實(shí)用電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作——最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、實(shí)用電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)用電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目單片機(jī)最小系統(tǒng)板制作年級(jí)專業(yè)學(xué)號(hào)姓名成績(jī)2015級(jí)電子科學(xué)與技術(shù)評(píng)語：完成日期:- 3 - / 13目錄一、原理分析 - 2 -二、方案選擇 - 2 -1. 單片機(jī)選擇 - 2 -2. 原理圖和PCB圖繪希9 - 3 -3. PC測(cè)板-4 -三、電路原理圖繪9 - 4 -1、復(fù)位電路 - 4 -2、晶振電路 - 4 -3、JTAG仿真接口 - 5 -4、電源設(shè)計(jì) - 5 -5、總設(shè)計(jì)圖 - 6 -四、PCB圖繪制-7 -1. 設(shè)計(jì)步驟- 7 -2. 設(shè)計(jì)原則- 7 -3. PCB圖-8 -五、綜合調(diào)試- 10 -1.

2、 軟件調(diào)試- 10 -2. 硬件調(diào)試- 11 -六、總結(jié)- 12 -原理分析單片機(jī)就是將電子計(jì)算機(jī)的基本環(huán)節(jié)如中央處理器（CPU）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和一些輸入/輸出接口電路、總線 等都集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。中央處理器包括運(yùn)算器、控制器和寄存器，是單片機(jī)的核心。 存儲(chǔ)器是用來存放數(shù)據(jù)和程序的， 在單片機(jī)芯片中包含兩類存儲(chǔ)器： 隨機(jī)存 儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。RAM可以被CPU隨機(jī)讀寫，但單片機(jī)斷電 后，所保存的信息就會(huì)消失，一般用來存放臨時(shí)數(shù)據(jù)；ROM中的信息只能被CPU 讀取，CPU不能對(duì)它進(jìn)行操作，通常用于存放系統(tǒng)程

3、序和固定的表格數(shù)據(jù)。ROM中的內(nèi)容只能通過專用的編程器事先對(duì)它寫入。輸入/輸出接口是單片機(jī)與外部設(shè)備連接的橋梁，單片機(jī)和外部設(shè)備（如鍵 盤、顯示器等）之間信息的傳送全部都通過輸入 /輸出（I/O）接口來實(shí)現(xiàn)。總線就是連接各部件信號(hào)線的總稱， 主要是用來傳送數(shù)據(jù)、 地址和控制信息。 最小系統(tǒng)有兩種形式：硬件最小系統(tǒng)由電源、主板和CPU內(nèi)存組成.在這個(gè)系統(tǒng)中， 沒有任何信號(hào)線的連接， 只有電源到主板的電源連接， 在判斷的過程 中通過聲音來判斷這一核心組成部分是否可正常工作；軟件最小系統(tǒng)由電源,主板,CPU內(nèi)存，顯示卡/顯示器.鍵盤和硬盤組成，這個(gè)最小系統(tǒng)主要用來判斷系統(tǒng) 是否可完成正常的啟動(dòng)與運(yùn)行

4、。二、方案選擇1. 單片機(jī)選擇最小系統(tǒng)以Atmega16單片機(jī)為核心，其包括晶振電路、復(fù)位電路、電源電 路、JTAG下載口電路等。Atmega16的引腳定義與功能：VCC（引腳10）：芯片電源，接+5V。GND（引腳11、31）:接地端。XTAL1 （引腳13）：內(nèi)部震蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶振的一個(gè) 引腳。XTAL2（引腳12）：內(nèi)部震蕩電路反相放大器的輸出端，是外接晶振的另一 個(gè)輸入引腳。RESE（T 引腳 9）：復(fù)位端。PA0PA（7 引腳 4033）：雙向輸入 / 輸出端口。PB0PB（7 引腳 18）：雙向輸入 / 輸出端口。PC0PC（7 引腳 2229）：雙向輸入 /

5、輸出端口。PD0PD（7 引腳 1421）：雙向輸入 / 輸出端口。雙向輸入 / 輸出端口，當(dāng)該端口不作為輸入 / 輸出端口使用時(shí)， 每一個(gè)引腳也 可以有第二功能。2. 原理圖和PCB圖繪制晶振電路，在設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)電路時(shí)，是必不可少的。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，所 有的工作都是在一個(gè)時(shí)鐘下同步工作的， 這樣才不會(huì)出現(xiàn)沖突。 時(shí)鐘的快慢決定 系統(tǒng)的工作效率， 通常所說的計(jì)算機(jī)的主頻就是指系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率。 而在計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)中，系統(tǒng)時(shí)鐘是由晶振電路來提供的。復(fù)位電路，在單片機(jī)系統(tǒng)中，是不可缺少的。單片機(jī)在正常工作前，必須要 進(jìn)行復(fù)位操作，目的是將CPU以及系統(tǒng)中其它部件都處于一個(gè)明確的初始狀態(tài)， 便于系統(tǒng)啟

6、動(dòng)。JTAG仿真接口用于連接最小系統(tǒng)板和仿真器，實(shí)現(xiàn)仿真器對(duì) DSP的訪問， JTAG接口的連接需要和仿真器上的接口一致。標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG接口是4線：TMS TCK TDI、TDO分別為模式選擇、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。最小系統(tǒng)中的電源供電模塊的電源可以通過計(jì)算機(jī)的USB口供給，也可使用外部穩(wěn)定的5V電源供電模塊供給。PCB圖，先繪制Atmega16芯片底座、四腳開關(guān)、六腳開關(guān)、三角電源、JTAG 接口等元件的圭寸裝；在原理圖中執(zhí)行Design菜單中的Updata PCB導(dǎo)入圭寸裝； 在Design中的Rules里定義PCB的規(guī)則，如最小間距、鋪銅間距、過孔及焊盤 處理等、線寬等；畫板子外

7、圍邊框；把各元件按就近原則排列布局；連線根據(jù)電 流的大小定線的寬度，連線過程中要不斷改變、重新對(duì)器件進(jìn)行布局；最后，補(bǔ) 淚、覆銅。3. PCB制板根據(jù)PCB圖，利用鑿孔機(jī)進(jìn)行打孔。對(duì)打完孔的板子，進(jìn)行打磨。利用專門的復(fù)寫紙張將設(shè)計(jì)完成的 PCB圖通過噴墨打印機(jī)打印輸出，然后將 印有電路圖的一面與銅板相對(duì)壓緊， 最后放到熱交換器上進(jìn)行熱印，通過在高溫 下將復(fù)寫紙上的電路圖墨跡粘到銅板上。將含有墨跡的銅板放入其中，等三至四分鐘左右，等銅板上除墨跡以外的地 方全部被腐蝕之后，將銅板取去，然后將清水將溶液沖洗掉。腐蝕后，打磨板子。腐蝕完畢后，可以焊接元件了。三、電路原理圖繪制1、復(fù)位電路復(fù)位是由外部的

8、復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳 RST通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是按鍵手動(dòng)復(fù)位電路, 高電平時(shí)復(fù)位。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用 8MHz時(shí)，C取0.1卩F，R約為10K。2、晶振電路單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。 這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶 體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián) 諧振電路，接在放大器的反饋回路中。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 8MHz電容瓷片電容值為33pF。實(shí)用電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)F1IG竝 113 .叨一|

9、 | .-INJ1 17 門C1H gA iJ 瓦Pl 茁 PC5(TDDPCHKKl PC】阿尉 PCSZL；Ifa95J4.二J3ADC412jtAVCCicir:8WrnsriT?mElTDO1TCK wcTMS叮T7RTvcc!ISEJ：114TCK323B點(diǎn)SJLeNE11002-4、電源設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)中的電源供電模塊的電源可以通過計(jì)算機(jī)的 USB口供給，也可使用 外部穩(wěn)定的5V電源供電模塊供給。電源電路中接入電源指示燈 LED通過六腳 開關(guān)來控制，需要二極管和限流的1K電阻。5、總設(shè)計(jì)圖最小系統(tǒng)以Atmega16單片機(jī)為核心，其包括晶振電路、復(fù)位電路、電源電 路、JTAG下載口電路等

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 運(yùn) 口n9 口 0EOPCB圖五、綜合調(diào)試1. 軟件調(diào)試程序#include #include / 延時(shí)函數(shù)void Delay(void)unsigned char i,j;for(i=200;i0;i-)for(j=200;j0;j-);/ 主函數(shù)程序從這里開始運(yùn)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();延時(shí)為5ms的avr流水燈程序，流水燈顯示結(jié)果如下圖。2. 硬件調(diào)試1）用萬用表等工具檢查硬件電路

12、連線是否與電路圖一致，有無短路、虛焊等現(xiàn) 象，嚴(yán)防電源短路和極性接反。2）檢查數(shù)據(jù)總線、地址線和控制總線是否存在短路的故障。3）通電檢查時(shí)，觀察i/o 口的動(dòng)作情況，查看電路板上有無元件過熱、冒煙、 異味等現(xiàn)象，各相關(guān)設(shè)備的動(dòng)作是否符合要求，整個(gè)系統(tǒng)的功能是否符合要 求。實(shí)用電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)六、總結(jié)在這次實(shí)驗(yàn)中， 加強(qiáng)了動(dòng)手能力， 并且培養(yǎng)了獨(dú)立思考能力。 單片機(jī)最小系 統(tǒng)的原理圖設(shè)計(jì)，分別設(shè)計(jì)了晶振電路、復(fù)位電路、電源電路、JTAG 下載口電路等。在繪制Atmega16芯片底座、四腳開關(guān)、六腳開關(guān)、三角電源、JTAG接口等元件的封裝過程中， 要嚴(yán)格按照元件尺寸來畫封裝。 在制版打孔前， 要仔細(xì)檢 查原理圖、封裝、PCB圖。在打孔后，要打磨，熱轉(zhuǎn)印，然后進(jìn)行銅腐蝕。在焊 接元件時(shí)，要注意帶極性的元件的方向。 在焊接過程中，要小心不要把錫弄到“地”， 不然很容易短