單片機(jī)系統(tǒng)電路的PCB設(shè)計(jì)

1、摘摘 要要單片機(jī)最小系統(tǒng)，無(wú)論對(duì)單片機(jī)初學(xué)人員還是開(kāi)發(fā)人員都具有十分重要的意義，初學(xué)人員可以利用最小系統(tǒng)逐漸了解單片機(jī)的設(shè)計(jì)原理與功能，開(kāi)發(fā)人員可以進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路板在單片機(jī)開(kāi)發(fā)市場(chǎng)和大學(xué)生電子設(shè)計(jì)方面十分流行，設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路板，能夠讓設(shè)計(jì)者迅速掌握單片機(jī)應(yīng)用的技術(shù)特點(diǎn)與實(shí)際要求。印制電路板技術(shù)正在飛速發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)以此為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合單片機(jī)最小系統(tǒng)的基本原理，以 STC89C51 為核心，在Protel 99SE 平臺(tái)下從對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在 Protel 99 SE 平臺(tái)下對(duì)單片機(jī)最小系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的原理圖設(shè)計(jì)以及 PCB 設(shè)計(jì)。首先

2、根據(jù)電路原理從 AD、DA、復(fù)位、晶振幾個(gè)模塊對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后綜合所有模塊進(jìn)行 PCB 設(shè)計(jì)，并介紹了 PCB 設(shè)計(jì)的參數(shù)設(shè)置，布線(xiàn)規(guī)則。利用 PROTEL 電路設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)，PCB 布線(xiàn)，借此鞏固單片機(jī)應(yīng)用、模擬電路、數(shù)字電路課程及學(xué)會(huì)工程軟件 PROTEL 的使用。關(guān)鍵字關(guān)鍵字：PROTEL 99SE；印制電路板；最小系統(tǒng)；STC89C51AbstractMCU minimum system, its of great significance for both MCU beginner or developer. Beginners can take advantage o

3、f getting to know the minimum system design principles and function of MCU，developers can use minimum system to program for industrial control. MCU minimum system board are very popular in the MCU develop market and college students electronic design. Design of MCU, allowing designers to quickly gra

4、sp the technical characteristics of MCU application and the actual requirements. Printed circuit board technology is developing by leaps and bounds, it has got the extensive application in various fields. This design set it as a starting point, combining the basic principles of MCU minimum system, t

5、o the core of STC89C51, we design the circuit In Protel 99SE platform, meanwhile we give the circuit a detailed schematic design and PCB design In Protel 99SE platform. First, we design the circuit from the AD, DA, reset, crystal oscillator of several modules under the circuit principles, finally we

6、 synthesize all the modules for PCB design, and we simply introduce the parameter settings, routing rules. Using Protel software to design schematic circuit diagram, PCB routing, we can consolidate the MCU applications, analog circuits, digital circuits course and learn to use engineering software P

7、ROTEL.Key words: printed circuit board ;PROTEL 99SE; minimum system;STC89C51目目 錄錄1.1. 緒論緒論.11.1 課題研究的背景和意義.11.2 課題主要內(nèi)容.22.2. 印制電路板（印制電路板（PCBPCB）.32.1 PCB 板分類(lèi).32.2 PCB 制作工藝.33 3 開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)平臺(tái) PROTELPROTEL.53.1 PROTEL99SE 介紹.53.2 PROTEL 設(shè)計(jì)方法.64.4. 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì).94.1 原理圖設(shè)計(jì)的一般流程.94.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路系統(tǒng)框圖

8、.114.3 層次原理圖的設(shè)計(jì).114.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)各模塊.134.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路總原理圖.205.5. 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 PCBPCB 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì).225.1 PCB 設(shè)計(jì)的一般流程.225.2 重要概念.245.3 配置 PCB 設(shè)計(jì)環(huán)境.245.4 設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題與解決方案.325.5 由原理圖生成 PCB.335.6 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的 PCB.36結(jié)結(jié) 論論.40致致 謝謝.41參考參考文文獻(xiàn)獻(xiàn).421.1. 緒論緒論1.11.1 課題研究的背景和意義課題研究的背景和意義 PCB 是英文(Printed Circuie Board)印制線(xiàn)路板的簡(jiǎn)稱(chēng)

9、。通常把在絕緣材上，按預(yù)定設(shè)計(jì)，制成印制線(xiàn)路、印制元件或兩者組合而成的導(dǎo)電圖形稱(chēng)為印制電路。而在絕緣材料上提供元器件之間電氣連接的導(dǎo)電圖形，稱(chēng)為印制線(xiàn)路。這樣就把印制電路或印制線(xiàn)路的成品板稱(chēng)為印制線(xiàn)路板，亦稱(chēng)為印制板或印制電路板。PCB 印制板在日常生活中的電子設(shè)備幾乎都離不開(kāi)它，小到電子手表、計(jì)算器、通用電腦，大到計(jì)算機(jī)、通迅電子設(shè)備、軍用武器系統(tǒng)，只要有集成電路等電子無(wú)器件，它們之間電氣互連都要用到 PCB。它提供集成電路等各種電子元器件固定裝配的機(jī)械支撐、實(shí)現(xiàn)集成電路等各種電子元器件之間的布線(xiàn)和電氣連接或電絕緣、提供所要求的電氣特性，如特性阻抗等。同時(shí)為自動(dòng)錫焊提供阻焊圖形；為元器件插裝

10、、檢查、維修提供識(shí)別字符和圖形。目前，全球 PCB 產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占電子元件產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的四分之一以上，是各個(gè)電子元件細(xì)分產(chǎn)業(yè)中比重最大的產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá) 400 億美元。同時(shí)，由于其在電子基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)中的獨(dú)特地位，已經(jīng)成為當(dāng)代電子元件業(yè)中最活躍的產(chǎn)業(yè)，2003 和 2004 年，全球 PCB 產(chǎn)值分別是 344 億美元和 401 億美元，同比增長(zhǎng)率分別為 5.27%和 16.47%。我國(guó)的 PCB 研制工作始于 1956 年，1963-1978 年，逐步擴(kuò)大形成 PCB 產(chǎn)業(yè)。改革開(kāi)放后 20 多年，由于引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，單面板、雙面板和多層板均獲得快速發(fā)展，國(guó)內(nèi) PCB 產(chǎn)業(yè)由小到大逐步發(fā)展起來(lái)

11、。2002 年，成為第三大PCB 產(chǎn)出國(guó)。2003 年，PCB 產(chǎn)值和進(jìn)出口額均超過(guò) 60 億美元，成為世界第二大PCB 產(chǎn)出國(guó)。我國(guó) PCB 產(chǎn)業(yè)近年來(lái)保持著 20%左右的高速增長(zhǎng)，成為全球 PCB 產(chǎn)值最大和技術(shù)發(fā)展最活躍的國(guó)家。 從產(chǎn)量構(gòu)成來(lái)看，中國(guó) PCB 產(chǎn)業(yè)的主要產(chǎn)品已經(jīng)由單面板、雙面板轉(zhuǎn)向多層板，而且正在從 46 層向 68 層以上提升。隨著多層板、HDI 板、柔性板的快速增長(zhǎng)，我國(guó)的 PCB 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正在逐步得到優(yōu)化和改善。 高速度發(fā)展的我國(guó) PCB 行業(yè)應(yīng)向生產(chǎn)自動(dòng)化、精密度、多功能、現(xiàn)代化設(shè)備方向發(fā)展。近年來(lái),我國(guó) PCB 工業(yè)每 年以 15以上的高速度發(fā)展,已跨進(jìn)世界 P

12、CB 大國(guó)之列。伴隨著印制電路產(chǎn)品發(fā)展,要求有新的材料、新的工藝技術(shù)和新的設(shè)備。我國(guó)印制電器材料工業(yè)在擴(kuò)大產(chǎn)量的同時(shí),更要注重于提高性能和質(zhì)量;印制電路專(zhuān)用設(shè)備工業(yè)不再是低水平的仿造,而是向生產(chǎn)自動(dòng)化、精密度、多功能、現(xiàn)代化設(shè)備發(fā)展。PCB 生產(chǎn)集世界高新科技于一體, 印制電路生產(chǎn)技術(shù)會(huì)采用液態(tài)感光成像、直接電鍍、脈沖電鍍、積層多層板等新工藝。在生產(chǎn)過(guò)程中還必須更加重視可持續(xù)性發(fā)展, 減少“三廢”的產(chǎn)生。在未來(lái),由于新材料、新設(shè)備和新工藝的采用,將實(shí)現(xiàn)印制電路板生產(chǎn)的低成本、高效率、少污染、高品質(zhì)的目標(biāo)。我國(guó)內(nèi)地 PCB 生產(chǎn)企業(yè)目前分布如下：東北 3,華北 12,西北 3,西南 9, 華東

13、27,華南 42,中南 4。PCB 材料企業(yè)分布情況則是：東北 8,華北 18,西北 3,西南 7,華東 33,華南 25,中南 6。近幾年,我國(guó)在 PCB 的產(chǎn)量、產(chǎn)值方面,合資企業(yè)尤其是外商獨(dú)資企業(yè)的比重越來(lái)越大。另一方面,占國(guó)內(nèi) PCB 工業(yè)很大比例的國(guó)有企業(yè)、民營(yíng)企業(yè),無(wú)論在生產(chǎn)規(guī) 模、技術(shù)水平,還是在管理水平等方面,與先進(jìn)的 PCB 國(guó)家和地區(qū)相比,還有相當(dāng)?shù)牟罹?。即使在?guó)內(nèi),與合資企業(yè)尤其是外商獨(dú)資企業(yè)相比,其經(jīng)營(yíng)狀態(tài)也是十分嚴(yán)峻的。生產(chǎn)設(shè)備、檢測(cè)手段、計(jì)算機(jī)管理、員工技術(shù)掌握和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)上都存在著很大的不平衡。這些不平衡的產(chǎn)生,一是源于我國(guó)老企業(yè)的體制和發(fā)展歷史;二是新老企業(yè)受

14、政 策影響不同;三是基礎(chǔ)工業(yè)的落后,其專(zhuān)用設(shè)備制造和原輔材料,尤其是輔料、化工材料方面的差距日顯突出。然而，雖然我國(guó) PCB 產(chǎn)業(yè)取得長(zhǎng)足進(jìn)步，但目前與先進(jìn)國(guó)家相比還有較大差距，未來(lái)仍有很大的改進(jìn)和提升空間。首先，我國(guó)進(jìn)入 PCB 行業(yè)較晚，沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的 PCB 研發(fā)機(jī)構(gòu)，在一些新型技術(shù)研發(fā)能力上與國(guó)外廠商有較大差距。其次，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上來(lái)看，仍然以中、低層板生產(chǎn)為主，雖然 FPC、HDI 等增長(zhǎng)很快，但由于基數(shù)小，所占比例仍然不高。再次，我國(guó) PCB 生產(chǎn)設(shè)備大部分依賴(lài)進(jìn)口，部分核心原材料也只能依靠進(jìn)口，產(chǎn)業(yè)鏈的不完整也阻礙了國(guó)內(nèi) PCB 系列企業(yè)的發(fā)展腳步。1.21.2 課題主要內(nèi)容課題主要內(nèi)

15、容本篇論文首先對(duì)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的原理進(jìn)行分析，然后在 Protel99 SE 的平臺(tái)下分別對(duì)電路的各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，得到電路的總原理圖，然后進(jìn)一步產(chǎn)生設(shè)計(jì) PCB 必備的網(wǎng)絡(luò)表，再對(duì)電路的 PCB 部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，還對(duì) Protel99 SE 各項(xiàng)常用的環(huán)境參數(shù)與變量的重要性進(jìn)行了闡述。2.2. 印制電路板（印制電路板（PCBPCB）2.12.1 PCBPCB 板分類(lèi)板分類(lèi)PCB 版有以下三種主要的劃分類(lèi)型： 單面板（Single-Sided Boards）在最基本的 PCB 上，零件集中在其中一面，導(dǎo)線(xiàn)則集中在另一面上。因?yàn)閷?dǎo)線(xiàn)只出現(xiàn)在其中一面，所以這種 PCB 叫作單面板（Single-

16、sided） 。因?yàn)閱蚊姘逶谠O(shè)計(jì)線(xiàn)路上有許多嚴(yán)格的限制（因?yàn)橹挥幸幻妫季€(xiàn)間不能交叉而必須繞獨(dú)自的路徑） ，所以只有早期的電路才使用這類(lèi)的板子。 雙面板（Double-Sided Boards）這種電路板的兩面都有布線(xiàn)，不過(guò)要用上兩面的導(dǎo)線(xiàn)，必須要在兩面間有適當(dāng)?shù)碾娐愤B接才行。這種電路間的“橋梁”叫做導(dǎo)孔（via） 。導(dǎo)孔是在 PCB 上，充滿(mǎn)或涂上金屬的小洞，它可以與兩面的導(dǎo)線(xiàn)相連接。因?yàn)殡p面板的面積比單面板大了一倍，而且因?yàn)椴季€(xiàn)可以互相交錯(cuò)（可以繞到另一面） ，它更適合用在比單面板更復(fù)雜的電路上 多層板（Multi-Layer Boards）為了增加可以布線(xiàn)的面積，多層板用上了更多單或雙面

17、的布線(xiàn)板。用一塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層或二塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層的印刷線(xiàn)路板，通過(guò)定位系統(tǒng)及絕緣粘結(jié)材料交替在一起且導(dǎo)電圖形按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行互連的印刷線(xiàn)路板就成為四層、六層印刷電路板了，也稱(chēng)為多層印刷線(xiàn)路板。板子的層數(shù)就代表了有幾層獨(dú)立的布線(xiàn)層，通常層數(shù)都是偶數(shù)，并且包含最外側(cè)的兩層。大部分的主機(jī)板都是 4 到 8 層的結(jié)構(gòu)，不過(guò)技術(shù)上理論可以做到近 100 層的 PCB 板。大型的超級(jí)計(jì)算機(jī)大多使用相當(dāng)多層的主機(jī)板，不過(guò)因?yàn)檫@類(lèi)計(jì)算機(jī)已經(jīng)可以用許多普通計(jì)算機(jī)的集群代替，超多層板已經(jīng)漸漸不被使用了。因?yàn)?PCB 中的各層都緊密的結(jié)合，一般不太容易看出實(shí)際數(shù)目，不過(guò)如果仔細(xì)觀察主機(jī)板，還

18、是可以看出來(lái)。2 2. .2 2 P PC CB B 制制作作工工藝藝 PCB 是如何制造出來(lái)的呢？我們打開(kāi)通用電腦的健盤(pán)就能看到一張軟性薄膜（撓性的絕緣基材） ，印上有銀白色（銀漿）的導(dǎo)電圖形與健位圖形。因?yàn)橥ㄓ媒z網(wǎng)漏印方法得到這種圖形，所以我們稱(chēng)這種印制線(xiàn)路板為撓性銀漿印制線(xiàn)路板。而我們?nèi)ル娔X城看到的各種電腦主機(jī)板、顯卡、網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器、聲卡及家用電器上的印制電路板就不同了。它所用的基材是由紙基（常用于單面）或玻璃布基（常用于雙面及多層） ，預(yù)浸酚醛或環(huán)氧樹(shù)脂，表層一面或兩面粘上覆銅簿再層壓固化而成。這種線(xiàn)路板覆銅簿板材，我們就稱(chēng)它為剛性板。再制成印制線(xiàn)路板，我們就稱(chēng)它為剛性印制線(xiàn)路板。

19、單面有印制線(xiàn)路圖形我們稱(chēng)單面印制線(xiàn)路板，雙面有印制線(xiàn)路圖形，再通過(guò)孔的金屬化進(jìn)行雙面互連形成的印制線(xiàn)路板，我們就稱(chēng)其為雙面板。如果用一塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層或二塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層的印制線(xiàn)路板，通過(guò)定位系統(tǒng)及絕緣粘結(jié)材料交替在一起且導(dǎo)電圖形按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行互連的印制線(xiàn)路板就成為四層、六層印制電路板了，也稱(chēng)為多層印制線(xiàn)路板。單面剛性印制板：?jiǎn)蚊娓层~板下料（刷洗、干燥）鉆孔或沖孔網(wǎng)印線(xiàn)路抗蝕刻圖形或使用干膜固化檢查修板蝕刻銅去抗蝕印料、干燥刷洗、干燥網(wǎng)印阻焊圖形（常用綠油） 、UV 固化網(wǎng)印字符標(biāo)記圖形、UV固化預(yù)熱、沖孔及外形電氣開(kāi)、短路測(cè)試刷洗、干燥預(yù)涂助焊防氧化劑（干燥）或噴錫熱

20、風(fēng)整平檢驗(yàn)包裝成品出廠。 雙面剛性印制板：雙面覆銅板下料疊板數(shù)控鉆導(dǎo)通孔檢驗(yàn)、去毛刺刷洗化學(xué)鍍（導(dǎo)通孔金屬化）（全板電鍍薄銅）檢驗(yàn)刷洗網(wǎng)印負(fù)性電路圖形、固化（干膜或濕膜、曝光、顯影）檢驗(yàn)、修板線(xiàn)路圖形電鍍電鍍錫（抗蝕鎳/金）去印料（感光膜）蝕刻銅（退錫）清潔刷洗網(wǎng)印阻焊圖形常用熱固化綠油（貼感光干膜或濕膜、曝光、顯影、熱固化，常用感光熱固化綠油）清洗、干燥網(wǎng)印標(biāo)記字符圖形、固化（噴錫或有機(jī)保焊膜）外形加工清洗、干燥電氣通斷檢測(cè)檢驗(yàn)包裝成品出廠。貫通孔金屬化法制造多層板工藝流程內(nèi)層覆銅板雙面開(kāi)料刷洗鉆定位孔貼光致抗蝕干膜或涂覆光致抗蝕劑曝光顯影蝕刻與去膜內(nèi)層粗化、去氧化內(nèi)層檢查（外層單面覆銅板線(xiàn)

21、路制作、B階粘結(jié)片、板材粘結(jié)片檢查、鉆定位孔）層壓數(shù)控制鉆孔孔檢查孔前處理與化學(xué)鍍銅全板鍍薄銅鍍層檢查貼光致耐電鍍干膜或涂覆光致耐電鍍劑面層底板曝光顯影、修板線(xiàn)路圖形電鍍電鍍錫鉛合金或鎳/金鍍?nèi)ツづc蝕刻檢查網(wǎng)印阻焊圖形或光致阻焊圖形印制字符圖形（熱風(fēng)整平或有機(jī)保焊膜）數(shù)控洗外形清洗、干燥電氣通斷檢測(cè)成品檢查包裝出廠。3 3 開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)平臺(tái) PROTEPROTEL L3 3.1.1 PROTEL99SEPROTEL99SE 介紹介紹 隨著電子工業(yè)發(fā)展的日新月異，大規(guī)模集成電路的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越普遍。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 EDA（Electronic Design Automation）如今已成為不可逆

22、轉(zhuǎn)的潮流。PROTEL 就是一套建立在 PC 環(huán)境下的 EDA 電路集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)。事實(shí)上，PROTEL 是世界上第一個(gè)將 EDA 環(huán)境引入 Windows 開(kāi)發(fā)環(huán)境的 EDA 開(kāi)發(fā)工具。自從 1991 年 PROTEL 公司推出了 Windows 平臺(tái)下的設(shè)計(jì)軟件 PROTEL for Windows1.0 以來(lái)，PROTEL 幾乎立刻成為廣大電路設(shè)計(jì)人員的首選，從而奠定了PROTEL 軟件在桌面 EDA 系統(tǒng)的領(lǐng)先地位。PROTEL 99 SE 是 PROTEL 公司于 2000 年推出的基于 Windows 平臺(tái)的第六代產(chǎn)品，它具有強(qiáng)大的自動(dòng)設(shè)計(jì)能力、高速有效的編輯功能、簡(jiǎn)捷方便的設(shè)計(jì)過(guò)程

23、管理 PDM，可完整地實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品從電學(xué)概念設(shè)計(jì)到生成物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全過(guò)程以及這中間的所有分析、仿真和驗(yàn)證。其主要的功能模塊，包括電路原理圖設(shè)計(jì)、印刷電路板設(shè)計(jì)、無(wú)網(wǎng)格布線(xiàn)器、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、電路圖模擬、仿真等。它集成了電路設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)環(huán)境。PROTEL 99 SE 憑借其強(qiáng)大的功能，極大地提高了產(chǎn)品的可靠性，縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)成本。今后必然成為廣大電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)工作者首選的計(jì)算機(jī)輔助電路線(xiàn)路設(shè)計(jì)軟件。（1）PROTEL99SE 組成PROTEL99SE 主要由兩部分組成，分別是電路設(shè)計(jì)部分，電路仿真和 PLD 設(shè)計(jì)部分。1)電路設(shè)計(jì)部分PROTEL99SE 中，電路設(shè)計(jì)部分主要包括原

24、理圖設(shè)計(jì)組件，PCB 設(shè)計(jì)組件和自動(dòng)布線(xiàn)組件等三個(gè)組件。 Advanced Schematic 99：是原理圖設(shè)計(jì)組件，主要用來(lái)編輯原理圖，編輯、生成、修改零件封裝和生成各種報(bào)表。 Advanced PCB 99：是 PCB 設(shè)計(jì)組件，主要用于設(shè)計(jì)生成電路板，修改、生成零件封裝以及電路板組件管理。 Advanced Route 99：自動(dòng)布線(xiàn)組件，主要用于進(jìn)行自動(dòng)布線(xiàn)。2)電路仿真和 PLD 設(shè)計(jì)部分電路仿真也有三個(gè)部分，主要是: Advanced PLD 99:主要用于可編程邏輯器件的設(shè)計(jì)，包括具有語(yǔ)法意識(shí)的文本編輯器，用于編譯和仿真設(shè)計(jì)結(jié)果的 PLD 以及用于觀察仿真波形。 Advance

25、d SIM 99：主要用于電路仿真，包括功能強(qiáng)大的數(shù)/?；旌闲盘?hào)電路仿真器，可以方便的進(jìn)行模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的仿真。 Advanced Integrity 99：主要用于高級(jí)信號(hào)完整性分析，包括一個(gè)高級(jí)信號(hào)完整性仿真器，能分析 PCB 設(shè)計(jì)和檢查設(shè)計(jì)參數(shù)，測(cè)試過(guò)沖、下沖、阻抗以及信號(hào)斜率。（2）PROTEL99SE 特性PROTEL99SE 的特點(diǎn)是支持模塊化設(shè)計(jì)，具有豐富的編輯功能，強(qiáng)大的電器檢查和向?qū)Чδ?，完善的?kù)元件管理和編輯功能以及方便的同步設(shè)計(jì)功能等，另外，作為運(yùn)行 WINDOWS 操作系統(tǒng)的完全 32 位 EDA 設(shè)計(jì)系統(tǒng)，PROTEL 99 SE 還具有 SmartTool、Sm

26、artDoc 和 SmartTeam 這三大特性，使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)有機(jī)地結(jié)合到了一起。 SmartTool：它將所有的設(shè)計(jì)工具集成在一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)境下，讓用戶(hù)感到更加獨(dú)立，直觀。通過(guò)設(shè)計(jì)管理器可以訪(fǎng)問(wèn)所有的 PROTEL 工具，而且允許用戶(hù)在設(shè)計(jì)管理器中編輯非 PROTEL 文件。 SmartDoc：所有文件都存儲(chǔ)在一個(gè)綜合設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便了對(duì)各種文件的有效管理。通過(guò)這個(gè)技術(shù)，不僅能夠包括 PROTEL 編輯器生成的文件，還能容納任何 WINDOWS 應(yīng)用程序建立的設(shè)計(jì)文件。 SmartTeam：利用該技術(shù)，多個(gè)設(shè)計(jì)者可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行進(jìn)行同一電路板的設(shè)計(jì)。在 Design Explorer 中內(nèi)置有

27、組管理共功能，為了方便管理設(shè)計(jì)組成員，可以定義組成員的權(quán)限，以及定義每個(gè)成員對(duì)于文件的訪(fǎng)問(wèn)，必要時(shí)，可以鎖定文件。另外，PROTEL 還具有信號(hào)完整性分析，混合信號(hào)仿真等特性，極大地方便了用戶(hù)的設(shè)計(jì)。3.23.2 PROTELPROTEL 設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)電路板最基本的過(guò)程可以分為三大步驟：(1)電路原理圖的設(shè)計(jì)電路原理圖的設(shè)計(jì)是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它決定了后面工作的進(jìn)程。一般的，設(shè)計(jì)一個(gè)電路原理的工作包括：設(shè)置電路圖紙參數(shù)，裝入所需的元件庫(kù)，防置元器件，進(jìn)行原理圖布線(xiàn)，調(diào)整，檢查及修改，最后存盤(pán)打印圖紙。（1） 啟動(dòng)原理圖編輯器（2） 設(shè)置圖紙參數(shù)（3） 放置元器件（4） 進(jìn)行原理圖布線(xiàn)

28、（5） 調(diào)整布線(xiàn)（6） 保存輸出（7） 存盤(pán)打印圖紙?jiān)谠韴D設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先設(shè)置好圖紙，網(wǎng)格和光標(biāo)，以及窗口大小，然后在元器件編輯器界面制作原理圖所需器件，創(chuàng)建新元件，產(chǎn)生元件報(bào)表，繪制原理圖設(shè)計(jì)進(jìn)階，做好元件的自動(dòng)編號(hào)，原理圖的電氣檢查，即 ERC。在這一過(guò)程中，要充分利用 PROTEL99 所提供的各種原理圖繪圖工具、各種編輯功能，來(lái)實(shí)現(xiàn)我們的目的，即得到一張正確、精美的電路原理圖。(2)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表設(shè)計(jì)原理圖的最終目的是要生成印刷電路板，二印刷電路板與原理圖的紐帶就是網(wǎng)絡(luò)表，故將設(shè)計(jì)完成的原理圖轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)表，是必經(jīng)之步，也是設(shè)計(jì)原理圖的主要目的。 生成網(wǎng)絡(luò)表的操作步驟： 打開(kāi)準(zhǔn)備產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表

29、的原理圖文件并執(zhí)行菜單命令 Design Create Netlist，系統(tǒng)將彈出 Netlist Creation 設(shè)置對(duì)話(huà)框，即根據(jù)網(wǎng)絡(luò)表的輸出格式和項(xiàng)目層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置。生成網(wǎng)絡(luò)表對(duì)話(huà)框包含 2 個(gè)選項(xiàng)卡：Preferences選項(xiàng)卡和 Trance Options 選項(xiàng)卡。 設(shè)置好后，進(jìn)行生成網(wǎng)絡(luò)表的過(guò)程，并生成網(wǎng)絡(luò)表文件。其文件名與主電路圖的文件名相同，擴(kuò)展名為 NET。（3）印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì)主要是針對(duì) PROTEL99 的另外一個(gè)重要的部分 PCB 而言的，PCB 圖的基本元素主要包括以下 6 種： 元件封裝：包括插件式元件封裝和 STM 元件封裝； 銅箔連線(xiàn)：銅箔

30、導(dǎo)線(xiàn)也稱(chēng)銅箔連線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)連線(xiàn)； 焊盤(pán)：用于固定元件引腳或引出線(xiàn)、測(cè)試線(xiàn)等； 過(guò)孔：過(guò)孔的作用是為了連接不同層面之間的導(dǎo)線(xiàn)； 字符絲印：為了方便電路板的安裝與維修，需要在 PCB 上下表面印制所需要的字符和標(biāo)志圖案等，入元件標(biāo)號(hào)和標(biāo)稱(chēng)值、元件外形和廠家標(biāo)志，生產(chǎn)日期等都需要通過(guò)絲網(wǎng)印刷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)； 敷銅（多邊形填充）：敷銅又叫鋪地，在設(shè)計(jì)完成全部布線(xiàn)后。為了提高電路板的抗干擾性能，有時(shí)候需要把電路板空白的地方全部做成一個(gè)電極。4.4. 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)4.14.1 原理圖設(shè)計(jì)的一般流程原理圖設(shè)計(jì)的一般流程一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)一個(gè)電路的原理圖主要包括設(shè)置編輯器參數(shù)、規(guī)劃布

31、局、放置元件、布線(xiàn)、檢查調(diào)整以及保存和輸出等步驟如圖 41 所示：?jiǎn)?dòng)原理圖編輯器設(shè)置工作參數(shù)檢查及修改布線(xiàn)和調(diào)整放置元件和布局生成報(bào)表保存輸出結(jié)束圖 4-1 原理圖設(shè)計(jì)的基本流程(1）啟動(dòng)原理圖編輯器首先需要啟動(dòng) PROTEL 99 SE 的原理圖編輯器,如圖 4-2 所示：圖 4-2 原理圖編輯器界面(2)設(shè)置圖紙及工作界面參數(shù)繪制原理圖之前需要根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容的復(fù)雜程度選擇合適的圖紙，并根據(jù)用戶(hù)的需要以及習(xí)慣對(duì)工作區(qū)進(jìn)行設(shè)置，方便具體的原理圖設(shè)計(jì)操作。(3)放置元件和布局規(guī)劃元件布局，從元件庫(kù)中找到所需的元件，并放置到圖紙上。然后對(duì)元件的標(biāo)號(hào)、屬性等進(jìn)行設(shè)置。元件的布局一般遵循以下幾個(gè)原則：

32、 同一功能模塊盡量放到一起，可以方便的理解電路結(jié)構(gòu)，同時(shí)便于管理。 元件的擺放有利于布線(xiàn)，方便進(jìn)行布線(xiàn)操作。 美觀。（4）布線(xiàn)和調(diào)整放置好元件后就可以將各個(gè)引腳按功能用導(dǎo)線(xiàn)連接到一起了，同時(shí)根據(jù)布線(xiàn)的需要對(duì)元件布局進(jìn)行一些調(diào)整。這一步驟也可與（3）交錯(cuò)進(jìn)行，目的都是為了便于達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(5)對(duì)原理圖進(jìn)行檢查和修改完成原理圖的繪制后還需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的檢查和修改。主要包括兩部分：一是確保原理圖繪制的正確性，沒(méi)有疏漏和誤連接，這一點(diǎn)可以借助PROTEL 99 SE 提供的電氣檢查功能（DRC）來(lái)實(shí)現(xiàn)；二是從邏輯上檢查所設(shè)計(jì)的電路是否能是實(shí)現(xiàn)所需要的功能，及設(shè)計(jì)者需要對(duì)自己的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行反思，確

33、保電路在原理上的正確性，這一點(diǎn)非常重要，一個(gè)電路設(shè)計(jì)最終能夠正確、可靠的實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。往往取決于設(shè)計(jì)者的思路是否正確、對(duì)可能遇到的問(wèn)題是否做了充分的考慮，這也從根本上評(píng)判了電路設(shè)計(jì)的好壞。對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行充分的檢查，盡可能的把問(wèn)題在原理設(shè)計(jì)階段解決，能夠極大地提高電路設(shè)計(jì)的效率，減少返工的次數(shù)，從而能夠有效地縮短整個(gè)設(shè)計(jì)周期、降低設(shè)計(jì)成本。否則等到了完成 PCB 的設(shè)計(jì)甚至已經(jīng)加工電路板才發(fā)現(xiàn)原理圖設(shè)計(jì)上的疏漏，就會(huì)造成極大的人力和物力的浪費(fèi)。(6)生成網(wǎng)絡(luò)表等報(bào)表 設(shè)計(jì)好原理圖之后需要生成網(wǎng)絡(luò)表，用以進(jìn)行后續(xù)的 PCB 設(shè)計(jì)，還可以選擇元件清單等各種報(bào)表，用以進(jìn)行器件的購(gòu)買(mǎi)以及進(jìn)行電路評(píng)判等工作

34、。(7)保存輸出 對(duì)最終完成的原理圖設(shè)計(jì)要進(jìn)行保存，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中也要經(jīng)常對(duì)設(shè)計(jì)資料進(jìn)行保存，避免發(fā)生意外導(dǎo)致設(shè)計(jì)資料的丟失。如果需要可以將原理圖打印輸出。4.24.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路系統(tǒng)框圖單片機(jī)最小系統(tǒng)電路系統(tǒng)框圖 圖 4-3 單片機(jī)最小系統(tǒng)總體框圖4.34.3 層次原理圖的設(shè)計(jì)層次原理圖的設(shè)計(jì)（1）層次原理圖的概念 層次原理圖的設(shè)計(jì)是在實(shí)踐基礎(chǔ)上提出的一種先進(jìn)的電路設(shè)計(jì)方法。當(dāng)設(shè)計(jì)的電路規(guī)模比較大的時(shí)候，往往整個(gè)系統(tǒng)不能自一張?jiān)韴D上繪出，還會(huì)出現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)難以有一個(gè)人在短期內(nèi)繪出的情況，這時(shí)候就不能簡(jiǎn)單的進(jìn)行繪圖，而在繪圖之前需要考慮如何分配電路設(shè)計(jì)內(nèi)容，從而使設(shè)計(jì)能夠有效地進(jìn)行，這

35、就需要層次電路圖的設(shè)計(jì)。層次電路圖的設(shè)計(jì)思路是這樣的：將復(fù)雜系統(tǒng)按照功能要求分解成若干個(gè)子模塊，如果需要，還需要分解成更小的基本模塊，各個(gè)模塊之間設(shè)計(jì)好模塊接口，上層原理圖之負(fù)責(zé)根據(jù)需要對(duì)各個(gè)模塊的接口進(jìn)行合適的連接，而不關(guān)心電路細(xì)節(jié)，具體的電路設(shè)計(jì)在底層模塊電路設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)，底層模塊的電路設(shè)計(jì)要能夠滿(mǎn)足接口的要求，這樣的電路設(shè)計(jì)就能夠得到完整并且符合功能要求的電路設(shè)計(jì)了。從設(shè)計(jì)思路中可以清晰地看到層次電路圖的優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)清晰、便于任務(wù)分配。層次原理圖的設(shè)計(jì)過(guò)程如圖 4-4 所示：圖 4-4 層次原理圖的設(shè)計(jì)過(guò)程（2）層次原理圖的優(yōu)點(diǎn)電路結(jié)構(gòu)清晰；通過(guò)對(duì)大規(guī)模電路的分解，形成了以某一功能為核心

36、的子模塊的概念，而整體電路由各功能模塊連接而成，能夠很容易的理解電路工作原理，從而對(duì)設(shè)計(jì)思路有很好的把握，不易產(chǎn)生混亂。便于對(duì)項(xiàng)目的管理：由于整個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)按功能分解為小的子模塊，各模塊之間層次分明，結(jié)構(gòu)清晰，接口規(guī)范要求明確，一旦某一部分出現(xiàn)問(wèn)題，能夠根據(jù)問(wèn)題影響的性能要求很快找到問(wèn)題出現(xiàn)的具體電路，便于對(duì)錯(cuò)誤的查找和更正。同時(shí)也利于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，由于各模塊電路相對(duì)獨(dú)立，對(duì)于一個(gè)模塊只要保證滿(mǎn)足接口要求，完全可以采用更有效、更合適的電路替代原來(lái)的電路，這樣不需要改動(dòng)其他模塊電路，僅需要某些子模塊進(jìn)行改進(jìn)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路整體進(jìn)行改善。利于分工合作：對(duì)于大型項(xiàng)目，將電路分解為功能子模塊后，各個(gè)

37、子模塊完全可以由不同的人同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，只要保證接口的設(shè)計(jì)符合要求，最后就可以得到正確完整的電路設(shè)計(jì)。能夠提高效率，縮短項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)間：首先通過(guò)分工合作，整個(gè)項(xiàng)目的各個(gè)部分可以同時(shí)進(jìn)行，這樣就可以極大地節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間。另外根據(jù)功能要求還可以將模塊電路設(shè)計(jì)成通用電路，這樣的項(xiàng)目及其他部分弱需要相同的時(shí)間，只要將該模塊整合到相應(yīng)的外置，從而節(jié)省了重復(fù)繪電路的時(shí)間，這樣也就提高了設(shè)計(jì)效率。4.44.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)各模塊單片機(jī)最小系統(tǒng)各模塊（1）89C51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖89C51 內(nèi)部集成了 CPU、RAM、ROM 定時(shí)/計(jì)數(shù)器和 I/O 口等各功能部件，并由內(nèi)部總線(xiàn)把這些部件連接在一起。89C5

38、1 單片機(jī)內(nèi)部包含以下一些功能部件：一個(gè) 8 位 CPU;一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；4KB ROM(80C51 有 4KB 掩膜 ROM,87C51 有 4KB EPROM,80C31 片內(nèi)無(wú) ROM)；1288 內(nèi) RAM；可尋址 64KB 的外 ROM 和外 RAM 控制電路；兩個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；21 個(gè)特許功能寄存器；4 個(gè) 8 位并行 I/O 口，共 32 條可編程 I/O 端線(xiàn)一個(gè)可編程全雙工串行口；5 個(gè)中斷源，可設(shè)置成 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)。89C51 單片機(jī)一般采用雙列直插 DIP 封裝，共 40 個(gè)引腳，圖 3-3 為引腳圖和邏輯符號(hào)。40 個(gè)引腳大致可分為 4 類(lèi)：電源、時(shí)

39、鐘、控制和 I/O 引腳圖 4-5 89C51 引腳圖及邏輯符號(hào)(1)電源 Vcc芯片電源，接+5V； Vss接地端。 時(shí)鐘: XTAL1、XTAL2晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。使用內(nèi)部振蕩電路時(shí)外接石英晶體?？刂凭€(xiàn): 控制線(xiàn)共有 4 根，其中 3 根是復(fù)用線(xiàn)。所謂復(fù)用線(xiàn)是指具有兩種功能，正常使用時(shí)時(shí)一種功能，在某種條件下市另一種功能。ALE/PRDG地址鎖存允許/片內(nèi) EPROM 編程脈沖。ALE 功能：用來(lái)鎖存 po 口送出的低 8 位地址。80C51 在并行擴(kuò)展外存儲(chǔ)器（包括并行擴(kuò)展 I/O 口）時(shí)，po 口用于分時(shí)傳送 8 位地址和數(shù)據(jù)信號(hào)，且均為二進(jìn)制數(shù)。那么如何區(qū)分是低 8 位

40、地址還是 8位數(shù)據(jù)信號(hào)呢？當(dāng) ALE 信號(hào)有效時(shí)，po 口傳送的是低 8 位地址信號(hào)；ALE 信號(hào)無(wú)效時(shí)，po 口傳送的是 8 位數(shù)據(jù)信號(hào)。在 ALE 信號(hào)的下降沿，鎖定 po 口傳送的內(nèi)容，即低 8 位地址信號(hào)。 需要指出的是，當(dāng) CPU 不執(zhí)行訪(fǎng)問(wèn)外 RAM 指令（MOVX）時(shí)，ALE 以時(shí)鐘振蕩頻率 1/6 的固定頻率輸出，因此 ALE 信號(hào)也可作為外部芯片 CLK 時(shí)鐘或其他需要。但是，當(dāng) CPU 執(zhí)行 MOVX 指令時(shí)，ALE 將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。 ALE 端可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 門(mén)電路。PROG 功能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在EPROM 編程期間，此引腳輸入編程脈

41、沖。SEN外 ROM 讀選通信號(hào)。 80C51 讀外 ROM 時(shí)，沒(méi)個(gè)機(jī)器周期內(nèi) PSEN 兩次有效輸出。PSEN 可作為外ROM 芯片輸出允許 OE 的選通信號(hào)。在讀內(nèi) ROM 或讀外 RAM 時(shí)，PSEN 無(wú)效。PSEN 可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 門(mén)電路。RST/Vpd復(fù)位/備有電源。正常工作時(shí)，RST(Reset)端位復(fù)位信號(hào)輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平，80C51 芯片即實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后一切從頭開(kāi)始，COU 從 000H 開(kāi)始執(zhí)行指令。P0 口：P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)

42、，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門(mén)電流。P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。 P2 口：P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè)

43、TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3 口：P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè)TTL 門(mén)電流。當(dāng) P3 口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作

44、為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3 口作為 AT89C51 的一些特殊功能口。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，

45、將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效（2）晶振電路模塊單片機(jī)晶振電路分內(nèi)部和外部時(shí)鐘兩種方式。晶振是電路中常用用的時(shí)鐘元件,全稱(chēng)是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確

46、的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬(wàn)分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱(chēng)為壓控振蕩器（VCO） 。 晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。 晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來(lái)提供。內(nèi)部時(shí)鐘方式 最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式采用外接晶體和電容組成并聯(lián)諧振電路。MCS51 單片機(jī)允許的震蕩晶體頻率范圍 1.224MHZ，一般為 11

47、.0529。電容 C1,C2 的取值對(duì)振蕩器的頻率輸出穩(wěn)定性，大小以及振蕩電路的起振速度有一定影響，一般在 20100pF 直接選擇，典型值為 30pF圖 4-6 晶振震蕩圖外部時(shí)鐘電路 外部方式就是利用外部震蕩信號(hào)直接 X1 或 X2，由于 HMOCS或者 CHMOS 單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)入引腳不同，其外部震蕩信號(hào)源接入的方式也不同。圖 4-7 晶振模塊圖（3）A/D 轉(zhuǎn)換模塊TLC1543 為 20 腳封裝的 CMOS10 位開(kāi)關(guān)電容逐次 A/D 逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，A0-A10 為 11 路模擬輸入端，REF+ 和 REF- 為基準(zhǔn)電壓正負(fù)端，ADDRESS 為串行數(shù)據(jù)輸入端，用于輸入 4 位端

48、口地址 DATA OUT 為 A/D 數(shù)據(jù)輸出端，I/O CLOCK為數(shù)據(jù)輸入輸出提供同步時(shí)鐘。A/D 轉(zhuǎn)換中，ADDR 用于選擇模擬通道，此時(shí)只有傳輸?shù)那八奈挥行?，ADDR 為十位數(shù)據(jù)，在 D/A 工作時(shí)，ADDR 用于傳送待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，此時(shí)十位數(shù)據(jù)均有效。A/D 轉(zhuǎn)換中，REF- =0， REF+ =Vcc;當(dāng)AIN=Vcc 時(shí)，Dout=0 x3FFAIN/Vcc(轉(zhuǎn)換精度為十位)。如圖 4-7 所示：圖 4-8 A/D 轉(zhuǎn)換模塊（4）D/A 轉(zhuǎn)換模塊TLC5615 是一個(gè)串行 10 位數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換器(DAC), 性能比電流型輸出的 DAC 要好，只需要通過(guò) 3 根串行總線(xiàn)就可以完成

49、10 位數(shù)據(jù)的串行輸入，易于和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的微處理器或微控制器(單片機(jī)) 接口。DIN 作為串行二進(jìn)制數(shù)輸入端； SCLK 作為串行時(shí)鐘輸入端；CS 則作為芯片選擇端口。利用 STC89C51 單片機(jī)的通用 I/O 口( P1 口) 與 TLC5615 連接 構(gòu)成 DAC 電路，電路中分別用單片機(jī)的 P1.6 、P1.3 模擬時(shí)鐘 SCLK 和片選 CS , 待轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)從 P1.5 輸入到TLC5615 的數(shù)據(jù)輸入端 DIN 。D/A 轉(zhuǎn)換中，當(dāng) AOUT=REFIN 時(shí)，DIN=0 x3FF, 有AOUT=DINREFIN/0X3FF。如圖 4-8 所示：圖 4-9 D/A轉(zhuǎn)換模塊(5)

50、復(fù)位電路復(fù)位電路和時(shí)鐘電路是維持單片機(jī)最小系統(tǒng)運(yùn)行的基本模塊。復(fù)位電路通常分為兩種：上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。RST單單單C1R1GNDVCCRST單單單C2R2GNDVCCR3S?SW-PB圖 4-10 上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位電路圖 有時(shí)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)程序跑飛的情況，在程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中，經(jīng)常需要手動(dòng)復(fù)位。高頻率的時(shí)鐘有利于程序更快的運(yùn)行，也有可以實(shí)現(xiàn)更高的信號(hào)采樣率，從而實(shí)現(xiàn)更多的功能。但是對(duì)系統(tǒng)要求較高，而且功耗大，運(yùn)行環(huán)境苛刻?？紤]到單片機(jī)本身用在控制，并非高速信號(hào)采樣處理，所以選取合適的頻率即可。合適頻率的晶振對(duì)于選頻信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)確度都有好處。圖 4-11 復(fù)位電路圖(6) 電源部分設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)

51、是由外部提供 5V 電源，使用的 USB 插座的封裝，可以直接和電腦的 USB 插座相連。通過(guò) P10 控制二極管的亮與滅。當(dāng) USB 處接入時(shí)，可以通過(guò)觀察二接管變亮與滅了解電路工作與否。電源部分原理圖如圖 4-11 所示：圖 4-12 電源部分原理圖（7）RS 通信協(xié)議RS-232-C 是 OSI 基本參考模型物理層部分的規(guī)格，它決定了連接器形狀等物理特性、以 0 和 1 表示的電氣特性及表示信號(hào)意義的邏輯特性。圖 4-13 RS 通信協(xié)議RS-232-C 是 EIA 發(fā)表的，是 RS-232-B 的修改版。本來(lái)是為連接模擬通信線(xiàn)路中的調(diào)制解調(diào)器等 DCE 及電傳打印機(jī)等 DTE 拉接口而

52、標(biāo)準(zhǔn)化的?，F(xiàn)在很多個(gè)人計(jì)算機(jī)也用 RS-232-C 作為輸入輸出接口，用 RS-232-C 作為接口的個(gè)人計(jì)算機(jī)也很普及。 RS-232-C 所使用的連接器為 25 引腳插入式連接器，一般稱(chēng)為 25 引腳D-SUB。DTE 端的電纜頂端接公插頭， DCE 端接母插座。 RS-232-C 所用電纜的形狀并不固定，但大多使用帶屏蔽的24 芯電纜。電纜的最大長(zhǎng)度為 15m。使用 RS-232-C 在 200K 位/秒以下的任何速率都能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。4.54.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路總原理圖單片機(jī)最小系統(tǒng)電路總原理圖將單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的各個(gè)模塊分別設(shè)計(jì)完之后，將其組合在一起，即得到如圖 4-13 所示

53、的原理總圖。EA/VP31X 119X 218RESET9RD17WR16IN T012IN T113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29A LE/P30TXD11RXD10STC89C51CRY STALA 01A 12A 23A 34A 45A 56A 67A 78A 89EOC19I/Oclk18A DD17D OU T16CS15REF+14REF-13A 1012A 91

54、1TLC1543TLC1543D IN1SCLK2CS3D out4O UT7REF6TLC5615TLC5615P15P16P13O UTREFINP17P14P15P16V CCP00P01P02P03P04P05P06P07P08P00P01P02P03P04P05P06P07P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P23P24P25P26P27P20P21RST+C110uR110kV CCRSTX 1X 2X 1X 2DA位位位位AD位位位位位位位位位位位位位位ST C89C51C222uC322u162738495J1D B9S0SW-PBD 1LEDV

55、CCR2470R1IN13R2IN8T1IN11T2IN10R1OU T12R2OU T9T1OU T14T2OU T7C1+1C2+4C1-3C2-5U 0MA X 232R2INR2INTXDRXDC40.1u0.1uC5V CCT2OT2O12345678J2CON 812345678J3CON 812345678J4CON 8P00P01P02P03P04P05P06P07P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P23P24P25P26P27RXDTXDP101234JU SBV CCG NDG NDRS位位位位位位位位圖 4-14 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路總原理圖

56、5.5. 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 PCBPCB 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)5.15.1 PCBPCB 設(shè)計(jì)的一般流程設(shè)計(jì)的一般流程 PCB 版圖設(shè)計(jì)一般流程如圖 5-1 所示：原理圖設(shè)計(jì)配置 PCB 編輯環(huán)境對(duì)元件進(jìn)行布局引入網(wǎng)絡(luò)表規(guī)劃電路板PCB 布線(xiàn)規(guī)則檢查導(dǎo)出 PCB 文件以及打印圖 5-1 PCB 設(shè)計(jì)流程圖 原理圖設(shè)計(jì)在進(jìn)行 PCB 設(shè)計(jì)之前一般都需要先進(jìn)行原理圖的繪制，設(shè)計(jì)電路從邏輯上所需實(shí)現(xiàn)的功能，然后指定好各個(gè)元件的封裝信息，生成網(wǎng)絡(luò)表。如果電路簡(jiǎn)單，也可以通過(guò) PCB 編輯器直接設(shè)計(jì)印制電路板，但這種情況不多。配置 PCB 編輯環(huán)境在進(jìn)行 PCB 設(shè)計(jì)之前，需要對(duì)編輯環(huán)境參數(shù)做一

57、些設(shè)置，包括設(shè)置電路格點(diǎn)類(lèi)型選擇、光標(biāo)樣式、電路板板層設(shè)置等。其中板層設(shè)置需要根據(jù)設(shè)計(jì)的電路情況進(jìn)行選擇，其他環(huán)境參數(shù)用戶(hù)可以根據(jù)個(gè)人習(xí)慣進(jìn)行設(shè)置，一般采用默認(rèn)即可。 規(guī)劃電路板PCB 設(shè)計(jì)首先要根據(jù)電路進(jìn)行這個(gè)整體規(guī)劃，主要是大概確定電路板的屋里尺寸，一般處于成本和設(shè)計(jì)要求的考慮需要電路板盡量小，到尺寸過(guò)小又會(huì)導(dǎo)致走線(xiàn)困難等問(wèn)題，所以需要綜合考慮。電路板尺寸可以在進(jìn)行元件布局時(shí)進(jìn)一步調(diào)整，但一般要在布線(xiàn)之前確定最終尺寸。 引入網(wǎng)絡(luò)表網(wǎng)絡(luò)表是原理圖同 PCB 之間的橋梁。通過(guò)引入網(wǎng)絡(luò)表，原理圖中的元件封裝就會(huì)引入到 PCB 編輯器中，同事根據(jù)原理圖的定義確定各個(gè)元件引腳之間電氣邏輯連接關(guān)系。P

58、ROTEL99SE 提供了原理圖到 PCB 的直接同步功能，其實(shí)質(zhì)上同引入網(wǎng)絡(luò)表的作用是一樣的。 元件布局通過(guò)網(wǎng)絡(luò)表引入的元件封裝就代表著實(shí)際元件的安放位置，調(diào)整其相互之間的位置關(guān)系就是布局要完成的工作。在進(jìn)行元件布局時(shí)要綜合考慮走線(xiàn)以及功能等各種因素，良好的布局要保證電路功能的正常實(shí)現(xiàn)、避免元件之間的相互干擾，同事還要便于走線(xiàn)以及便于閱讀。合理的布局是保證電路板正常工作的基礎(chǔ)，對(duì)后面的布線(xiàn)工作也有很大影響，在設(shè)計(jì)時(shí)要多加考慮。PROTEL 99 SE 提供了自動(dòng)布局功能，但是精確度不夠理想，因此在設(shè)計(jì)中一般都采用手工布局，如果設(shè)計(jì)的電路很復(fù)雜，用到的元件很多，可以先使用自動(dòng)布局功能進(jìn)行整體布

59、局，然后對(duì)局部在進(jìn)行細(xì)致的手工修改。布線(xiàn)布線(xiàn)是 PCB 的關(guān)鍵步驟，布線(xiàn)的成功與否直接決定了電路板的功能是實(shí)現(xiàn)。PROTEL 99 SE 提供了強(qiáng)大的自動(dòng)布線(xiàn)功能，用戶(hù)可以通過(guò)設(shè)置布線(xiàn)規(guī)則對(duì)導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)寬、平行線(xiàn)間距、倒孔大小等各種參數(shù)加以約束，從而布置出既符合制作工藝要求又滿(mǎn)足用戶(hù)需求的導(dǎo)線(xiàn)。自動(dòng)布線(xiàn)完成后。系統(tǒng)會(huì)給出布線(xiàn)成功率，導(dǎo)線(xiàn)總數(shù)等提示。對(duì)于不符合要求的線(xiàn)路，用戶(hù)可以手工進(jìn)行調(diào)整。 規(guī)則檢查PROTEL 99 SE 提供規(guī)則檢查功能，用于檢查 PCB 的設(shè)計(jì)是否符合設(shè)置的規(guī)則，防止出現(xiàn)疏忽等原因?qū)е碌腻e(cuò)誤。 導(dǎo)出 PCB 以及打印完成 PCB 設(shè)計(jì)并檢查無(wú)誤后即可將 PCB 文件導(dǎo)出，提供

60、給加工商進(jìn)進(jìn)行電路板的加工制作。對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果還可以打印輸出，便于對(duì)照查看。5.25.2 重要重要概念概念（1）導(dǎo)線(xiàn)：導(dǎo)線(xiàn)是印制電路板上不知的銅質(zhì)線(xiàn)路，也稱(chēng)銅模導(dǎo)線(xiàn)，用于傳遞電流信號(hào)，是吸納電路的物理連接。導(dǎo)線(xiàn)從一個(gè)焊點(diǎn)走向另外一個(gè)焊點(diǎn)，其寬度、走線(xiàn)路徑等對(duì)整個(gè)電路板的性能有著直接的影響。印制電路板的設(shè)計(jì)主要包含兩個(gè)部分，一個(gè)是元件的布局，另一個(gè)就是導(dǎo)線(xiàn)的布置，電路板設(shè)計(jì)工作的很大一部分是圍繞如何布置導(dǎo)線(xiàn)來(lái)進(jìn)行的，是電路板設(shè)計(jì)的核心。（2）飛線(xiàn)：用來(lái)表示連接關(guān)系的線(xiàn)。它只表示焊盤(pán)之間有連接關(guān)系，是一種形式上的連接，并不具備實(shí)質(zhì)性的電氣連接關(guān)系。飛線(xiàn)在手工布線(xiàn)時(shí)可起引導(dǎo)作用，從而方便手工布線(xiàn)。飛線(xiàn)是