实用电子系统的设计与制作——最小系统设计

1、实用电子系统的设计与制作最小系统设计实用电子系统的设计与制作 设计报告设计题目单片机最小系统板制作年级专业学号姓名成绩2015级电子科学与技术评语：完成日期:- 3 - / 13目录一、原理分析 - 2 -二、方案选择 - 2 -1. 单片机选择 - 2 -2. 原理图和PCB图绘希9 - 3 -3. PC测板-4 -三、电路原理图绘9 - 4 -1、复位电路 - 4 -2、晶振电路 - 4 -3、JTAG仿真接口 - 5 -4、电源设计 - 5 -5、总设计图 - 6 -四、PCB图绘制-7 -1. 设计步骤- 7 -2. 设计原则- 7 -3. PCB图-8 -五、综合调试- 10 -1.

2、 软件调试- 10 -2. 硬件调试- 11 -六、总结- 12 -原理分析单片机就是将电子计算机的基本环节如中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时器/计数器和一些输入/输出接口电路、总线 等都集成在一块芯片上的微型计算机，简称单片机。中央处理器包括运算器、控制器和寄存器，是单片机的核心。 存储器是用来存放数据和程序的， 在单片机芯片中包含两类存储器： 随机存 储器（RAM）和只读存储器（ROM）。RAM可以被CPU随机读写，但单片机断电 后，所保存的信息就会消失，一般用来存放临时数据；ROM中的信息只能被CPU 读取，CPU不能对它进行操作，通常用于存放系统程

3、序和固定的表格数据。ROM中的内容只能通过专用的编程器事先对它写入。输入/输出接口是单片机与外部设备连接的桥梁，单片机和外部设备（如键 盘、显示器等）之间信息的传送全部都通过输入 /输出（I/O）接口来实现。总线就是连接各部件信号线的总称， 主要是用来传送数据、 地址和控制信息。 最小系统有两种形式：硬件最小系统由电源、主板和CPU内存组成.在这个系统中， 没有任何信号线的连接， 只有电源到主板的电源连接， 在判断的过程 中通过声音来判断这一核心组成部分是否可正常工作；软件最小系统由电源,主板,CPU内存，显示卡/显示器.键盘和硬盘组成，这个最小系统主要用来判断系统 是否可完成正常的启动与运行

4、。二、方案选择1. 单片机选择最小系统以Atmega16单片机为核心，其包括晶振电路、复位电路、电源电 路、JTAG下载口电路等。Atmega16的引脚定义与功能：VCC（引脚10）：芯片电源，接+5V。GND（引脚11、31）:接地端。XTAL1 （引脚13）：内部震荡电路反相放大器的输入端，是外接晶振的一个 引脚。XTAL2（引脚12）：内部震荡电路反相放大器的输出端，是外接晶振的另一 个输入引脚。RESE（T 引脚 9）：复位端。PA0PA（7 引脚 4033）：双向输入 / 输出端口。PB0PB（7 引脚 18）：双向输入 / 输出端口。PC0PC（7 引脚 2229）：双向输入 /

5、输出端口。PD0PD（7 引脚 1421）：双向输入 / 输出端口。双向输入 / 输出端口，当该端口不作为输入 / 输出端口使用时， 每一个引脚也 可以有第二功能。2. 原理图和PCB图绘制晶振电路，在设计单片机系统电路时，是必不可少的。在计算机系统中，所 有的工作都是在一个时钟下同步工作的， 这样才不会出现冲突。 时钟的快慢决定 系统的工作效率， 通常所说的计算机的主频就是指系统时钟的频率。 而在计算机 系统中，系统时钟是由晶振电路来提供的。复位电路，在单片机系统中，是不可缺少的。单片机在正常工作前，必须要 进行复位操作，目的是将CPU以及系统中其它部件都处于一个明确的初始状态， 便于系统启

6、动。JTAG仿真接口用于连接最小系统板和仿真器，实现仿真器对 DSP的访问， JTAG接口的连接需要和仿真器上的接口一致。标准的 JTAG接口是4线：TMS TCK TDI、TDO分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的USB口供给，也可使用外部稳定的5V电源供电模块供给。PCB图，先绘制Atmega16芯片底座、四脚开关、六脚开关、三角电源、JTAG 接口等元件的圭寸装；在原理图中执行Design菜单中的Updata PCB导入圭寸装； 在Design中的Rules里定义PCB的规则，如最小间距、铺铜间距、过孔及焊盘 处理等、线宽等；画板子外

7、围边框；把各元件按就近原则排列布局；连线根据电 流的大小定线的宽度，连线过程中要不断改变、重新对器件进行布局；最后，补 泪、覆铜。3. PCB制板根据PCB图，利用凿孔机进行打孔。对打完孔的板子，进行打磨。利用专门的复写纸张将设计完成的 PCB图通过喷墨打印机打印输出，然后将 印有电路图的一面与铜板相对压紧， 最后放到热交换器上进行热印，通过在高温 下将复写纸上的电路图墨迹粘到铜板上。将含有墨迹的铜板放入其中，等三至四分钟左右，等铜板上除墨迹以外的地 方全部被腐蚀之后，将铜板取去，然后将清水将溶液冲洗掉。腐蚀后，打磨板子。腐蚀完毕后，可以焊接元件了。三、电路原理图绘制1、复位电路复位是由外部的

8、复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚 RST通常采用上电自动复位和按键手动复位两种方式，此电路系统采用的是按键手动复位电路, 高电平时复位。当时钟频率选用 8MHz时，C取0.1卩F，R约为10K。2、晶振电路单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。 这个放大器与作为反馈元件的片外晶 体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联 谐振电路，接在放大器的反馈回路中。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为 8MHz电容瓷片电容值为33pF。实用电子系统的设计与制作最小系统设计F1IG竝 113 .叨一|

9、 | .-INJ1 17 门C1H gA iJ 瓦Pl 茁 PC5(TDDPCHKKl PC】阿尉 PCSZL；Ifa95J4.二J3ADC412jtAVCCicir:8WrnsriT?mElTDO1TCK wcTMS叮T7RTvcc!ISEJ：114TCK323B点SJLeNE11002-4、电源设计最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的 USB口供给，也可使用 外部稳定的5V电源供电模块供给。电源电路中接入电源指示灯 LED通过六脚 开关来控制，需要二极管和限流的1K电阻。5、总设计图最小系统以Atmega16单片机为核心，其包括晶振电路、复位电路、电源电 路、JTAG下载口电路等

10、。T-2 - 1-；ITTFT-e： rJ啊jfh.SMPi.iTllmiZf ip-cruKinlll|PUj-CTi-fine ibP阿你1HSrUTifcvrc匸 8一D2nu#33一 ns 运 口n9 口 0EOPCB图五、综合调试1. 软件调试程序#include #include / 延时函数void Delay(void)unsigned char i,j;for(i=200;i0;i-)for(j=200;j0;j-);/ 主函数程序从这里开始运行void main(void)unsigned char position=0;PORTA=0xff;DDRA=0xff;while

11、(1)inti=0; for(i=0;i16;i+)PORTA=(1=8) position=0; Delay(); Delay(); Delay(); Delay(); Delay(); Delay();for(;i=16&iposition);if (+position=8) position=0; Delay(); Delay(); Delay(); Delay();Delay(); position=1;Delay(); Delay(); Delay(); Delay();Delay();延时为5ms的avr流水灯程序，流水灯显示结果如下图。2. 硬件调试1）用万用表等工具检查硬件电路

12、连线是否与电路图一致，有无短路、虚焊等现 象，严防电源短路和极性接反。2）检查数据总线、地址线和控制总线是否存在短路的故障。3）通电检查时，观察i/o 口的动作情况，查看电路板上有无元件过热、冒烟、 异味等现象，各相关设备的动作是否符合要求，整个系统的功能是否符合要 求。实用电子系统的设计与制作 最小系统设计六、总结在这次实验中， 加强了动手能力， 并且培养了独立思考能力。 单片机最小系 统的原理图设计，分别设计了晶振电路、复位电路、电源电路、JTAG 下载口电路等。在绘制Atmega16芯片底座、四脚开关、六脚开关、三角电源、JTAG接口等元件的封装过程中， 要严格按照元件尺寸来画封装。 在制版打孔前， 要仔细检 查原理图、封装、PCB图。在打孔后，要打磨，热转印，然后进行铜腐蚀。在焊 接元件时，要注意带极性的元件的方向。 在焊接过程中，要小心不要把锡弄到“地”， 不然很容易短