单片机最小系统板制作报告书.docx

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1、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评语：完成日期：2017/6/15目录1.原理分析12.方案选择32.1复位开关的选择33.电路原理图绘制43.1元件型号43.2电路原理图54.PCB图（protel）绘制54.1 PCB设计步骤54.2 设计原则64.3 PCB图75.综合调试85.1软件调试85.2硬件调试106.总结11实用电子系统的设计与制作设计报告1.原理分析单片机最小系统主要由ATMEGA16A芯片、电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。ATMEGA16A芯片：ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功

2、耗8 位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega16 有如下特点:16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512 字节EEPROM，1K 字节SRAM，32 个通用I/O 口线，32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG 接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP 封装) 的ADC

3、 ，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。图1.1 ATMEGA16引脚定义电源模块：此最小系统中的电源供电模块的电源通过计算机的USB口供给。通过开关来控制和通电与否。电源电路中接入了电源指示LED，图中R11为LED的限流电阻。S1 为电源开关。图1.2 电源模块原理图复位电路：单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。(1)上电复

4、位：STC89系列单片及为高电平复位，通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。(2)按键复位：按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。图1.3 复位电路原理图振荡电路：单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高

5、，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。图1.4 振荡电路原理图JTAG下载口：图1.5 JTAG下载口原理图2.方案选择2.1复位开关的选择（1）方案一：单刀双掷开关铁氧体开关的原理是改变偏置磁场方向，实现导磁率的改变，改变了信号的传输常数，以达到开关目的。 PIN管在正反向低频信号作用下，对微波信号有开关作用。正向偏置时对微波信号的衰减很小（0.5dB），反向偏置时对微波信号的衰减很

6、大（25dB）。BJT和FET开关的原理与低频三极管开关的原理相同，基极（栅极）的控制信号决定集电极（漏极）和发射极（源极）的通断。放大器有增益，反向隔离大，特别适合于MMIC开关。图2.1 单刀双掷开关实物图（2）方案二：四脚轻触开关这种开关的工作原理，其实和普通按钮开关的工作原理差不多，由常开触点、常闭触点组合而成，在四脚轻触开关中，常开触点的作用，就是当压力向常开触点施压时，这个电路就呈现接通状态；当撤销这种压力的时候，就恢复到了原始的常闭触点，也就是所谓的断开。这个施压的力，就是用我们的手去开按钮、关按钮的动作。图2.2 四脚轻触开关实物图综合考虑后：我选择了方案二。3.电路原理图绘制

7、3.1元件型号图3.1 元件清单3.2电路原理图图3.2 电路原理图4.PCB图（protel）绘制4.1 PCB设计步骤（1）方案分析 决定电路原理图如何设计，同时也影响到PCB板如何规划。根据设计要求进行方案比较、选择，元器件的选择等，开发项目中最重要的环节。（2）电路仿真 在设计电路原理图之前，有时会会对某一部分电路设计并不十分确定，因此需要通过电路方针来验证。还可以用于确定电路中某些重要器件参数。 （3）设计原理图元件PROTEL和DXP提供了丰富的原理图元件库，但不可能包括所有元件，必要时需动手设计原理图元件，建立自己的元件库。（4）绘制原理图 找到所有需要的原理元件后，开始原理图绘

8、制。根据电路复杂程度决定是否需要使用层次原理图。完成原理图后，用ERC（电气法则检查）工具查错。找到出错原因并修改原理图电路，重新查错到没有原则性错误为止。（5）设计元件封装 和原理图元件一样，PROTEL DXP也不可能提供所有元件的封装。需要时自行设计并建立新的元件封装库。（6）设计PCB板 确认原理图没有错误之后，开始PCB板的绘制。首先绘出PCB板的轮廓，确定工艺要求（如使用几层板等）。然后将原理图传输到PCB板中，在网络表、设计规则和原理图的引导下布局和布线。利用设计规则查错。是电路设计的另一个关键环节，它将决定该产品的实用性能，需要考虑的因素很多，不同的电路有不同要求。（7）文档整

9、理 对原理图、PCB图及器件清单等文件予以保存，以便以后维护和修改。4.2 设计原则（1）元件布局基本原则1.按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开；2.定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm 内不得贴装元、器件，螺钉等安装孔周围3.5mm（对于M2.5）、4mm（对于M3）内不得贴装元器件；3.卧装电阻、电感（插件）、电解电容等元件的下方避免布过孔，以免波峰焊后过孔与元件壳体短路；4.元器件的外侧距板边的距离为5mm；5.贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm；6.金属壳体元器件和金属件（屏蔽盒等

10、）不能与其它元器件相碰，不能紧贴印制线、焊盘，其间距应大于2mm。定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其它方孔外侧距板边的尺寸大于3mm；7.发热元件不能紧邻导线和热敏元件；高热器件要均衡分布；8.电源插座要尽量布置在印制板的四周，电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间，以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔；9.其它元器件的布置：所有IC元件单边对齐，有极性元件极性标示明确，同一印制板上极性标示不得多于两个方向，出现两个方向时，两个方向互相垂直；10板面布线应疏密得当

11、，当疏密差别太大时应以网状铜箔填充，网格大于8mil(或0.2mm)；11贴片焊盘上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座脚间穿过；12贴片单边对齐，字符方向一致，封装方向一致；13有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。（2）元件布线规则1画定布线区域距PCB板边1mm的区域内，以及安装孔周围1mm内，禁止布线；2电源线尽可能的宽，不应低于18mil；信号线宽不应低于12mil；cpu入出线不应低于10mil（或8mil）；线间距不低于10mil；3正常过孔不低于30mil；4双列直插：焊盘60mil，孔径40mil；1/4W电阻： 51*55mil（0805

12、表贴）；直插时焊盘62mil，孔径42mil；无极电容： 51*55mil（0805表贴）；直插时焊盘50mil，孔径28mil；5注意电源线与地线应尽可能呈放射状，以及信号线不能出现回环走线。4.3 PCB图图4.1整体PCB图5.综合调试5.1软件调试程序功能：8个LED灯以多种方式点亮程序代码：5.2硬件调试1、制作好板子并焊接好元器件后，用USB线连上电源，用万用表测量Atmaga16的引脚10（VCC）和引脚11（GND）之间的电压，如果为5V则说明电源模块和USB没有问题。2、在不通电的情况下，用万用表检测JTAG各引脚与Atmaga16相应引脚是否连通。如果万用表均发出滴滴的声音

13、，则说明JTAG下载口没问题。3、用USB线连上电源后，LED指示灯点亮，流水灯正常工作，如图5.1图5.1 流水灯工作实物图6.总结通过实用电子课程设计这门课的学习，知道了如何制作Atmaga16最小系统。在这次实验中，需要根据要求绘制相应的原理图，并根据实物尺寸画元件封装，然后生成PCB图，手动布局布线，补泪铺铜，检查PCB无错误后然后制板，制板完成后先用万用表检查线路是否有短路和断路的情况，检查无误后焊接元件，焊接完成后进行调试。自己亲手做一个东西出来才发现做一个东西并没有想象的简单。每一步都很关键，错一个小地方就又得重新开始。在这次实验中，花费时间最多的是在PCB图和制板。原理图生成P

14、CB后自己需要根据实物尺寸进行封装的修改，还需要注意各元件的布局布线，线的宽度，焊盘的大小，孔径的大小，如何尽量减少飞线的数量，各线之间的间隔也是需要考虑的。在这次实验中，制板也花费了很多时间，第一次由于铺铜，焊盘与周围间距太小，导致很多线路短路。还有就是由于没考虑到转印是反过来的，所以导致生成板子的名字是反着的。后面进行修改后又重新制了板，虽然由于对孔没对好，导致有些线离得太近，后面靠工具把线分开，最后终于得到了正确的实验结果。在这次实验中也学到了很多东西。首先更加熟悉了AD的使用。其次更加清楚了制板的方法和一些注意事项，也回顾了AVR的编程方法。最后也从这次实验中懂得要注意细节，还有就是制作一样东西一定要从实际出发。