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《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：-1-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图绘制.................................................................................-3-3.PCB制板......................................................................................................-4-三、电路原理图绘制..........................................................................................-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.软件调试...................................................................................................-10-2.硬件调试...................................................................................................-11-六、总结...........................................................................................................-12--2-一、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。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，是外接晶振的另一-3-个输入引脚。RESET（引脚9）：复位端。PA0~PA7（引脚40~33）：双向输入/输出端口。PB0~PB7（引脚1~8）：双向输入/输出端口。PC0~PC7（引脚22~29）：双向输入/输出端口。PD0~PD7（引脚14~21）：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接口等元件的封装；在原理图中执行Design菜单中的UpdataPCB，导入封装；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。-4-3.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0.1μF，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。-5-3、JTAG仿真接口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。JTAG引脚的定义：TCK——测试时钟输入；TDI——测试数据输入，数据通过TDI输入JTAG口；TDO——测试数据输出，数据通过TDO从JTAG口输出；TMS——测试模式选择，TMS用来设置JTAG口处于某种特定的测试模式。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。-6-5、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。-7-四、PCB图绘制1.设计步骤1)元件封装，根据与元件的尺寸画封装，原理图的标号代表引脚功能，封装的标号代表引脚位置，如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。2)导入封装，在原理图中执行Design菜单中的UpdataPCB。3)定义规则，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。4)画板型，板子外围边框、定位孔、安装孔等，画在Keepout层。5)布局，把各元件按就近原则排列布局，多次试探、总结、优化摆出最优的布局。6)连线，连线时要根据电流的大小定线的宽度，连线过程中要不断试探，不断优化，改变甚至重新对器件进行布局，随时进行规则检查。7)补泪，连线完毕后，对焊盘做泪滴处理。8)覆铜。2.设计原则1)电路中不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种办法解决。即，让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去，或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去，在特殊情况下如何电路很复杂，为简化设计也允许用导线跨接，解决交叉电路问题。2)电阻、二极管、管状