ST AL C 1 22U F V CC C 2 关关关关 C 3 关关关关 电源供电电 路 单片机 洛阳师范学院毕业设计 论文 9 图 3 3 复位电路和时钟电路图 2 调时按键电路模块 设计中有五个按键 其中 K1 为选择调整位置 K2 为加控制键 K3 为减控制键 K4 为日期和时间的切换显示 K5 为闹钟存储按键 按下该键时会存储好当前时 间值 当到设计值时 蜂鸣器报警 调时按键电路如图 3 4 所示 setkey30 R5 4 7K R4 4 7K R3 4 7K R2 4 7K V CC R1 4 7K 1 2 3 4 5 J2 CON 5 图 3 4 按键电路图 3 电源电路模块 该系统的电源电路采用 7805 稳压块提供电源供电和外部 5V 供电两种方式 系统所有电路工作均用这两种方式提供 电源电路图如图 3 5 所示 洛阳师范学院毕业设计 论文 10 C7 10uf U 3 BELL Q 1 PNP1 V CC R10 10k R8 100 ring36 图 3 5 电源电路图 第 4 章 电路板的设计 4 1 电子元件的筛选检测 在选用电子元器件时 应先对元件外观质量进行检测 一般检验标准如下 1 外观尺寸 电极引线的位置及直径应符合产品标准外形图的规定 2 外向型应无损 表面无凹陷 华痕 裂口 污垢或锈斑 外部涂层不能有气 泡 无脱落或擦伤现象 除光学器件以外 玻璃或塑料封装的 一般应不透光 3 电极引出线上映无压折或扭曲 没有影响焊接的氯化涂层 4 各种型号 规格 标志 应该清晰 特别是有参数和极性标志的器件 其标志符号不能模糊不清或脱落 5 通常对要求不严格的产品 一般采用随机抽样的方法检测筛选元器件 对那些要求严格的产品 必须采用更加具体严格的方法来检验元器件 6 决不能因为元器件是从商店里购买的 而忽略测试 7 正确使用测量仪器仪表的方法 4 1 1 元件的检测及布线设计 1 电阻 按电阻上的色标读出电阻的阻值 用万用表测量电阻的阻值 并与读数加以比较 检测其是否符合要求 2 电容 洛阳师范学院毕业设计 论文 11 用数字万用表测量电容电阻 其中 磁片电容的电阻必须为无穷大 电 解电容的电阻要求在兆欧以上 电解电容管脚较短的一端是负极 3 三级管 用万用表 Hfe档测量电压放大系数 管脚顺时针方向依次为 EBC BCE 4 LED 发光二极管 用万用表测量到地电压 1 6V 而且二极管亮灯 5 集成电路 IC 用专门的仪器进行测量 该系统电路板的设计采用单面板 故布线设计要求如下 1 过孔与焊盘 过孔不要用焊盘代替 反之亦然 2 文字要求 字符标注等应尽量避免上焊盘 尤其是在Bottom层上的焊盘 更不应印有字符和标注 如果实在空间太小放不了字符而需放在焊盘上的 又无 特殊声明是否保留字符 我们在做板时将切除Bottom层上任何焊盘的字符部分 不是整个字符切除 和切除TOP层上表贴元件焊盘上的字符部分 以保证焊接的 可靠性 3 阻焊绿油要求 凡是按规范设计 元件的焊接点用焊盘来表示 这些焊盘 包括过孔 均会自动不上阻焊 电路板上除焊盘外 如果需要某些区域不上阻焊油墨 即特殊阻焊 应该在相应的图层上用实心图形来表达不要上阻焊油墨的区域 4 铺铜区要求 大面积铺铜无论是做成网格或是铺实铜 要求距离板边大 于0 5mm 对网格的无铜格点尺寸要求大于15mil 15mil 即网格参数设定窗口中 Width值 10 如果网格无铜格点小于15mil 15mil在生产中容易造成线路板其它 部位开路Plane Settings中的 Grid Size值 Track Width值 15mil Track 此时应铺实铜 设定 Grid Size值 Track Width值 1mil 5 焊盘上开长孔的表达方式 应该将焊盘钻孔孔径设为长孔的宽度 并在 Mech1层上画出长孔的轮廓 注意两头是圆弧 考虑好安装尺寸 6 元件脚是正方形时设置孔尺寸 一般正方形插脚的边长小于3mm时 可以 用圆孔装配 孔径应设为稍大于正方形的对角线值 对较大的方形脚应在Mech1 绘出方孔的轮廓线 7 钻孔孔径的设置与焊盘最小值的关系 一般布线的前期放置元件时就应 考虑元件脚径 焊盘直径 过孔孔径及过孔盘径 以免布完线再修改带来的不便 如果将元件的焊盘成品孔直径设定为X mil 则焊盘直径应设定为 X 18mil 洛阳师范学院毕业设计 论文 12 4 2 PCB 的绘制步骤 在设计中 LED 数码管显示万年历电路板的绘制基本过程分为三大步骤 其 步骤为 1 电路原理图的设计 电路原理图的设计主要是 Protel99se 的原理图设计 系统来绘制电路原理图 在这一过程中 要充分的利用 Protel99se 所提供的各 种原理图绘图工具 各种编辑功能 来实现设计目的 2 产生网络表 网络表是电路原理图设计 SCH 与印制电路板设计 PCB 之间的一座桥梁 它是电路半自动的灵魂 网络表可以从电路原理图中获得 也 可以印制电路板中提取出来 3 印制电路板的设计 印制电路板的设计主要是针对 Protel99se 的另一个 重要的部分 PCB 而言的 在这个过程中 我们借助 Protel99se 提供的强大功能 实现电路板的版面设计 完成高难度的工作 4 2 1 自定义元件的制作 以 AT89S51 为例 由于 AT89S51 在元件库中找不到 所以采用自定义的方 法 其他元器件的绘制方法相同 步骤如下 1 新建一个设计数据库文件 在工作窗口右击 Documents 图标 选择 Del 删除文件夹 2 选择 File New 菜单 打开 New Document 对话框 在文档类型列表区单 击 Schematic Library Document 创建一个名为 zhang Lib 的原理图库文件 3 双击新建的原理图符号库文件 启动原理图符号编辑器 打开 Browse Sch Lib 画板 4 在 Browse Sch Lib 画板的 Group 设置区单击 Del 按钮 删除 Component 1 元件 单击 Add 按钮 创建一个名为 AT89S51 的文件 5 单击工具栏中的画矩形工具 绘制宽度为 8 格 高度为 22 格的矩形 6 单击 Sch Lib Drawing Tools 工具栏中的绘制引脚工具 按 Tab 键 打 开引脚属性设置对话框 设置引脚名称 引脚号 引脚方向 引脚的电气特性 单击 OK 放置引脚即可 7 依据类似方法 在元件中放置其它引脚 4 2 2 整体原理图的绘制 1 启动 Protel99SE 选择 File New 菜单 新建一个名为 MyDesign1 ddb 的设计数据库文件 设置存放位置 洛阳师范学院毕业设计 论文 13 2 在工作窗口双击 Documents 文件夹 再次选择 File New 菜单 打开 New Document 对话框 双击其中的 Schematic Document 图标 新建一个名为 MySheet1 sch 的原理图文件 3 双击创建的原理图文件 启动原理图编辑器 选择 Design Options 菜 单 打开 Document Options 对话框 在 Standard Style 设置区打开下拉列表 选择 A4 规格的图纸 然后单击 OK 即可 4 单击工具栏中的连线工具栏 打开元件管理面板 在元件列表区单击 PNP 然后单击 Place 按钮 按 Tab 键 打开元件属性对话框 设置元件编号 Designator 为 8550 设置元件封装为 TO 126 5 单击 OK 按钮 关闭元件属性对话框 在图纸的合适位置单击放置元件 8550 然后单击鼠标右键结束操作 选择 View Area 菜单 拖出一个缩放框 放 大元件所在的区域 6 在 Browse Sch 面板中的元件列表区单击 Res2 单击 Place 按钮 按 Tab 键 打开元件属性对话框 设置元件编号 封装模型 元件类型 单击 OK 按 钮 按空格键旋转元件 合理放置元件即可 7 再次按 Tab 键 设置其它电阻元件的类型 8 其它元件的放置均采用类似的方法 所不同的是在元件编号 封装模型 元件类型上有区别 在此不再叙述其它元件的放置 9 元件放置完毕后 单击 Writing Tools 工具栏中的电源端口工具 按 Tab 键 设置元件类型为 Power Ground 电源地 单击 OK 按钮 在图纸的下方 单击放置电源地 再次 Tab 按键 设置元件类型为 Bar 设置网络名为 Vcc 单 击 OK 按钮 在图纸的 右下角放置 Vcc 10 单击主工具栏中的绘图工具 DrawingTools 单击绘图工具栏中的放置注 释按钮 按 Tab 键 在 Annotation 对话框中的第一栏中输入说明性文字 单击 OK 按钮 移动光标到标题栏中的区 单击鼠标左键放置注释 单击右键结束操作 11 选择 Tools ERC 菜单 打开 Setup Electrical Rule Check 对话框 所有设置采用默认值 单击 OK 按钮 得到 ERC 报表 12 在文件管理面板中双击 MySheet1 sch 原理图 重新启动原理图编辑器 选择 Reports Bill of Material 菜单 打开向导 全部设置采用默认值 依次 单击 Next 和 Finish 按钮 4 3 电路板的制作 一般而言 印板有单面 双面和多层板之分 单面印板的工艺过程较简单 洛阳师范学院毕业设计 论文 14 通常是下料 丝网漏印 腐蚀 去除印料 孔加工 印标记 涂助 焊剂 成品 1 层 Layer 的概念与字处理或其它许多软件中为实现图 文 色彩等 的嵌套与合成而引入的 层 的概念不同 Protel 中的 层 不是虚拟的 而 是印刷板材料本身实实在在的各铜箔层 现今 由于电子线路的元件密集安装 防干扰和布线等特殊要求 一些较新的电子产品中所用的印刷板不仅有上下两面 供走线 在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔 这些层因加工相对较难而 大多用于设置走线较为简单的电源布线层 如软件中的Ground Layer和Power Layer 并常用大面积填充的办法来布线 上下位置的表面层与中间各层需要连 通的地方用软件中提到的所谓 过孔 Via 来沟通 2 过孔 Via 为连通各层之间的线路 在各层需要连通的导线的交汇处 钻上一个公共孔 这就是过孔 工艺上在过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法 镀上一层金属 用以连通中间各层需要连通的铜箔 而过孔的上下两面做成普通 的焊盘形状 可直接与上下两面的线路相通 也可不连 一般而言 设计线路时 对过孔的处理有以下原则 尽量少用过孔 一旦选用了过孔 务必处理好它与周边各实体的间隙 特别是容易被忽视的中间各层与过孔不相连的线与过孔的间隙 如果是自动布线 可在 过孔数量最小化 Via Minimization 子菜单里选择 on 项来自动解决 需要的载流量越大 所需的过孔尺寸越大 如电源层和地层与其它层联 接所用的过孔就要大一些 3 丝印层 Overlay 为方便电路的安装和维修等 在印刷板的上下两表 面印刷上所需要的标志图案和文字代号等 例如元件标号和标称值 元件外廓 形状等等 4 SMD 的特殊性 Proel 封装库内有大量 SMD 封装 即表面焊装器件 这 类器件除体积小巧之外的最大特点是单面分布无引脚孔 因此 选用这类器件要 定义好器件所在面 以免 丢失引脚 Missing Pins 5 网格状填充区 External Plane 和填充区 Fill 正如两者的名字那 样网络状填充区是把大面积的铜箔处理成网状的 填充区仅是完整保留铜箔 实 质上 只要你把图面放正是由于平常不容易看出二者的区别 所以使用时更不大 注意了 正是由于不容易看出二者的区分 要强调的是 前者在电路特性上有较 强的抑制高频干扰的作用 适用于需做大面积填充的地方 特别是把某些区域当 做屏蔽区 分割区或大电流的电源线时尤为合适 后者多用于一般的线端部或转 折区等需要小面积填充的地方 洛阳师范学院毕业设计 论文 15 6 焊盘 Pad 是 PCB 设计中最常接触也是最重要的概念 选择元件的 焊盘类型要综合考虑该元件的形状 大小 布置形式 振动和受热情况 受力方 向等因素 Protel 在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘 但有时这还 不够用 需要自己编辑 例如 对发热且受力较大 电流较大的焊盘 可自行设 计成 泪滴状 在大家熟悉的彩电 PCB 的行输出变压器引脚焊盘的设计中 不少 人正是采用的这种形式 一般而言 自行编辑焊盘时除了以上所讲的以外 还要考虑以下原则 形状上长短不一致时要考虑连线宽度与焊盘特定边长的大小差异不能 过大 需要在元件引角之间走线时选用长短不对称的焊盘往往事半功倍 各元件焊盘孔的大小要按元件引脚粗细分别编辑确定 原则是孔的尺 寸比引脚直径大 0 2 0 4 毫米 7 各类膜 Mask 这些膜不仅是 PCB 制作工艺过程中必不可少的 而且 更是元件焊装的必要条件 按 膜 所处的位置及其作用 膜 可分为元件面或 焊接面 助焊膜 Top or Bottom SolderMask 和元件面 或焊接面 阻焊膜 Top or BottomPaste Mask 两类 顾名思义 助焊膜是涂于焊盘上 提高可 焊性能的一层膜 也就是在绿色板子上比焊盘略大的各浅色圆斑 阻焊膜的情况 正好相反 为了使制成的板子适应电烙铁 波峰焊等焊接形式 要求板子上非焊 盘处的铜箔不能粘锡 因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料 用于阻止这 些部位上踢 可见 这两种膜是一种互补关系 由此讨论 就不难确定菜单中类 似 Solder Mask Enlargement 等项目的设置了 8 飞线有两重含义 一是自动布线时供观察用的类似橡皮筋的网络连线 在通过网络表调入元件并做了初步布局后 用 Show 命令就可以看到该布局下的 网络连线的交叉状况 不断调整元件的位置使这种交叉最少 以获得最大的自动 布线的布通率 实在补偿不了就要用到飞线的第二层含义 就是在将来的印板上 用导线连通这些网络要交待的是 如果该电路板是大批量自动线生产 可将这种 飞线视为 0 欧阻值 具有统一焊盘间距的电阻元件来进行设计 4 4 电路板焊接 焊接在整个设计中占有了很重要的部分 焊接的好与坏可能直接影响着设计 成品的外观质量 以及可能还会影响设计成品的性能 所以我在本次设计焊接方 面作了严格的要求 4 4 1 焊接必须具备的条件 洛阳师范学院毕业设计 论文 16 1 焊件必须具有良好的可焊性 不是所有的金属都就有良好的可焊性 焊 接时 由于高温是焊件的表面产生氧化膜 影响焊件的可焊性 为了提高焊件的可 焊性 一般采用表面镀锡 镀银等措施来防御表面的氧化 2 为了使焊件和焊锡之间有良好的接触 焊件表面必须保持清洁 在焊接 前 必须把氧化膜清除干净 否则将无法保证焊接质量 3 要使用合适的助焊剂 不同的焊接工艺应使用不同的助焊剂 在焊接电 子线路板等精密电子产品的时候 为了使焊接可靠稳定 通常采用松香作为助焊剂 一般使用酒精将松香溶解成松香水使用 4 焊件加热到适当的温度 需要强调的是 不但焊锡要加热到熔化 而且应 当同时将焊件加热到能够熔化焊锡的温度 5 为了提高焊接的质量和速度 避免虚焊等缺陷 应在焊接以前对焊接表面 进行可焊性处理 镀锡 在电子元器件的焊接面镀上焊锡 镀锡 实际就是液态 焊锡对被焊金属表面的浸润 形成一层既不同于被焊金属又不同焊锡的结合层 由结合层将焊剂与待焊金属这两种性能成分都不相同的材料牢固连接起来 6 镀锡的工艺 待焊面应该清洁 对清洁后的元件引线涂抹助焊剂 酒精松香水 对 容易氧化的引线还要进行镀锡 温度要够 要根据焊件的大小 使用相应的焊接工具 供给足够的热量 由于元器件所承受的温度不能太高 所以必须掌握恰到好处的加热时间 使用有效的助焊剂 考虑到实际操作的需要采用松香作助焊剂 4 4 2 焊接操作的基本步骤 1 准备焊接 左手拿焊丝 右手握烙铁 要求烙铁头保持清洁 无焊渣等氧 化物 并在烙铁头表面镀一层焊锡 2 加热焊件 将烙铁头靠在两焊件的连接处 加热整个焊件全体 时间大约 1 2 秒钟 要注意烙铁头同时接触焊盘和元件的引线 3 送入焊丝 待焊件表面加热到一定温度时 焊锡丝从烙铁对面接触焊 4 移开焊丝 当焊丝熔化一定量后 向左上四十五度方向移开焊丝 在移出 烙铁 4 4 3 焊接手法的具体实施 1 保持烙铁头的清洁 2 靠增加接触面积来加快传热 3 加热要靠焊锡膏 洛阳师范学院毕业设计 论文 17 4 烙铁的撤离要及时 而且撤离时的角度和方向与焊点的形成有关 5 焊锡 焊剂用量要适当 6 不要把烙铁头作为运载焊剂的工具 7 可靠的电气连接 8 足够的机械强度 9 光洁整齐的外观 形状为近似圆锥而且表面微微凹陷 焊件的连接面呈半弓形凹面 焊件与焊料交界处平滑 接触脚尽可能小 表面光泽且平滑 无裂纹 针孔 4 4 4 焊接中避免出现的问题 1 加热时间过长 造成焊点外观变差 焊盘脱落 2 加热时间过短造成焊锡没有完全熔化 3 焊锡过多造成焊点不美观 焊接质量不好 4 焊锡过少 造成虚焊 元器件焊接顺序及检测 焊接时应按照电路 PCB 板图设计要求进行焊接 元器件极性应相对应 元器 件焊接高度也应严格按照要求 具体焊接步骤 1 焊接电阻和跳线 在电阻焊好后 用斜口钳将电阻管脚剪下放好 用于 跳线的焊接 焊接时 应对应 pcb 板图确保焊接正确无误 2 晶振 磁片电容和芯片底座的焊接 3 按键和发光二极管的焊接 焊接前应先判断发光二极管的极性 4 电解电容 电源插座 8550 DS18B20 蜂鸣器的焊接 5 稳压块 7805 集成块 74ls164 的焊接 6 LED 数码管 AT89S51 单片机的焊接 7 通电前的检查 检查元器件的极性是否有错 焊接是否虚焊 漏焊 连 焊 短路等问题 8 通电检查 检查 7805 的输出电压 AT89S51 lED 数码管 8550 DS18B20 发光二极管的供电电压是否正常 洛阳师范学院毕业设计 论文 18 第 5 章 程序设计 编写与调试 系统软件采用汇编语言按模块化方式进行设计 然后通过 Keil C51 软件开发 平台将程序转变成十六进制程序语言 接着使用 Proteous 进行仿真 其次 按 照 Proteous 的仿真电路图 在 Protel 99SE 中完成电路板的逻辑布局及布线 系统程序主要包括主程序 读出时钟子程序和显示数据刷新子程序 程序详情请 看程序附件 主程序流程图如图 5 1 和图 5 2 所示 开始 清显示缓冲区 初始化定时计数器 赋时钟初值 开定时器 调整时间 数码管显示当前时钟值 洛阳师范学院毕业设计 论文 19 图图 5 1 主程序流程图 定时中断 恢复初值 保护 中断 4000 次 0 1 秒单元清 0 60 秒到吗 秒单元清 0 60 分到吗 分单元清 0 24 小时到吗 时单元清 0 堆栈返回 0 1 秒加 1 秒加 1 分加 1 时加 1 Y Y Y Y N N N N 洛阳师范学院毕业设计 论文 20 图图 5 2 主程序流程图 致致 谢谢 在这次毕业设计过程中 得到许多老师和同学的帮助与鼓励 使我能够顺利 地完成毕业设计 我在此对他们表示衷心的感谢 首先 我诚挚地感谢我的指导老师李静老师 他认真负责的工作态度 严谨 的治学精神 无论在理论上还是在实践中 都给予我很大的帮助 使我得到不少 的提高 自己设定题目 取材 组织论文 给了我很大的创造空间 使我的各方 面能力得到了提高 也使我养成了严谨的学习态度 对我以后的学习和生活有着 重要的指导意义 在此论文脱稿之际 我再一次向他致以最诚挚的谢意 其次 感谢我的同学 他们能在我遇到困难时及时给予我真诚的帮助 还要 感谢参考文献中作者对著作的倾心编著 正是有了他们的著作 我的论文及电路 制作才成功按时完成 本次设计实践过程中遇到了很多困难 我借鉴了一些网络 上的优秀资源 在此一并表示感谢 洛阳师范学院毕业设计 论文 21 参考文献 1 张毅刚 彭喜元 姜守达 乔立岩 新编 MCS51 单片应用设计 M 2008 4 第 3 版 2 赵晶 电路设计与制版 Protel 99 高级应用 M 2000 11 第 1 版 3 张义和 王敏男 许宏昌 余春长 例说 51 单片机 C 语言版 M 2008 4 第 1 版 4 杨成利 董蕴华 数字电子技术 M 2005 6 第 1 版 5 胡宴如 耿苏燕 模拟电子技术 M 2004 2 第 2 版 6 陈忠 电子制作 2007 年合定版 M 2008 1 第 1 版 7 张曙光 李茂长 电话通信网络与交换技术 M 2002 6 第 1 版 8 周立功 单片机实验与实践 M 2004 8 第 1 版 9 Microchip Technology Inc PIC16C63A 65B 73B 74B 8 Bit CMOS Microcontrollers with A D Converter A Data Sheet C 1999 10 Microchip Technology Inc PIC16C5X EPROM ROM Based 8 Bit CMOS Microcontrollers Series A Data Sheet C 2002 洛阳师范学院毕业设计 论文 22 附录 1 主程序 include define uchar unsigned char define uint unsigned int uchar code tab 20 0 x11 0 xD7 0 x32 0 x92 0 xD4 0 x98 0 x18 0 xD3 0 x10 0 x90 0 x01 0 xc7 0 x22 0 x82 0 xc4 0 x88 0 x08 0 xc3 0 x00 0 x80 0 9 数字 uchar tab1 16 0 8 0 2 2 9 7 2 3 5 9 5 6 2 0 0 uchar code tab2 7 0 xfe 0 xfd 0 xfb 0 xf7 0 xef 0 xdf 0 xbf char temp1 56 temp2 59 temp3 23 uint temp7 2008 uchar b heng temp6 2 temp4 7 temp5 29 nian1 0 nian2 8 yue1 0 yue2 2 ri1 2 ri2 9 xingqi 7 shi1 2 shi2 3 fen1 5 fen2 9 miao1 5 miao2 6 tempL tempH float temperature 温度值 sbit DS P1 0 定义 18b20 接口 sbit s1 P1 2 中间键 sbit s2 P1 3 上键 洛阳师范学院毕业设计 论文 23 sbit s3 P1 5 下键 sbit s4 P1 4 左键 sbit s5 P1 6 右键 void temperdelay uchar count 34us uint n n 0 while n0 i DS 1 temperdelay 1 DS 0 dat cror dat 1 DS 1 if DS dat 0 x80 temperdelay 4 return dat 洛阳师范学院毕业设计 论文 24 void WriteOneChar uchar dat 写一个字节到 DS18B20 里 uchar i 0 for i 8 i 0 i DS 0 DS dat temperdelay 5 DS 1 dat cror dat 1 temperdelay 4 ReadTemperature Init DS18B20 初始化 WriteOneChar 0 xcc 跳过读序列号的操作 WriteOneChar 0 x44 启动温度转换 temperdelay 125 转换需要一点时间 延时 Init DS18B20 初始化 WriteOneChar 0 xcc 跳过读序列号的操作 WriteOneChar 0 xbe 读温度寄存器 头两个值分别为温度的低位和高位 tempL ReadOneChar 读出温度的低位 LSB tempH ReadOneChar 读出温度的高位 MSB 温度转换 把高低位做相应的运算转化为实际温度 temperature tempH 256 tempL 0 0625 temperature temperature 10 0 5 temperdelay 200 return temperature void delay uint z 延时 uchar x y for x 0 x z x 洛阳师范学院毕业设计 论文 25 for y 0 y31 temp5 1 void xiaoer 30 天 if temp5 30 temp5 1 void eryueer if temp7 4 0 else 平年 if temp5 28 temp5 1 void key01 上键按下 增值的调整 if heng 0 while s2 秒增 temp1 if temp1 60 temp1 0 miao if heng 1 洛阳师范学院毕业设计 论文 27 while s2 分增 temp2 if temp2 60 temp2 0 fen if heng 2 while s2 时增 temp3 if temp3 24 temp3 0 shi if heng 3 while s2 星期增 temp4 if temp4 7 temp4 1 tab1 6 temp4 10 if heng 4 while s2 日增 temp5 if temp6 1 temp6 3 temp6 5 temp6 7 temp6 8 temp6 10 temp6 12 大 月 jia if temp6 4 temp6 6 temp6 9 temp6 11 小月 xiaoer if temp6 2 2 月份 洛阳师范学院毕业设计 论文 28 eryueer ri if heng 5 while s2 月增 temp6 if temp6 13 temp6 1 yueyue if heng 6 while s2 年增 temp7 nian void jian 31 天 if temp5 1 temp5 31 void xiaoerer 30 天 if temp529 temp5 1 if temp528 洛阳师范学院毕业设计 论文 29 temp5 1 if temp5 1 temp5 28 void key02 下键按下 减值的调整 if heng 0 while s3 秒减 temp1 if temp1 0 temp1 59 miao if heng 1 while s3 分减 temp2 if temp2 0 temp2 59 fen if heng 2 while s3 时减 temp3 if temp3 0 temp3 23 shi if heng 3 while s3 星期减 temp4 洛阳师范学院毕业设计 论文 30 if temp4 1 temp4 7 tab1 6 temp4 10 if heng 4 while s3 日减 temp5 if temp6 1 temp6 3 temp6 5 temp6 7 temp6 8 temp6 10 temp6 12 大 月 jian if temp6 4 temp6 6 temp6 9 temp6 11 小月 xiaoerer if temp6 2 2 月份 eryueerer ri if heng 5 while s3 月减 temp6 if temp6 1 temp6 12 yueyue if heng 6 while s3 年减 temp7 nian void key03 左键按下 左移调整 洛阳师范学院毕业设计 论文 31 while s4 if heng 0 heng 7 heng void key04 右键按下 右移调整 while s5 heng if heng 7 heng 0 void key 判断 S2 S3 S4 S5 是否有键按下 if P1 if P1 上键 if P1 0 xdf key02 下键 if P1 0 xef key03 左键 if P1 0 xbf key04 右键 void display uint temperature 显示子程序 uchar j tab1 13 temperature 100 tab1 14 temperature 10 10 10 tab1 15 temperature 10 if b 1 key 中间键按下 停止调整显示 P2 tab2 heng LED 亮 洛阳师范学院毕业设计 论文 32 for j 0 j12 temp6 1 temp7 void jin 31 天 if temp5 31 temp5 1 yue void eryue 2 月份 if 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