51单片机流水灯毕业设计论文.docx

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1、摘要单片机的应用已经广泛的渗透到国民经济的各个领域，随着社会对单片机应 用人才的需要，它已成为工科大学生的必修课程之一。单片机技术包含有硬、软 两个方面的技术。硬件是以单片机为核心，再加以其他各元器件组成的电子电路 的一个实体。它既有单片机的技术，又有电子类专业所必须掌握的模拟、数字、 高频等电子电路的综合运用。单片机的种类繁多，目前单片机应用系统开发工具也有不少，但同一系列单 片机的开发工具或实验系列基本相同。51系列单片机是国内目前应用最广泛的 一种8位单片机之一。经过20多年的推广与发展，51系列单片机形成了一个规 模庞大，功能齐全，资源丰富的产品群。随着嵌入式系统，片上系统等概念的提

2、出和普遍接受及应用，51单片机的发展进入了一个新的阶段。许多专用功能芯 片的内核集成了 51单片机，与51系列单片机兼容的微控制器以IP核的方式不 断地出现在FPGA的片上系统中。通过本次毕业课题的设计、制作、调试，其目的是让电子信息工程专业的毕 业生通过自己完全动手制作一些实际电子产品，掌握一定的电子产品设计、制作 技能和调试技术，巩固电子技术的理论知识，锻炼和提高学生的动手能力和综合 运用知识解决实际问题的能力及实践动手能力。让学生完全体验电子产品开发的 全过程，把学生培养成为电子信息领域内的高级应用型技术人才。【关键词】单片机：STC89C51； LED数码管显示器；keil C51；矩

3、阵电路；蜂鸣电路目录前言3第一章 概述41.1目的与要求41.2单片机的定义41.3单片机的发展41.4单片机硬件概述51.5单片机硬件结构6第二章 硬件电路设计72.1 电源电路72.2复位电路72.3 晶振电路82.4键盘电路92.4.1矩阵键盘的结构与工作原理92.4.2矩阵式键盘的按键识别方法102.5 流水灯电路112.6蜂鸣器电路122.7数码管显示132.7.1 LED数码管显示器概述132.7.2 数码管参数14第三章软件设计163.1 KEILC软件介绍163.2单片机应用系统的软件设计163.3单片机流水灯程序设计17第四章 PCB板的制作204.1 PROTEL 99 s

4、e 概述204.2电路原理图设计204.3印制电路板设置214.3.1 Protel99印制电路板设计工具的应用214.3.2 PCB布局布线规则224.3.3印制电路板设计注意事项224.4电路板的制作及其注意事项23第五章元器件的安装255.1 元器件的安装25结论28致谢29附录一设计元件清单表30附录二电路原理图31附录三电路板底层布线图32前言单片机技术飞速发展，单片机的应用已经渗透到了国民经济的各个领域，处 处影响着人们的生活，它的出现给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。 目前，单片机仍以其高可靠性、高性价比，在工业控制系统、数据采集系统、智 能画仪器仪表、智能家电等诸多领域

5、得到了广泛的应用，因此，单片机应用技术 是作为将要从事单片机开发方面的技术人员所必需掌握的。单片机是应用系统的一个核心部件，为把单片机系统应用于不同的领域，只 掌握单片机的基础知识是远远不够的，要想构成一个完善的应用系统，还要熟悉 执行机构及硬件接口电路的应用特性，同时，还应该掌握系统的结构布局、印刷 电路板的结构布局及软件的设计技巧这些书本上学不到的知识，因此为设计出完 善的应用系统，必须在实际工作中勤于实践，逐步积累这方面的经验。现代社会新技术层出不穷，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的 分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，将很快被单片机这个后起之秀超越并 取代。单片机具有体积小

6、、功能强、成本低、应用面广等优点，因此，单片机将 成为智能控制系统的核心。根据这次课程设计的内容和要求，首先进行整体方案的构思，通过在图书馆 和上网查阅资料，并分析和比较，选取了一种简单而且可行性高的方案。此方案 主要由延时电路、定时计数电路、主控电路、程序译码驱动电路等组成。通过查 阅有关书籍、上网和综合已学的电子技术知识，并考虑到电路的工作稳定性，设 计成本低，鉴于此选用了比较常见的元器件来构成各单元电路，选取所须的元件 后，对各电路元件的参数进行了计算，然后进实验室进行电路的安装和调试。经 过几天紧张的电路安装和调试，期间还进行了部分方案的的单片修改和改进，实 现了课程设计的主要任务和具

7、体要求。第一章概述1.1目的与要求本次的设计需要符合的要求有：用矩阵键盘实现流水灯的暗灭，左循环，右循环及有暂停，停止，复位等一 系列功能于一体的单片机系统。1.2单片机的定义单片机又称为微处理器它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算 机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、 质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片 机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理 能力的中央处理器CPU (Central Processing Unit)、随机存储器RAM(Random

8、 Access Memory)、只读存储器 ROM(Read Only Memory)、多种 I/O 口 (Input/Output Ports)和中断系统、定时器/计数器等功能电路(可能还包括显示驱动电路、脉 宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一 个小而完善的计算机系统。单片机的应用领域：1. 单片机在智能仪器仪表中的应用；2. 单片机在工业测控中的应用；3. 单片机在计算机网络和通讯技术中的应用；4. 单片机在日常生活及家电中的应用；5. 单片机在办公自动化方面。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片 机的踪迹。导弹的导航装置，

9、飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据 传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民 用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控 玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、 智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应 用与智能化控制的科学家、工程师。1.3单片机的发展1971年微处理器研制成功后不久，就出现了一位的单芯片的微型计算机即 单片机。1976年Intel公司推出了第一代8位单片机的代表产品MCS-48系列单片机8048，它将CPU、串行口、定时器和128BRAM集成在一

10、块芯片内，使用的是 NMOS工艺。在MCS-48成功的刺激下，出现了第二代单片机产品。在第二代单片 机中，IntelMCS-51进入中国市场最早，过渡到CMOS工艺的80C51要迟一些。 1982年以后，高速低功耗CHMOS工艺的出现，使许多公司生产与80C51兼容的 单片机，并扩展了其功能。8位单片机后，还出现了 16位的单片机，1983年Intel 公司推出的MCS-96系列单片机就是其中的典型代表之一。近10年来出现的具有许多新特点的单片机，可以称之为第三代单片机。目 前单片机的内存容量可以做得相当大，I/O功能也已足够地丰富，可以不用外加 扩展芯片；大多数单片机都提供可由用户编程的OT

11、PROM型式；随着单片机程序 存储空间的扩大，在空余空间可以嵌入实时操作系统等软件，以提高单片机的性 能和产品开发效率；扩展方式从并行总线型发展出各种串行总线，如IC总线、 USB总线、CAN总线等；有的单片机集成了多个CPU，将数字信号处理器、精简 指令集计算机等集成到单片机中的产品也不断出现；另外，在抗干扰、抗噪声、 提高可靠性、功耗管理等方面的新技术也不断的出现。单片机虽然种类繁多，但 就其应用情况看，功能最强的16位机属于日立公司的H8/3048系列，8位机要 数Intel公司的MCS-51系列。1.4单片机的硬件概述在单片机的应用中，以单片机芯片为核心组建的一个能完成特定应用功能的

12、硬件组合实体，称为单片机的硬件系统。它能在我们为它所编制的程序下完成预 定的任务。软件是相对硬件而言的，它是指由计算机硬件执行，用来完成一定任务的所 有程序及数据，即为运行、管理和维护计算机所编制的程序的总和。单片机的软件系统比较简单，它不需要复杂的操作系统来进行系统管理，只 使用于管理单片机系统工作的管理程序（称为监控程序）和用于完成实际具体任 务的应用程序。而对于简单的单片机应用系统，只要有为实现控制目的而直接行 的应用程序就行了。单片机应用系统有三种编程方式：机器语言、汇编语言和高 级语言。按照单片机系统扩展与系统配置状况，单片机应用系统可分为最小系统、最 小功耗系统及典型系统等。STC

13、89C51单片机是美国ATMEL公司生产的低电压、 高性能CMOS 8位单片机，具有丰富的内部资源：4kB闪存、128BRAM、32根I/O 口线、2个16位定时/计数器、5个向量两级中断结构、2个全双工的串行口具 有4.255.50V的电压工作范围和024MHz工作频率，使用STC89C51单片机时 无须外扩存储器。因此，本流水灯实际上就是一个带有八个发光二极管的单片机 最小应用系统，即为由STC89C51单片机、7407单片机、电阻、发光二极管、晶 振、复位、电源等电路和必要的软件组成的单个单片。1.5单片机的硬件结构89C51单片机主要特性：与MCS-51兼容;4K字节可编程闪烁存储器；

14、全 静态工作：0Hz-24Hz ;三级程序存储器锁定;128*8位内部RAM;32可编程I/O 线；两个16位定时器/计数器;5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和 掉电模式；片内振荡器和时钟电路MCS-51系列单片机的内部结构框图如图1.5.1所示。图1.5.1 MCS-51系列单片机的内部结构框图第二章硬件电路设计2.1电源电路电源是每一个电子系统必不可少的组成部分，它的作用是为整个系统提供 能量来源。电源性能的好坏直接影响整个系统的工作情况。该部分提供单片机 工作所需的5V直流电源。外接220V交流电源，经过变压器8V连接到J1端， 随后整流滤波稳压，得到5V左右的直流电源，整流部分

15、由4只普通的二极管连 接为桥式整流，通过电容滤波，稳压由7805完成，7805需加散热片。2.2复位电路复位电路原理图:2.2.1复位电路原理图复位即是在复位端加不小于指定宽度的低电平（低电平复位）或高电平（高电 平复位）信号使单片机的硬件处于初始状态。以MCS 一 51系列单片机为例，复位 端为RST/Vpd，高电平复位。在振荡电路运行时，使RST引脚至少保持两个机器 周期（24个振荡周期）高电平，实现一次复位动作CPU响应内部复位，将ALE和 PSEN引脚置为输入方式，并在RST端变低以前重复执行内部复位。复位后主要的特殊功能寄存器均被置为初值。我们编写程序时，第一条指令 总是从0000H

16、单元开始。若上电时或掉电后再上电不能正常复位，PC等寄存器为随机数，程序就不能正确执行，此时称为“死机”。单片机复位电路有多 种，图中是一种最简单的复位电路，该复位电路简单易行，但缺点是在遇到较强 干扰或瞬间断电时，复位端电平随电容器充放电特性变化，往往电源电压低至 RAM区数据不能保持时，复位端电容器上仍储有相当的电荷，致电源电压恢复时 复位端不能产生复位信号，程序跑飞或造成死机。2.3晶振电路2.3.1晶振电路原理图晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联 再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分 其中较低的频率是串联谐振，较高的频率

17、是并联谐振。由于晶体自身的特性致使 这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感， 所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振 电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的 频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有 很大的变化。石英晶片所以能做振荡电晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择 与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器） 的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到

18、 地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有 等效输入电容，这个不能忽略。一般的晶振的负载电容为15p或12.5p，如果再考虑元件引脚的等效输 入电容，则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。谐振振荡 器包括石英（或其晶体材料）晶体谐振器，陶瓷谐振器，LC谐振器等。晶振与 谐振振荡器有其共同的交集有源晶体谐振振荡器。路（谐振）是基于它的压电效 应，从物理学中知道，若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形； 反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为压 电效应。如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械

19、变形 振动又会产生交变电场。一般来说，这种机械振动的振幅是比较小的，其振动频 率则是很稳定的。但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（决定于晶片的尺 寸）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为压电谐振，因此石英晶 体又称为石英晶体谐振器。其特点是频率稳定度很高。石英晶体振荡器与石英晶体谐振器都是提供稳定电路频率的一种电子器件。 石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应来起振，而石英晶体谐振器是利用石 英晶体和内置IC来共同作用来工作的。振荡器直接应用于电路中，谐振器工作 时一般需要提供3.3V电压来维持工作。振荡器比谐振器多了一个重要技术参数 为：谐振电阻（RR），谐振器没有电阻要求。R

20、R的大小直接影响电路的性能， 也是各商家竞争的一个重要参数。2.4键盘电路2.4. 1矩阵键盘的结构与工作原理在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵 形式，如图1所示。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通， 而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1 口）就可以构成4*4=16个 按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比 如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9 键）。2.4.1矩阵电路图由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂

21、一些，识别也要复杂一些，上图中，列线 通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O 口作为输出端，而列线所接的 I/O 口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表 无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通 过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。2.4. 2矩阵式键盘的按键识别方法确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“行扫描法”。行扫描法行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键 识别方法，如上图所示键盘，介绍过程如下。1. 判断键盘中有无键按下 将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状 态。只要有一列的电平为低，则表

22、示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电 平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键 按下。2. 判断闭合键所在的位置在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的 过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线 为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若 某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。下面给出一个具体的例子：图仍如上所示。8031单片机的P1 口用作键盘I/O 口，键盘的列线接到P1 口的低4位，键盘的行线接到P1 口的高4位。列线P1.0-P1.3分别接有4个上 拉电阻到正电源+5

23、V，并把列线P1.0-P1.3设置为输入线，行线P1.4-P.17设置 为输出线。4根行线和4根列线形成16个相交点。1. 检测当前是否有键被按下。检测的方法是P1.4-P1.7输出全“0”，读取 P1.0-P1.3的状态，若P1.0-P1.3为全“ 1”，则无键闭合，否则有键闭合。2. 去除键抖动。当检测到有键按下后，延时一段时间再做下一步的检测判断。3. 若有键被按下，应识别出是哪一个键闭合。方法是对键盘的行线进行扫描。 P1.4-P1.7按下述4种组合依次输出：4. P1.71110P1.61101P1.51011P1.40111在每组行输出时读取P1.0-P1.3,若全为“1”，则表示

24、为“0”这一行没有 键闭合，否则有键闭合。由此得到闭合键的行值和列值，然后可采用计算法或查 表法将闭合键的行值和列值转换成所定义的键值为了保证键每闭合一次CPU仅 作一次处理，必须却除键释放时的抖动。2.5流水灯电路流水灯原理图P12.5.1流水灯原理图从原理图中可以看出，如果要让接在P1.0 口的LED1亮起来，那么只要把 P1.0 口的电平变为低电平就可以了；相反，如果要接在P1.0 口的LED1熄灭， 就要把P1.0 口的电平变为高电平；同理，接在P1.1P1.7 口的其他7个LED的 点亮和熄灭的方法同LED1。因此，要实现流水灯功能，我们只要将发光二极管 LED1LED8依次点亮、熄

25、灭，8只LED灯便会一亮一暗的做流水灯了。在此我们 还应注意一点，由于人眼的视觉暂留效应以及单片机执行每条指令的时间很短， 我们在控制二极管亮灭的时候应该延时一段时间，否则我们就看不到“流水”效 果了。2.6蜂鸣器电路蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电 磁式蜂鸣器两种类型。1. 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通 电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动 膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。2. 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外 壳等组成。多谐振荡器由晶体

26、管或集成电路构成，当接通电源后（1.515V直流 工作电压），多谐振荡器起振，输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动 压电蜂鸣片发声。蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发 声的，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机IO引脚输出的电流较小，单片 机输出的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路蜂鸣器驱动原理图:2.6.1蜂鸣器驱动原理图蜂鸣器的正极接到VCC(+5V)电源上面，蜂鸣器的负极接到三极管的发射 极E,三极管的基级B经过限流电阻R1后由单片机的P2.0引脚控制，当P2.0 输出高电平时，三极管T1截止，没有电流流过线圈，蜂鸣

27、器不发声；当P2.0输 出低电平时，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。因此，我们 可以通过程序控制P2.0脚的电平来使蜂鸣器发出声音和关闭。程序中改变单片机P2.0引脚输出波形的频率，就可以调整控制蜂鸣器音调， 产生各种不同音色、音调的声音。另外，改变P2.0输出电平的高低电平占空比， 则可以控制蜂鸣器的声音大小，这些我们都可以通过编程实验来验证。2.7数码管显示2.7.1 LED数码管显示器概述1. LED数码显示器的结构与显示段码(1) LED数码显示器的结构LED数码显示器是一种有LED发光二极管组合显示字符的显示器件。它使用 了 12个LED发光二极管，其中7个用于显示字

28、符，四个用于片选，一个用于显 示小数点，故通常称之为7段发光二极管数码器。其内部结构如下图所示。3.MXS=172.7.1 LED数码显示器的结构LED数码显示器有两种连接方法如下。共阳极接法。把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极 接+5V，每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。共阴极接法。把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极，使用时公共阴极 接地。每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。（2）LED数码显示器的显示段码。为了显示字符，要为LED显示器段码（或 称字形代码），组成一个8字形字符的7段，再加上1个小数点位，共计8段， 因此提供给LED显示器的显示段码为1

29、个字节。各段码位的对应关系如下表所示. 十六进制数及空白字符与P的显示段码.2.7.2数码管参数8字高度：8字上沿与下沿的距离。比外型高度小。通常用英寸来表示。范 围一般为0.25-20英寸。长*宽*高：长一一数码管正放时，水平方向的长度； 宽一一数码管正放时，垂直方向上的长度；高一一数码管的厚度。时钟点：四 位数码管中，第二位8与第三位8字中间的二个点。一般用于显示时钟中的秒。注：即使是短时间的电流过载也可能对发光管造成永久性的损坏。怎样测量数码管引脚，分共阴和共阳？找公共共阴和公共共阳首先，我们找个电源（3到5伏）和1个1K（几百的 也欧的也行）的电阻，VCC串接个电阻后和GND接在任意2

30、个脚上，组合有很 多，但总有一个LED会发光的找到一个就够了，然后用GND不动，VCC （串电 阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阴的了。相 反用VCC不动，GND逐个碰剩下的脚，如果有多个LED （一般是8个），那它就 是共阳的。也可以直接用数字万用表，红表笔是电源的正极，黑表笔是电源的负 极。第三章软件3.1KEILC软件介绍1. Keil C是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件 开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显 的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil C

31、51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会 到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑， 容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。2、Keil C单片机软件开发系统的整体结构Keil C软件集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真 等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然 后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建 生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对

32、目标文件(.ABS) ABS 文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进 行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程 序存贮器如EPROM中。3.2单片机应用系统的软件设计软件设计是应用系统研制中工作量最大最重要也是最困难的任务，它可以分 为两部分:一是用于管理单片机系统工作的监控管理程序；二是用于执行完成实 际具体任务的功能程序。而功能程序通常应包括数据采集和处理程序、控制算法实现程序、人机联系 程序和数据管理程序。监控程序是控制单片机系统按预定操作方式运转的程序， 它的任务是：1. 在系统投入运行的最初时刻，应对系统

33、进行自检和初始化。当用户操作 键盘时，必须对键盘操作进行解释，调用相应的功能模块，完成预定的任务，并 通过显示等方式给出执行的结果，即完成处理键盘命令的任务。2. 对于具有遥控通信接口的单片机系统，监控程序还应包括通信解释程序， 即具有处理接口命令的功能。3. 单片机系统在运行时也能被某些预定的条件触发而完成规定的操作，这 类条件中有定时信号、外部触发信号等，监控程序也应考虑处理条件触发并完成 显示的功能。软件设计通常才用模块化程序设计、自顶向下的程序设计方法。3.3单片机流水灯程序设计单片机的应用系统由硬件和软件组成，上述原理图搭建完成通电之后，我们 还不能看到流水灯循环点亮的现象，我们还需

34、要告诉单片机怎么来进行工作，即 编写程序控制单片机管脚电平的高低变化，来实现发光二极管的一亮一灭。软件 编程是单片机应用系统中的一个重要的组成部分，是单片机学习的重点和难点。蜂鸣器程序void didi()(beep=0;delay(50);beep=1;delay(100);beep=0;delay(50);beep=1;void delay(uint z)(uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);数码计时器程序void display(uchar shi，uchar fen1,uchar fen2,uchar miao)(dula=1;P0=tabl

35、eshi;dula=0;P0=0xff;wela=1;P0=0xfe;wela=0;delay(1);dula=1;P0=tablefen1;dula=0;P0=0xff;wela=1;P0=0xfe;wela=0;delay(1);dula=1;P0=tablefen2;dula=0;P0=0xff;wela=1;P0=0xfd;wela=0;delay(1);dula=1;P0=tablemiao;dula=0;P0=0xff;wela=1;P0=0xfb;wela=0;delay(1);左移右移程序void leftyi()(for(num=0;num8;num+) /左移(P1=tem

36、p;delay(100);temp=_crol_(temp,1);void rightyi()(for(num=0;num8;num+) /右移(P1=temp;delay(100);temp=_iror_(temp,1);第四章 PCB板的制作4.1 Protel99 SE 概述Protel 99SE是一套电路集成设计系统，主要应用于电子原理图的设计、电 路板的设计和绘制，以及电子逻辑分析和仿真等。它凭借其强大的功能大大提高 了电子线路设计的效率，现已成为电子线路设计工作者的计算机辅助电子线路设 计软件，特别适合初级电路设计者。我们需要了解电子线路设计的基本过程以及 在设计中主要注意的细节，

37、我们选用Protel 99SE来设计电子线路。该软件操作 简单，易掌握。同时，工作效率较高。4.2电路原理图设计电路原理图的设计步骤（1）进入protel99SE设计界面点击WINDOWS任务栏上的开始菜单上的 protel99SE，进入设计管理器。（2）新建一个原理图文件执行FILE/NEW或FILE/，弹出NEW DOCUMNT对话 框，选取SCHEMATIC DOCUMENT图标，然后单击OK按钮，这时，系统默认的文件 名为“SHEET1”，用户也可以在设计管理器中更改该文件名，更改后显示在设计 数据库中，如选择FILE文件中的对话框为NEW DESIGN DATABASE，则可在DAT

38、ABSE FILE文件栏中输入你要创建的文件名。例如创建FAA。DDB只要将栏中的字母清 除掉输入FAA字母，点OK即可。则在设计界面的标题栏中新创建了一个FAA的 数据库文档，这时再执行文件设计管理器中的FILE/NEW则在弹出的NEW DOCUMENT 对话框中选中SCHEMATIC DOCUMENT图标，操作方法同上。（3）装载元件库在设计绘制电路原理图时，首先要在内存中装入所要设计绘制的电路原理图 元器件，以备调用，一般只载入常用的元件库，特殊的元件库则当需要时临时载 入。这样才不会因装载过多的文件库占用较多的资源，而降低应用程序的执行速 度。（4）设置电路图大小用鼠标点击设计管理器D

39、ESIGN EXPLORE下菜单的DESIGN/OPTIONS，按图纸 要求选STANDARD项的A4，最后按OK钮则设置完毕。（5）放置元器件库用鼠标键点击设计管理器中的BROWSE SCH选项卡，然后单击ADD/REMOBE按 钮，屏幕将出现一对话框，CHANGE LIBRARY FILELIST改变元件库文件一览表， 选取菜单 C： /PROGRAM FILES/CESIGN EXPLORER99/LIBRARY/SCH。（6）放置节点和连接线路Protel99SE/SCHEMATIC电路图的设计和绘制工具在一些情况下会自动在连 线上加上电气节点但通常还是要靠我们自己动手加上，例如缺省情

40、况下十字交叉 的连线是不会自动加上节点的，如要自行放置节点，可激活主菜单 PLACE/JUNCTION或VIEW/TOOLBARS/WIRING选中第一排的最左边图或激活 PLACE/WIRE将编辑状态切换到连线模式，到时鼠标指针由空心箭头变为大十字 型。到时只需要将鼠标十字光标移动到要连线的元器件一端，按住鼠标左键，移 动到另一元器件的一端，如连线到另一器件时要转弯时，可单击鼠标左键一次则 可定位一次转弯，当连线拉到终止元器件的指定位置时，可按一次鼠标左键，这 时连线还连在该点上，可通过该连线，再进行第二根电气节点的连线，一直到全 部连线联结完之后，这时可双击鼠标右键来终止该次连线的操作，到

41、此为止。一 张电路图就设计绘制完成。（7）放置电路输入输出点如电路图需要输入输出点可选WIRING TOOLS工具条的第二排第三图即可。（8）检查原理图。使用Protel 99 SE的电气规则检查功能检查原理图的连接是否合理与正确， 给出检查报告。若有错误就需要根据错误进行改正。值得注意的是给功能只是检测电气连接性质，如果绘制的原理图连接错了 但没有电器连接性质的错误它是检查不出来的，所以绘制时要特别仔细、小心。（9）保存与打印。电路图绘制完毕后要保存起来，以供日后取出修改或使用，可执行主菜单的 FILE/SAVE可自动按原文件名保存起来。保存就是将所绘制的原理图存盘。4.3印制电路板设置因为

42、设计目标为“试验样机”，同时实验室的生产工艺受到一定限制，制作 双面印制板有一定难度，所以印制的设计要求为单面板，对于少量难以布通的导 线采用“飞线”解决。实际上，在实际产品中，为了降低成本，也常常采用这种 方式，最典型的例子就是电视机和收录机。4.3. 1 Protel99印制电路板设计工具的应用（1）进入Protel99SE编辑环境：执行FILE/NEW将弹出NEW DOCUMENT对话 框,DATABASE FILE NAME栏里则显示系统的默认值。MYDESIGN.DDB为系统默认 指定新建的未题数据库文件。如要改变路径,则可按BROWSE以更改.如不更改系 统指定的路径，则按OK钮即

43、可。该系统新建一个MY DESIGNL.DDB的数据库文件。 也可执行FILE/OPEN操作。将弹出OPEN DESIGN DATABASE对话框，可从中选取 Protel 99SE内原已建立的数据库文件,如选取ZHONGLIANG,则只要用鼠标箭头指 向ZHONGLIANG击鼠标左键，则可进入到该数据库文件，在对话框的文件名中显示 出来，再点击打开钮就可进入到该系统。紧接着再启动FILE菜单中的NEW命令。 移动鼠标箭头PCB DOCUMENT位置,双击鼠标左键，或按OK按钮，即会产生一个 PCB1的图标。（2）从电原理图导入元器件封装图和电气连接打开电原理图（全图）点击DesignUpda

44、te PCB，即可自动从电原理图生 成网络表，并与当前的印制板图比较，完成更新。第一次调入时，实际上印制板 图上是空白，所以会全部调入而不是修改更新。与Protel 98不同的是，网络表 的生成是自动的在后台完成，并不需要人工干预，仅提供人工预览更新内容，大 大方便了使用。如果原理图中有标注错误、封装指定错误等，在预览时可以发现 并予以更正。（3）人工调整好各封装元器件的位置，使得设计美观大方且连线短捷，交叉 较少为佳。（4）采用Protel99SE的先进自动布线功能进行布线。布线以前，设置好设 计规则，包括导线宽度、焊盘大小、走线间距等。（5）在自动布线结束后，最后进行手工调整把自动布线中不

45、尽人意的地方调 整到满意时为止。对于单面无法布通的线路，人工设置飞线。在实际操作中，可 以视为人工进行的双面板设计，只是在元件面走线尽量少，因为它实际上是飞线， 在制作印制板时并不做的。（6）对于绘制的PCB图进行必要的存盘处理，保存以备需要时调用。4.3.2 PCB布局布线规则根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则： 按照电路的流程安排各个功能电路单元位置使布局便于信号流通，并使信 号尽可能保持一致方向。 以每个功能电路的核心器件为中心，围绕它来进行布局，元件应均匀、整 齐、紧凑地排列在PCB板上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。 在高频下工作的电路，要考虑

46、元器件之间的分布参数，一般电路应尽可能 使元器件平行排列，这样不仅美观，而且装焊容易，易于批量生产。布线规则：印刷电路板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，在特殊情况下如果电路很复杂，为 简化设计也允许导线跨接，解决交叉电路问题。同一级的电路接点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级 接地点上。特别是本级晶体管基极、发射极的接点不能离得太远，否则因两个接 地点间的铜箔太长会引起干扰与自激，采用把接地点都连在一起接地，这样工作 才稳定，不易自激。

47、4.3.3印制电路板设计注意事项 元件封装一一纯粹的元件封装仅仅是空间的概念，因此不同的零件可以共 用封装，同时，同种元件也可以用不同的封装。在实际的设计中，元件的封装图 最好根据实际的元件自制，以避免出错。 焊盘大小一一无论是在调用封装还是在自制封装的过程中，需要特别注意 的是元件焊盘大小的设计。由于我们的制作工艺是有限的，所以我们尽可能把焊 盘大点，但不要太大。焊盘小了，在钻孔的时候很容易损坏，即使没有在钻空时 损坏，但它对焊接技术的要求是比较高的；焊盘太大，可能会造成“路径堵塞”， 给走线造成困难。焊盘孔小了，元件插不进去，焊盘孔太大，在焊接的时候，高 温的锡液就很容易通过通孔流向在面板另一面上的元件引脚，这样就很容易使元 件受高温影响而坏掉。 工作层一一Keep Out禁止布线层，它限制了走线的范围，一般常用它作 为印制板的轮廓界限，但是并不好。实际上，元件布局和走线都应该与印制板边 沿保持大约1mm的间隙，所以应该选取一个机械层绘制印制板轮廓，而适当“缩 小”，用禁布层绘制真实的布线限制范围。 走线-电源线和接地的导线应比元件之间的走线要宽，本设计中的电源 走线为1mm，其他走线0.3