CAD课程设计

吉林工程技术师范学院 目录 2第一章绪论 21.1 课题描述 31.2设计目的 41.3 74HC244简介 51.4 AT89C51 7第二章 原理图简介 72.1 总体电路图设计 82.2 并行口硬件接口简介 9第三章 设计与制作 93.1 电路原理图设计 93.2印制电路板的设计 13第四章 电路的检验 134.1 ISP 下载线的检测 134.2 下载线一般遇到的问题 144.3 单片机最小系统的检测 15第五章 心得与体会 16致谢 17参考文献 第一章绪论 课题描述 单片机自20世纪70年代问世以来，以极其高的性价比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。如果说微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么可以毫不夸张地说，单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。芯片的规模越来越大，封装日趋小型化，相应地对系统板级调试的困难也在加大。在传统的调试方式中，频繁的调试和更换程序需要频繁地插拔芯片，开发效率极低。 AT89S 系列单片机提供的 ISP 在线编程技术彻底地改变了传统的开发模式，开发单片机系统时不会损坏芯片的引脚，加速了产品的上市并降低了研发成本，缩短了从设计、制造到现场调试的时间，简化了生产流程，大大提高了工作效率，因此它是对市场定型产品进行现场升级和维护的经济、有效的方式，极大地促进了 PLD 产品的发展。 ISP 在系统可编程，指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码， 而不需要从电路板上取下器件，已经编程的器件也可以用 ISP 方式擦除或再编程。无论在单片机上，还是在 CPLD/FPGA 上都得到了广泛的应用，ISP 技术是未来发展方向！ 传统的编程方式，以单片机应用系统开发为例，如果想要对单片机进行写入程序，必须要先把单片机从电路板上取下来，然后用编程器进行编程烧写，写入程序后再次插入电路板调试，如果产品的单片机已经焊接到电路板上，想要进行程序升级，那么要拆单片机下来就很困难了。 可以看出，这种传统的开发方式有以下缺点： （1）需要频繁地拔插单片机芯片，很容易造成芯片引脚折断，损坏芯片（当然采用了零拔插力 ZIF 插座的实验板除外）。 （2）如果单片机学习开发，那么需要频繁的刷新程序，就必须重复地拔插芯片，大大降低了开发效率。 （3）开发产品的可维护性低 ISP 在系统可编程技术彻底地改变了传统的开发模式，它只要在设计时电路板上预留一个标准的 ISP 接口，配合 ISP 下载电缆，就可以不用拔出芯片。 在电路板上就可以对芯片进行编程配置，对比传统的开发系统，有以下优势： （1）工程师在开发产品时彻底告别频繁拔插芯片的烦恼，避免频繁拔插损坏芯片的引脚。 （2）ISP 技术可以加速产品的上市并降低开发成本。 （3）ISP 技术帮助工程师缩短从设计、生产到现场调试、简化生产流程并采用经证实更有效的方式进行现场升级和产品维护，大大提高了工作效率。 （4）在试验新品或学习试验等经常需要用不同的程序调试芯片的场合中，在线编程技术尤为重要，实用。 下载线实物图如下： 图1-1 下载线实物图 1.2设计目的 本次课程设计的目的： （1）使学生掌握利用Protel DXP绘制原理图，并将原理图做成印制板电路图。 （2）绘制点阵显示原理图。 （3）生成印制板电路，完成双面布线。 1.3 74HC244简介 74HC244是8缓冲器电路，用来作计算机并口和单片机的缓冲隔离。 LPT的④、⑤脚用来控制两组缓冲器的输出，在其输出低电平时，所控制的缓冲器可正常传递数据；输出高电平时，所控制的缓冲器输出端为高阻态。 LPT的⑦脚输出编程命令和数据到单片机的MOSI端(MOSI在这里表示计算机输出、单片机输入)； LPT的⑥脚输出串行编程时钟信号到单片机的SCK端；LPT的⑨脚输出复位信号到RST端； LPT的⑧脚输出编程状态信号到LED端。LED是目标板上的发光二极管，可以不用。由单片机读出的信息经MISO端(MISO在这里表示单片机输出、计算机输入)输出到LPT的⑩脚。 74HC244的电源由单片机目标板上的5V电源通过二极管VD1提供。 下载电缆采用10芯线，标准10脚IDC接头   并口下载线内部使用了HC244芯片对信号进行隔离，带5.1V过压保护，具有二极管电压隔离，可防止误插到JTAG座时的目标板电源保护。 它的逻辑图与真值表如下：   图1-2 74HC244的逻辑图 图1-3 74HC244的真值表 1.4 AT89C51 AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。AT89C51引脚图如图1-4所示： 图1-4 AT89C51引脚图 单片机是在一块硅片上集成了各种部件的微型机，这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。8051单片机的基本结构见图1-5。 图1-5 8051单片机的基本结构 AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个十六位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。 第二章 原理图简介 2.1 总体电路图设计 下载线的电路图如下： 图2-1 下载线电路图 该下载线是STK200／300型的下载线。74HC244是8缓冲器电路，用来作计算机并口和单片机的缓冲隔离。图1中的LPT连接到计算机的并口，作计算机上的下载软件和单片机进行通信的接口。LPT的④、⑤脚用来控制两组缓冲器的输出，在其输出低电平时，所控制的缓冲器可正常传递数据；输出高电平时，所控制的缓冲器输出端为高阻态。LPT的⑦脚输出编程命令和数据到单片机的MOSI端(MOSI在这里表示计算机输出、单片机输入)；LPT的⑥脚输出串行编程时钟信号到单片机的SCK端；LPT的⑨脚输出复位信号到RST端；LPT的⑧脚输出编程状态信号到LED端。LED是目标板上的发光二极管，可以不用。由单片机读出的信息经MISO端(MISO在这里表示单片机输出、计算机输入)输出到LPT的⑩脚。74HC244的电源由单片机目标板上的5V电源通过二极管VD1提供。 2.2 并行口硬件接口简介 标准并行口有 25 个引脚，其中数据端口引脚为 2～9，状态端口引脚为 15、10～13，控制端口引脚 1、14、16、17 用于连接器件，其他引脚 18～25 是接地引脚 GND。25 针并行口如图 2-2 所示。 图 2-2 25 针并行口 并行口工作在 SPP 模式下， 机是通过对 3 个 8 位端口寄存器的读或写来实现对它 PC们的控制。端口寄存器分别是： （1）数据端口地址 0x378为 D7～D0，对应引脚 P9～P2； （2）状态端口地址 0x379为 S7～S3，对应引脚 P11、P10、P12、P13、P15； （3）控制端口地址 0x37A为 C3～C0，对应引脚 P17、P16、P14、P1。注意：S7、CO、C1、C3 信号的逻辑状态在连接器处是与相应寄存器位相反的。对这些位进行写操作时，写入的值应该与连接器处设置的值相反；同样，进行读操作时，读取的值也与连接器处设置的值相反。 图2-2 标准25针并行口 设计与制作 3.1 电路原理图设计 电路原理图的设计主要是 PROTELDXP 的原理图设计系统（Advanced Schematic）来绘制一张电路原理图。在这一过程中，要充分利用该软件所提供的各种原理图绘图工具、各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一张正确、精美的电路原理图。如下图： 图3-1 原理图设计 3.2印制电路板的设计 印制电路板的设计主要是针对 PROTELDXP 的另外一个重要的部分 PCB 而言的，在这个过程中，我们借助PROTELDXP 提供的强大功能实现电路板的版面设计，完成高难度的等工作。 其设计可按一下步骤完成：1、设计图纸大小 2、设置 ProtelDXP 设计环境 3、旋转零件 4、有原理图布线 5、调整线路 6、报表输出 7、文件保存及打印输。 （1）PCB版顶层布线： 图3-2 PCB顶层布线 （2）PCB底层布线： 图3-3 PCB底层布线 （3）下载线PCB版图如下： 图3-4 下载线PCB版图 （4）下载线各个原件的封装如下： 图3-5 各原件的封装 （5）外壳的大小设计如下： 图3-6 外壳大小设计 第四章 电路的检验 调试前的直观检查连线是否正确，检查电源输出值是否符合实验标准；检查元器件的安装情况：元器件的管脚之间有没有短路，连接处有没有接触不良，集成电路 74HC244、AT89S52 的管脚是否接对及集成块的缺口是否与底座对位，ISP 接口是否接牢固了。 电源检测： 电源电压输出值稳定，直接输出电压输出为为5V，因为电路的工作电压为5V 点压，而电脑的 ISP 输出电压刚好5V，所以就利用电脑的输出电压制作 ISP 接口。 4.1 ISP 下载线的检测 （1）从 ATMEL 等下载安装 AT89ISP 软件； （2）不加任何电路，运行软件，选择器件；告诉电缆错误或没加电源； （3）用数字存储示波器观察电缆输出波形，运行选择器件时，1脚输出一连串等间距（高4us 低6us）脉冲，很明显是时钟信号 SCK； （4）2脚输出一些脉冲，根据10us 的时钟信号和编程使能命令数据，很容易判断出这是数据输出信号 MOSI； （5）运行初始化适配器时17脚输出12us 的低脉冲，经分析可能是复位信号。 （6）下面重要的就是判断 MISO 了，它没有任何参考，只能试了，反正并口就这么几个输入。其他脚根据以上判断都连接好，18以后接地，MISO 接到10脚，是好的话，就可以了。 4.2 下载线一般遇到的问题 检测不到期间可能有很多种情况，比如下载线坏掉了，先用相同的板和下载线到别人的机上试一下看看板或下载线是不是好的。 还有就是检测不到器件：可以试试先擦除器件，然后打开 hex 文件，再写器件，就是在 easy 51 上面操作三步，看能不能成功写程序，检测不到器件有可能是下载头松动。 在一个就是复位电路对 ISP 下载有影响，请确认是不是接上了看门狗。 4.3 单片机最小系统的检测 先查看电路板上的线路是否连接好了，是否连接正确了。在看看单片机的 EA 端是否与电源端连接在一起了，在确定无短路状况时通电测试，插上单片机看看最小系统是否正常工作。在电路是否正常工作，只要测量晶振的两端的电压值是否为 2.4 伏左右，如果是这个值，就说明电路正常运行。 第五章 心得与体会 随着这两周的学习，课程设计也接近了尾声。经过两周的奋战我的课程设计终于完成了。通过课程设计不仅对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。     在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。    不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 致谢  在此要感谢我的指导老师李悦老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 ，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。对我未来的学习和生活产生很大的影响。 在此，再次感谢我的学校和李老师，许老师。 参考文献 [1] 华成英等．模拟电子技术．北京：高等教育出版社，2006． [2] 黄智伟．电子工艺技术．北京：电子工艺出版社． [3] 曾斌. 电路原理图与电路板设计教程Protel DXP．上海：上海科学普及出版社． [4] 赵晓安. MCS-51单片机原理及应用[M]. 天津：天津大学出版社，2001.3． 21