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PCB设计报告
杭州电子科技大学实验报告
课程名称:
指导老师:
专业:
姓名:
学号:
班级:
PCB电路设计
一、实验目的
1、熟悉印制电路板设计软件altiumdesigner6.3;
2、能熟练运用AD6.3软件进行原理图设计和PCB设计;
3、熟练对89C52单片机相关的系统进行电路原理图设计和PCB设计。
二、原理框图
要求任务及自主设计:
1、89C52单片机最小系统的构成及设计,包括:
时钟、复位、电源、单片机、按键和显示。
2、在此基础上完成室内环境监测系统设计,包括光照、湿度、温度和报警功能。
3、自主设计,增加实时时钟显示电路。
三、方案论证
1、显示电路:
方案一:
采用LED液晶显示屏1602,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字图形,显示多样,清晰可见。
方案二:
采用LED七段数码显示管,需要译码管驱动,硬件复杂且功能单一。
综上,由于实验有显字要求,选择方案一。
2、温湿度电路:
方案一:
温度和湿度分开测量,采用温度传感器AD590和湿度传感器HS1100/HS1101,两个分开测量简单,但器件多。
方案二:
采用SHT10温湿度传感器,两者功能集于同一芯片,更为方便。
综上,选择方案二。
四、原理图的设计
1、单片机89C52
89C52有40个引脚,按功能可分为电源、时钟、控制和I/O引脚。
VCC芯片电源,接+5V,VSS接地GND。
XTAL1、XTAL2:
晶体振荡电路反相输入端和输出端。
四条控制线:
ALE/PROG:
地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲。
PSEN:
外ROM读选通信号。
RST:
复位信号输入端。
EA/VPP:
内外ROM选择端/片内EPROM编程电源。
I/O线:
P0.0~0.7:
输出能力最强的端口,可带8个TTL负载。
当作I/O端口时,端口内部输出电路呈”开路结构“,当驱动MOS负载时,应接一个10K左右的上拉电阻,否则无法输出高电平。
当作扩展方式用时,P0口成为外部存储器提供低八位地址和数据的”复用总线“。
P1.0~1.7:
功能单一的I/O端口,负载恩呢管理为4个TTL负载。
P2.0~2.7:
功能与P0端口类似,不过是作普通的I/O端口和提供系统扩展时的总线方式(高八位地址总线)。
P3.0~3.7:
具有两种用途,作I/O端口时功能同P2端口;引脚还具有第二功能,一般不做I/O端口,主要突出使用第二功能。
单片机89C52原理图如下:
2、电源电路
电源电路采用L7805芯片,是一个输出为正5V直流电压的稳压器。
C1、C2分别是输入端和输出端的滤波电容,取值如图,作用是将脉动直流变换成比较平滑的直流,滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波。
输入电压即纹波电压中的低值点,必须高于所需输出电压2V以上。
电源电路原理图如下:
3、晶振电路
89C52内部有一个用语构成内部振荡器的高增益反相放大电路,XATL1、XATL2分别是该放大器的输入和输出端,外接石英晶体以及C1、C2(取值如图)接在放大器的反馈回路中,构成并联振荡电路。
单片机的工作频率取决于外接晶体的振荡频率,晶振频率越低系统越稳定。
晶振电路原理图如下:
4、复位电路
复位电路的基本功能是:
系统上电时提供复位信号,直至系统电源稳定后,撤销复位信号。
RC复位电路可以实现上述基本功能,我所画的复位电路为高电平有效。
复位电路原理图如下:
5、按键电路
常用的非编码键盘,每个键都是一个常开开关电路。
因为记数器的记数速度非常快,按键、触点等接触时会有多次接通和断开的现象。
我们感觉不到,可是记数器却都记录了下来。
比如,虽然只按了1下,记数器可能记了3下。
因此,使用按键的记数电路都会增加单稳态电路记数错误,所以计数器输入脉冲最好不要直接接普通的按键开关。
利用电容的放电延时,采用并联电容法,即可以实现硬件消抖,如图每个开关分别并联上容值为0.1UF的电容。
当然RS触发器也是常用的硬件去抖,同时也有软件去抖,这里就不过多介绍。
按键电路原理图如下:
6、显示电路
采用LED液晶显示屏1602,此处采用1602标准16脚(带背光)接口。
1602的3脚为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。
引脚说明如下:
显示电路原理图如下:
7、实时时钟电路
DS1302时钟芯片包括实时时钟/日历和31字节的静态RAM。
它经过一个简单的串行接口与微机处理通信,实时时钟/日历提供秒、分、时、日、周、月和年等信息。
对于小雨31天的月和月末的日期自动进行调整,还包括闰年矫正的功能。
时钟的运行可以采用24h或AM/PM的12h格式。
采用闪现接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次穿上多个字节的时钟信号或RAM数据。
DS1302有主电源/后备电源引脚:
VCC1在单电源与电池供电的系统中提供低电源,并提供低功率的电池备份;VCC2在双电源系统中提供主电源,在这种运用方式中,VCC1链接到备份电源,以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据。
DS1302由VCC1或VCC2中较大者供电,当VCC2大于VCC1+0.2V时,VCC2给DS1302供电;当VCC2小于VCC1时,DS1302由VCC1供电。
实时时钟电路原理图如下:
8、光敏电路
光敏电阻会感应光照强度的变化,自己电阻随着光强度的增加而减小,进而通过电阻上的电压变化来反应光照强度的变化。
传感器输出变化的电压信号给控制器,控制器根据接收到的信号的变化来决定下一步将要执行的动作。
光敏电阻是一种非常常用的光电元件,它可以十分快捷的反正出光照的变化,应用电路也十分的简单、实用。
ADC0832是适应一般的模拟量转换要求的模数转换器,芯片转换时间仅为32us,双数据输出可作为数据校验以减少数据误差,转换速度快且稳定性能强。
正常情况下ADC0832与单片机的接口为CS、CLK、DO、DI这4条数据线。
由于DO端和DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的,所以电路设计将DO和DI并联在一根数据线上使用。
光敏电路原理图如下:
9、温湿度电路
SHT10的湿度检测运用电容式结构,并采用具有不同保护的“微型结构”检测电极系统与聚合物覆盖层来组成传感器芯片的电容,除保持电容式湿敏器件的原有特性外,还可抵御来自外界的影响。
SHT10的每一个传感器都是在极为精确的湿度室中校准的。
SHT10传感器的校准系数预先存在OTP内存中。
经校准的相对湿度和温度传感器与一个14位的A/D转换器相连,可将转换后的数字温湿度值送给二线I2C总线器件,从而将数字信号转换为符合I2C总线协议的串行数字信号。
由于将传感器与电路部分结合在一起,因此,该传感器具有比其它类型的湿度传感器优越得多的性能。
首先是传感器信号强度的增加增强了传感器的抗干扰性能,保证了传感器的长期稳定性,而A/D转换的同时完成,则降低了传感器对干扰噪声的敏感程度。
温湿度电路原理图如下:
10、报警电路
本设计采用蜂鸣音报警电路,压电式蜂鸣器约需10mA的驱动电流,可以使用TTL系列集成电路7406或7407低电平驱动,也可以用一个晶体三极管驱动。
如图,P2.6接晶体管基极输入端,当P2.6输出高电平“1”时,晶体管导通,压电蜂鸣器两端获得约+5V电压而鸣叫;当P2.6输出低电平“0”时,三极管截止,蜂鸣器停止发声。
本设计是为在温湿度测量中对温湿度的上下限超出时提示报警,接口位于单片机89C52的P2.6端口,当温湿度过限时,P2.6端口被置0,本系统开始工作。
报警电路原理图如下:
五、PCB设计
在测试完原理图无误后,便开始PCB版图的绘制。
首先尽量把相近的元器件有序的排在附近,同时尽量保持整个版图呈矩形状。
所有地线走线尽量宽,25-50mil。
所有IC电源/地间的电容走线尽量短,并不使用过孔。
双面板中没有地线层,晶振电容地线应使用尽量宽的短线连接至器件上离晶振最近的GND引脚,且尽量减少过孔,基本运用系统的自动布线,然后稍作手动修改。
六、实验所遇问题及解决办法
1、画原理图时,对某些电路的连接方式不了解,在XX文库和知道里找寻资料的同时也积极询问同学,从而更高效的了解所需电路。
2、有很多少见的元器件在软件的库里往往找不到,所以咨询了学长,了解到要先知道元器件的用途及分类,再从老师提供的库中按分类寻找就简单多了;若实在找不到,也能通过找到芯片的资料,查看其封装,采用类似的排针进行代替。
3、画图常会出现小错误,比如放置标号时,未放在有效位置,在排错时因为对相关专业英语术语的不熟悉,不知道错误所在,然后经翻译查询得知并改正。
4、PCB版图的绘制时,问题不多,主要是软件规则的局限性导致一些小麻烦,很多地方被默认成错误,不过稍作系统设置就好了。
七、心得体会
通过这次为期两周的短学期,我学到了原理图和PCB版图的绘制,熟悉掌握了AD10的使用,对单片机89C52也有了进一步的认识,虽然还没有进行深入的了解,软件程序方面也没有进行研究与学习,但是对大概用途已经有所了解,单片机的功能之强大,让我对以后的学习充满了好奇与期待。
在这段期间,我作为一个初学者,遇到了许多或大或小的问题,在同学和学长的帮助下,一步步的解决了所遇到的困难,也在每次上网查询资料的过程中一点点的了解了各种芯片(LED1602、DS1302、L7805、ADC0832和SHT10)的性能与用途。
虽然觉得期间的过程很艰辛繁琐,但是收获仍超乎我的想象,对于以后毕业设计的帮助也是不可小觑的。
八、参考文献
[1]童诗白.模拟电子技术基础.高等教育出版社
[2]何立民著,单片微型计算机原理及应用.航空航天大学出版社
[3]高鹏著,PROTEL入门与提高.人民邮电出版社
原理图
PCB版图
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