昆明理工大學(xué)津橋?qū)W院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目基于單片機(jī)的電容測(cè)試儀設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)系部計(jì)算機(jī)與電子電氣工程系專業(yè)電子信息科學(xué)與技術(shù)年級(jí)2009級(jí)學(xué)生姓名XXX學(xué)號(hào)200916022218指導(dǎo)教師XX日期201359教務(wù)處制基于單片機(jī)的電容測(cè)試儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)THECAPACITORTESTERBASEDONTHESINGLECHIPMICROCOMPUTERHARDWAREDESIGNSCHOOLKUNMINGUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYINSTITUTEOFOXBRIDGECOLLEGEDEPARTMENTCOMPUTERANDDEPARTMENTOFELECTRICALANDELECTRONICENGINEERINGSUBJECTELECTRONICINFORMATIONSCIENCEANDTECHNOLOGYGRADE09NAMEXXSTUDENTID200916022218TEACHERXX目錄摘要IABSTRACTII前言1第1章緒論211課題研究的目的及意義212課題選題背景213課題研究?jī)?nèi)容3第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)421硬件設(shè)計(jì)4211主控芯片42121602液晶顯示6213LM324運(yùn)算放大器芯片721474LS138譯碼器芯片822軟件設(shè)計(jì)8221C簡(jiǎn)介8222KEIL簡(jiǎn)介9223PROTEUS簡(jiǎn)介923系統(tǒng)工作原理10第3章電路原理分析設(shè)計(jì)1231電路板總體結(jié)構(gòu)1232電路板各模塊功能分析13321電源電路模塊分析13322串口通信電路模塊分析13323液晶顯示電路模塊分析14324按鍵電路模塊分析14325放電電路模塊分析15326量程轉(zhuǎn)換電路模塊分析15327電容測(cè)量電路模塊分析16第4章原理圖繪制及PCB板制作1941單元電路的原理圖設(shè)計(jì)19411作圖工具ALTIUMDESIGNER09簡(jiǎn)介19412原理圖的設(shè)計(jì)流程20413器件庫(kù)的制作21414元器件清單2442仿真及萬(wàn)能板電路焊接、調(diào)試25421PROTEUS的仿真25422NIMULTISIM11仿真26423焊接萬(wàn)能板2743PCB印制板設(shè)計(jì)與制作28431設(shè)置PCB設(shè)計(jì)環(huán)境28432元件布局31433布線，覆銅33434PCB板的焊接36第5章總結(jié)3851設(shè)計(jì)工作總結(jié)3852后期展望38謝辭40參考文獻(xiàn)41附錄43附錄一（英語(yǔ)文獻(xiàn)）43附錄二（中文翻譯）51基于單片機(jī)的電容測(cè)試儀硬件設(shè)計(jì)摘要隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技水平的提高，很多智能芯片的制造，使電子測(cè)量?jī)x表向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。電容量的測(cè)量是電子測(cè)量中最基本的參數(shù)測(cè)量，要求有一定的精確度，同時(shí)要求測(cè)量的量程要寬，測(cè)量的速度要快。電容在工業(yè)生產(chǎn)中相當(dāng)常見，在電子教學(xué)過(guò)程當(dāng)中也很常見。本課題針對(duì)在校學(xué)生實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中經(jīng)常因?yàn)闃?biāo)簽丟失而無(wú)法得知其容值，提出開發(fā)了基于單片機(jī)的電容測(cè)試儀系統(tǒng)。該課題通過(guò)單片機(jī)，LCD1602液晶顯示屏，測(cè)量電路設(shè)計(jì)等，研制了一套“電容測(cè)試系統(tǒng)”，該系統(tǒng)是由顯示系統(tǒng)，按鍵系統(tǒng)及測(cè)量系統(tǒng)等組成。具體實(shí)現(xiàn)了通過(guò)按鍵改變系統(tǒng)狀態(tài)對(duì)不同電容測(cè)量其電容值及顯示的功能。論文論述了該課題的硬件設(shè)計(jì)部分，其中重點(diǎn)論述了結(jié)合系統(tǒng)各功能及系統(tǒng)原理，初步構(gòu)想原理圖，電路原理論證之后，通過(guò)ALTIUMDESIGNER軟件進(jìn)行特殊器件的原理圖庫(kù)文件的繪制，PCB封裝制作以及原理圖的繪制；論述系統(tǒng)PCB制板流程，制作成品PCB電路板，其中包括PCB的布局，布線，淚滴和覆銅；最后通過(guò)焊接、調(diào)試完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)印刷板的制作及各功能的實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞單片機(jī)，電容測(cè)試，LCD1602THECAPACITORTESTERBASEDONTHESINGLECHIPMICROCOMPUTERHARDWAREDESIGNABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFECONOMYANDTHEIMPROVEMENTOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,MANYSMARTCHIPMANUFACTURING,ELECTRONICMEASURINGINSTRUMENTTODIGITAL,INTELLIGENTDIRECTIONCAPACITANCEMEASUREMENTISONEOFTHEMOSTBASICELECTRONICMEASUREMENTPARAMETERSMEASUREMENT,REQUIRESACERTAINACCURACY,ATTHESAMETIMEREQUIRESWIDEMEASUREMENTRANGE,MEASUREMENTSPEEDISFASTERCAPACITANCEISFAIRLYCOMMONININDUSTRIALPRODUCTION,AREALSOCOMMONINTHEMIDDLEOFTHEELECTRONICTEACHINGPROCESSINTHEDESIGNOFTHISTOPICINVIEWOFTHESTUDENTSINTHEEXPERIMENT,OFTENBECAUSETHELABELISMISSINGANDNOTPRIVYTOTHECAPACITANCEVALUE,CAPACITANCEMEASURINGINSTRUMENTBASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTERSYSTEMISDEVELOPEDTHESUBJECTTHROUGHTHESINGLECHIPMICROCOMPUTER,LCD1602LCDDISPLAY,MEASURINGCIRCUITDESIGN,ETC,HASDEVELOPEDASETOFCAPACITANCETESTSYSTEM,THESYSTEMISMADEUPOFDISPLAYSYSTEM,KEYSYSTEMANDMEASUREMENTSYSTEM,ETCCONCRETEIMPLEMENTATIONOFMERITKEYCHANGEMEASURINGTHECAPACITANCEOFTHESYSTEMSTATUS,FORDIFFERENTVALUESANDDISPLAYFUNCTIONSPAPERDISCUSSESTHEHARDWAREDESIGNPARTOFTHESUBJECT,WHICHMAINLYDISCUSSESTHESYSTEMEACHFUNCTIONANDTHESYSTEMPRINCIPLE,PRELIMINARYDESIGNPRINCIPLEDIAGRAMANDCIRCUITPRINCIPLEAFTERARGUMENT,WITHALTIUMDESIGNERSOFTWARETOCARRYONTHESPECIALDEVICE,THEPRINCIPLEOFLIBRARYFILEOFDRAWING,PCBASSEMBLYPRODUCTIONASWELLASTHESCHEMATICDRAWING,SYSTEMPCBPLATEMAKINGPROCESS,PCBCIRCUITBOARDONTHEPRODUCTIONOFFINISHEDPRODUCTS,INCLUDINGPCBLAYOUT,WIRING,TEARSANDCOPPERCLADFINALLYTHROUGHWELDING,DEBUGGING,COMPLETESYSTEMHARDWAREDESIGNACHIEVEPRINTINGPLATEPRODUCTIONANDTHEREALIZATIONOFEACHFUNCTIONKEYWORDSSINGLECHIPMICROCOMPUTER，CAPACITANCETEST，LCD1602前言在日常的電路工程或者是電路試驗(yàn)中，電容是一個(gè)最常見的元器件，實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)電容的電容值的準(zhǔn)確度要求也是很高的。在實(shí)際操作中，對(duì)電容的測(cè)量存在許多麻煩，數(shù)值的表現(xiàn)也不夠直觀。為此，我們查閱資料，根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)字電容測(cè)試儀，只要接入被測(cè)電容，打開開關(guān)以后，就能直接在屏幕上顯示出電容的大小，方便在以后的實(shí)驗(yàn)中對(duì)電容的使用。本課題通過(guò)分小組協(xié)作的模式展開，兩位同學(xué)分別負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為控制器，通過(guò)單片機(jī)測(cè)量電容的充電時(shí)間來(lái)計(jì)算電容值。在基準(zhǔn)電壓一定時(shí)電容量和電容充放電時(shí)間成正比，通過(guò)電源給被測(cè)電容器充電，充電開始給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)使單片機(jī)開始計(jì)數(shù)，充電到基準(zhǔn)電壓值后通過(guò)比較器給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)使單片機(jī)停止計(jì)數(shù)，然后把計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)化成電容量。論文主要技術(shù)方向?yàn)殡娐吩韴D的設(shè)計(jì)，制作和電路工作原理的解析。在理解目標(biāo)任務(wù)的整機(jī)結(jié)構(gòu)及各單元電路的工作原理基礎(chǔ)上，熟悉承擔(dān)的子課題所要解決的難點(diǎn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法、技術(shù)要求等；按子課題的要求題電路進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)；合并各個(gè)子課題的設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，進(jìn)行整機(jī)實(shí)物制作及程序調(diào)試，實(shí)現(xiàn)功能。第1章緒論11課題研究的目的及意義電容量是電子信息行業(yè)中非常關(guān)鍵的一項(xiàng)物理量，在信息、工業(yè)、各種高新技術(shù)的開發(fā)和研究中也是一個(gè)非常普遍和常用的測(cè)量參數(shù)。電容器的基本作用就是充電與放電，但由這種基本充放電作用所延伸出來(lái)的許多電路現(xiàn)象，使得電容器有著種種不同的用途，例如在電動(dòng)馬達(dá)中，用它來(lái)產(chǎn)生相移；在照相閃光燈中，用它來(lái)產(chǎn)生高能量的瞬間放電等等。而在電子電路中，電容器不同性質(zhì)的用途尤多，這許多不同的用途，雖然也有截然不同之處，但因其作用均來(lái)自充電與放電。電容量的測(cè)量是電子測(cè)量中最基本的參數(shù)測(cè)量，要求有一定的精確度，同時(shí)要求測(cè)量的量程要寬，測(cè)量的速度要快。因此，設(shè)計(jì)可靠、安全、便捷的電容測(cè)試儀具有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。電容的重要性是顯而易見的，在生活生產(chǎn)中都離不了電容器。所用的電器，生產(chǎn)中的機(jī)械設(shè)備，如果沒(méi)有了電容都將無(wú)法繼續(xù)使用。雖然他只是一個(gè)不起眼的小配件，但他是不能或缺的。可以想象要是在生產(chǎn)生活中沒(méi)有了電容，生產(chǎn)無(wú)法繼續(xù)生活將缺少太多的色彩。12課題選題背景在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，往往需要用到很多電容，電阻等器件。然而在使用過(guò)程中，由于時(shí)間和管理的疏忽經(jīng)常會(huì)把器件的容量標(biāo)簽丟失，以至于無(wú)法得知器件的容量。而且在一些廢電路板上有很多也可以使用但又記不得容量的器件，要是扔了又覺(jué)得很浪費(fèi)。在實(shí)際操作中，對(duì)電容的測(cè)量也存在許多麻煩，數(shù)值的表現(xiàn)也不夠直觀。為此，查閱資料，根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)字電容測(cè)試儀，只要接入被測(cè)電容，打開開關(guān)以后，就能直接在屏幕上顯示出電容的大小，方便在以后的實(shí)驗(yàn)中對(duì)電容的使用。現(xiàn)在作為學(xué)生所接觸到的僅僅停留在學(xué)校的實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)中，還不曾接觸的工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)交易中，更大批量的器件都會(huì)被丟棄浪費(fèi)。這不止是對(duì)資源的浪費(fèi)，還是對(duì)環(huán)境的一種破壞。所以回收利用不僅是一種節(jié)約也是一種環(huán)保。所以，可以直接對(duì)電容量進(jìn)行測(cè)量的電容表在更多的范圍中應(yīng)該得到更加充分的應(yīng)用。13課題研究?jī)?nèi)容本課題通過(guò)分小組協(xié)作的模式展開，同學(xué)分別負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的硬件終端設(shè)計(jì)，軟件終端設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為控制器，通過(guò)單片機(jī)測(cè)量電容的充電時(shí)間來(lái)計(jì)算電容值。在基準(zhǔn)電壓一定時(shí)電容量和電容充放電時(shí)間成正比，通過(guò)電源給被測(cè)電容器充電，充電開始給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)使單片機(jī)開始計(jì)數(shù)，充電到基準(zhǔn)電壓值后通過(guò)比較器給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)使單片機(jī)停止計(jì)數(shù)，然后把計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)化成電容量。其硬件終端設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下電的原理圖設(shè)計(jì)。熟悉系統(tǒng)中各個(gè)單元電路的功能，按功能進(jìn)行元器件型號(hào)的篩選分類，理出相應(yīng)的原理圖器件清單。開始根據(jù)要求設(shè)計(jì)電路的原理圖用ALTIUMDESIGNER軟件對(duì)原理圖進(jìn)行繪制。其中所應(yīng)用到的創(chuàng)建項(xiàng)目、建立庫(kù)文件、設(shè)置電路圖紙尺寸以及版面、添加元件庫(kù)、放置元器件、元器件布線、放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)、元器件的參數(shù)設(shè)置及添加封裝等。PCB印制板圖繪制。利用ALTIUMDESIGNER軟件構(gòu)建PCB文件，設(shè)置PCB的各種參數(shù)后將原理圖導(dǎo)入到PCB文件中，形成初步構(gòu)局，通過(guò)調(diào)整元件的位置進(jìn)行簡(jiǎn)單的布局，采用自動(dòng)布線和手工布線結(jié)合使PCB中的布局合理美觀。再對(duì)PCB圖進(jìn)行淚滴和覆銅。形成最終的PCB圖。使用相應(yīng)的元器件，參照原理圖完成電路板的焊接。本課題通過(guò)硬件和軟件設(shè)計(jì)的搭配，通過(guò)不斷的調(diào)試和修改最終實(shí)現(xiàn)電容測(cè)量的功能。第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)21硬件設(shè)計(jì)211主控芯片圖21STC89C52實(shí)物圖STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程FLASH存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程FLASH，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能8K字節(jié)FLASH，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外STC89X52可降至0HZ靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHZ，6T/12T可選。其特性可以總結(jié)如下1增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)80512工作電壓55V33V（5V單片機(jī)）/38V20V（3V單片機(jī)）3工作頻率范圍040MHZ，4用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)5片上集成512字節(jié)RAM6ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串口（RXD/P30,TXD/P31）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片7具有EEPROM功能8共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T29通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART10PDIP封裝STC89C52在本系統(tǒng)中所使用的引腳功能說(shuō)明P1端口（P10P17，18引腳）P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或者輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫入1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。RST（9引腳）復(fù)位輸入。當(dāng)輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)為有效，用來(lái)完成單片機(jī)單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。P3端口（P30P37，1017引腳）P3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫入1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。XTAL2（18引腳）振蕩器反相放大器的輸入端。XTAL1（19引腳）振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。VSS（20引腳）接地P0端口（P00P07，3932引腳）P0口是一個(gè)漏極開路的8位雙向I/O口。VCC（40引腳）電源電壓2121602液晶顯示圖22LCD1602液晶顯示屏實(shí)物圖1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。液晶顯示器的分類液晶顯示的分類方法有很多種，通常可按其顯示方式分為段式、字符式、點(diǎn)陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。如果根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式來(lái)分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)、單純矩陣驅(qū)動(dòng)和主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)三種。其工作特性如下33V或5V工作電壓，對(duì)比度可調(diào)內(nèi)含復(fù)位電路提供各種控制命令,如清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM內(nèi)建有192個(gè)5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM8個(gè)可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM213LM324運(yùn)算放大器芯片圖23LM324實(shí)物圖LM324由四個(gè)獨(dú)立的，高增益，內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器構(gòu)成，其中專為從單電源供電的電壓范圍經(jīng)營(yíng)。從分裂電源的操作也有可能和低電源電流消耗是獨(dú)立的電源電壓的幅度。應(yīng)用領(lǐng)域包括傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器現(xiàn)在可以更容易地在單電源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的電路。例如，可直接操作的LM324，這是用來(lái)在數(shù)字系統(tǒng)中，輕松地將提供所需的接口電路，而無(wú)需額外的15V電源標(biāo)準(zhǔn)的5V電源電壓。特點(diǎn)如下1短路保護(hù)輸出2真差動(dòng)輸入級(jí)3可單電源工作3V32V4低偏置電流最大100MA5每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器6具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源8行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列9輸入端具有靜電保護(hù)功能21474LS138譯碼器芯片圖2474LS138實(shí)物圖74LS138為3線8線譯碼器共有54LS138和74LS138兩種型式，其主要電特性的典型值如下74LS138傳播延遲時(shí)間22NS功耗32MW其工作原理當(dāng)一個(gè)選通端（G1）為高電平，另兩個(gè)選通端（/G2A和/G2B）為低電平時(shí)，可將地址端（A、B、C）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。利用G1、/G2A和/G2B可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成24線譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成32線譯碼器。若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，138還可作數(shù)據(jù)分配器。其工作原理如下當(dāng)一個(gè)選通端（E1）為高電平，另兩個(gè)選通端（/E2和/E3）為低電平時(shí)，可將地址端（A0、A1、A2）的二進(jìn)制編碼在Y0至Y7對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如A2A1A0110時(shí)，則Y6輸出端輸出低電平信號(hào)。利用E1、E2和E3可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成24線譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成32線譯碼器。若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器?？捎迷?086的譯碼電路中，擴(kuò)展內(nèi)存。22軟件設(shè)計(jì)221C簡(jiǎn)介C語(yǔ)言是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它既具有高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，又具有匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)。它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫不依賴計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。它的應(yīng)用范圍廣泛，具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，不僅僅是在軟件開發(fā)上，而且各類科研都需要用到C語(yǔ)言，適于編寫系統(tǒng)軟件，隨著微型計(jì)算機(jī)的日益普及,出現(xiàn)了許多C語(yǔ)言版本。由于沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),使得這些C語(yǔ)言之間出現(xiàn)了一些不一致的地方。為了改變這種情況,美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)研究所ANSI為C語(yǔ)言制定了一套ANSI標(biāo)準(zhǔn)，成為現(xiàn)行的C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)。222KEIL簡(jiǎn)介KEILUVISION2是51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用接近于傳統(tǒng)C語(yǔ)言的語(yǔ)法來(lái)開發(fā)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用,而且大大的提高了工作效率和項(xiàng)目開發(fā)周期,他還能嵌入?yún)R編，可以在關(guān)鍵的位置嵌入，使程序達(dá)到接近于匯編的工作效率。KEILC51標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為8051微控制器的軟件開發(fā)提供了C語(yǔ)言環(huán)境,同時(shí)保留了匯編代碼高效,快速的特點(diǎn)。C51編譯器的功能不斷增強(qiáng)，使你可以更加貼近CPU本身，及其它的衍生產(chǎn)品。C51已被完全集成到UVISION2的集成開發(fā)環(huán)境中，這個(gè)集成開發(fā)環(huán)境包含編譯器，匯編器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，項(xiàng)目管理器，調(diào)試器。UVISION2IDE可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。其優(yōu)點(diǎn)如下KEILC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開發(fā)，體會(huì)更加深刻。KEILC51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全WINDOWS界面。223PROTEUS簡(jiǎn)介PROTEUS是世界上著名的EDA工具仿真軟件，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DSPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了CORTEX和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、KEIL和MPLAB等多種編譯器。PROTEUS軟件不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。在本設(shè)計(jì)中，通過(guò)PROTEUS構(gòu)建了電路原理圖，與程序所連接進(jìn)行了對(duì)本系統(tǒng)的仿真，對(duì)于在接入硬件調(diào)試之前起到了很大的幫輔作用。在使用該軟件的最初期，由于對(duì)軟件功能的不熟悉，許多功能都不會(huì)使用，構(gòu)建原理圖時(shí)，許多器件也無(wú)法找到，通過(guò)學(xué)習(xí)和查詢，逐漸掌握了該軟件的使用方法，慢慢的完成了原理圖的構(gòu)建和仿真。23系統(tǒng)工作原理圖25系統(tǒng)工作原理圖本電路在加入待測(cè)電容后，系統(tǒng)將對(duì)加入的電容檢測(cè)是否存有剩余電量。通過(guò)檢測(cè)，電容如有剩余電量，則通過(guò)單片機(jī)選通放電三極管Q7，將電容上的電放掉，放電完畢之后。74LS138譯碼電路完成對(duì)電容的測(cè)量前的放電及量程的轉(zhuǎn)換。電路選通Q1Q5中的一個(gè)三極管，經(jīng)過(guò)一定的電阻（本系統(tǒng)中選用1M100K10K1K100），對(duì)電容進(jìn)行充電；同時(shí)，打開單片機(jī)的計(jì)數(shù)器0，開始計(jì)數(shù)。然后單片機(jī)等待外部中斷0的發(fā)生。當(dāng)電容充電達(dá)到參考電壓值時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，該電壓值與一個(gè)固定電壓值做比較，當(dāng)兩個(gè)電壓進(jìn)行比較時(shí)，當(dāng)“”端電壓高于“”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)“”端電壓高于“”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。由此來(lái)確定所測(cè)電容是否充電完畢。發(fā)出充電完成信號(hào)到中斷0端口，單片機(jī)響應(yīng)中斷，停止計(jì)數(shù)器0，并關(guān)閉充電電路，接通放電電路。接著讀出計(jì)數(shù)器0的值，進(jìn)行計(jì)算，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整后，輸出到LCD上顯示。第3章電路原理分析設(shè)計(jì)31電路板總體結(jié)構(gòu)量程轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)STC89C52電源電路電源指示燈電容測(cè)量電路液晶顯示按鍵電路串口通信電路晶振電路復(fù)位電路MAX232DB974LS138LM324圖31電路板總體架構(gòu)圖本系統(tǒng)采用電容充放電原理，使電容充電并達(dá)到基準(zhǔn)電壓后，電壓比較器會(huì)輸出一個(gè)充電停止信號(hào)送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)計(jì)數(shù)器記錄的充電時(shí)間計(jì)算出電容的值送給液晶顯示。系統(tǒng)硬件電路包括單片機(jī)主控電路、電容測(cè)量電路、量程轉(zhuǎn)換電路、顯示及按鍵電路、電源電路。本系統(tǒng)的電路板總體結(jié)構(gòu)框圖。電路板以STC89C52單片機(jī)為核心，各功能模塊電路進(jìn)行繪制。其中供電系統(tǒng)是選用5V交流供電,電源指示燈則顯示電源的開關(guān)情況，當(dāng)系統(tǒng)通電時(shí)指示燈亮。當(dāng)系統(tǒng)未通電時(shí)指示燈不亮。串口通信電路則包括了MAX232芯片，DB9接頭。按鍵電路則由兩個(gè)獨(dú)立按鍵組成。液晶接口是單排座16針接口。量程轉(zhuǎn)換電路由74LS138芯片和充電電路及放電電路組成。電容測(cè)量電路則由LM324芯片和電容測(cè)量電路構(gòu)成。32電路板各模塊功能分析321電源電路模塊分析圖32電源電路原理圖本電路使用直插式電源。該電源由220V輸入，5V輸出供電路板所需的電源。該電源插口有三個(gè)管腳。1腳接VCC，23腳接GND其額定工作功率為I/PAC100240V,AC5060HZ322串口通信電路模塊分析圖33串口通信電路原理圖該電路由DB9接頭和MAX232芯片構(gòu)成。DB9接頭在本電路中使用到三條接口，2腳接RXD，3腳接TXD，5腳接VCC。MAX232芯片則分別接入了四個(gè)22UF的電解電容，其1314腳分別接TXDRXD，1112腳與單片機(jī)的P30和P31口相接。該兩部分都成了本電路的串口通信電路。323液晶顯示電路模塊分析圖34液晶顯示電路原理圖該電路使用LCD1602液晶顯示屏用作顯示輸出。本電路中，LCD1602有八個(gè)數(shù)據(jù)引腳（D0D7）與STC89C52相連。用于接收指令和數(shù)據(jù)；STC89C52通過(guò)RS,RW,和E這三個(gè)端口控制LCD模塊。RSWCU寫入數(shù)據(jù)或者指令選擇段。NCU要寫入指令時(shí)，使RS為低電平；MCU要寫入數(shù)據(jù)時(shí)，使MCU為高電平。3腳則與一個(gè)阻值為10KV的可調(diào)電阻相接，用于對(duì)顯示屏的明暗度進(jìn)行調(diào)節(jié)。324按鍵電路模塊分析圖35按鍵電路原理圖本電路使用的是獨(dú)立按鍵電路，由兩個(gè)按鍵S1S2分別與單片機(jī)的P36,P37相連接。325放電電路模塊分析圖36放電電路原理圖該電路中放電電路由電阻R20及NPN三極管Q7所構(gòu)成。當(dāng)所測(cè)電容中存有剩余電量時(shí)，74LS138芯片Y0口輸出一個(gè)低電平，電路將接通放電電路。剩余電量經(jīng)電阻R20，及三極管Q7流過(guò)，通過(guò)回路放空。當(dāng)剩余電量放空時(shí)，則Y0口輸出一個(gè)高電平，通知單片機(jī)發(fā)出外部中斷，由此放電電路關(guān)閉。326量程轉(zhuǎn)換電路模塊分析圖37量程轉(zhuǎn)換電路原理圖該電路由74LS138芯片及量程轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。量程轉(zhuǎn)換電路有5個(gè)三極管與若干不同阻值的電阻構(gòu)成。5個(gè)PNP三極管的發(fā)射極與VCC連接，基極測(cè)分別接入一個(gè)阻值為1K歐姆電阻,該電阻的另外一段則接入了74LS138芯片的Y1Y5。集電極則分別接入了不同阻值的5個(gè)電阻。本系統(tǒng)中選用1M100K10K1K100。在本電路中，其工作原理測(cè)量開始由單片機(jī)控制譯碼電路給被測(cè)電容放電，放電完成后再有單片機(jī)控制譯碼電路選擇充電電阻來(lái)完成量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換。當(dāng)74LS138芯片的A2A0口輸出電信號(hào)010時(shí)，電路將接通Y0Y5中的任意一端。待測(cè)電容通過(guò)接通的一條電路，經(jīng)過(guò)三極管和所連接的不同阻值的電阻對(duì)其進(jìn)行充電。由于每次充電會(huì)選通不同的電路，所以對(duì)待測(cè)電容充電的時(shí)間也會(huì)有所不同。通過(guò)每次充電的所需的時(shí)間，從中選取一個(gè)最為合適的作為最終選定量程。327電容測(cè)量電路模塊分析圖38電容測(cè)量電路原理圖該電路由電容測(cè)量模塊和LM324芯片構(gòu)成。當(dāng)待測(cè)定容放完剩余電量，選定量程后，系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量電路開始對(duì)待測(cè)電容進(jìn)行充電，測(cè)量。電容測(cè)量電路工作原理量程轉(zhuǎn)換利用74LS138芯片選擇充電電阻來(lái)完成。測(cè)量電路以電容的充電規(guī)律作為測(cè)量依據(jù)，電源電壓E給被測(cè)電容CX充電，CX兩端電壓隨充電時(shí)間的增加而上升。當(dāng)充電時(shí)間T等于RC時(shí)間常數(shù)時(shí)，CX兩端電壓約為電源電壓的632。即0632E。電容測(cè)試儀就是以該電壓作為測(cè)試基準(zhǔn)電壓，測(cè)量電容器充電達(dá)到該電壓的時(shí)間，便能知道電容器的容量。例如，設(shè)電阻R的阻值為1K。兩端電壓上升到0632E所需的時(shí)間為1MS，那么由公式RC可知C。的容量為1微法。根據(jù)電容的充電公式，可以計(jì)算出電容在充電到電壓時(shí)充電時(shí)間跟電容的容量和電阻成正比，跟充電電源電壓無(wú)關(guān)。工作過(guò)程如下首先，通過(guò)單片機(jī)使74LS138芯片選通放電三極管Q，將電容上的電放掉，單片機(jī)控制74LS138芯片選通Q1Q5中的一個(gè)三極管，經(jīng)過(guò)一定的電阻，對(duì)電容進(jìn)行充電，同時(shí)，打開單片機(jī)的計(jì)數(shù)器0，開始計(jì)數(shù)。然后單片機(jī)等待外部中斷0的發(fā)生。當(dāng)電容充電達(dá)到參考電壓值時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，發(fā)出充電完成信號(hào)到中斷0端口，單片機(jī)響應(yīng)中斷，停止計(jì)數(shù)器0，并關(guān)閉充電電路。接著讀出計(jì)數(shù)器0的值，進(jìn)行計(jì)算，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整后，輸出到LCD上顯示。本電路通過(guò)一個(gè)電壓比較器來(lái)檢測(cè)電容充電的終止。由電阻R14，R21及R22構(gòu)成一個(gè)分壓器，產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電壓。當(dāng)電容兩端電壓超過(guò)比較電壓時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一個(gè)低電平到單片機(jī)的中斷0INT0引腳，通知單片機(jī)電容充電完成。該處用到了LM324芯片，其內(nèi)部有四個(gè)運(yùn)算放大器，系統(tǒng)中用到了其中的兩個(gè)分別為L(zhǎng)M324A和LM324B。在電路對(duì)電容進(jìn)行充電時(shí)，LM324用來(lái)將所充的電量和額定的電壓做比較。在LM324中的兩個(gè)運(yùn)算放大器之間加入了兩個(gè)1K歐姆電阻，用來(lái)對(duì)LM324輸出的波形進(jìn)行穩(wěn)定調(diào)整。該部分所輸出的波形，用MULTISIM軟件做出了仿真。圖39LM324波形仿真圖第4章原理圖繪制及PCB板制作41單元電路的原理圖設(shè)計(jì)411作圖工具ALTIUMDESIGNER09簡(jiǎn)介ALTIUMDESIGNER基于一個(gè)軟件集成平臺(tái)，把為電子產(chǎn)品開發(fā)提供完整環(huán)境所需的工具全部整合在一個(gè)應(yīng)用軟件中。ALTIUMDESIGNER包含所有設(shè)計(jì)任務(wù)所需的工具原理圖和HDL設(shè)計(jì)輸入、電路仿真、信號(hào)完整性分析、PCB設(shè)計(jì)、基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)。另外可對(duì)ALTIUMDESIGNER工作環(huán)境加以定制，以滿足用戶的各種不同需求。ALTIUMDESIGNER在單一設(shè)計(jì)環(huán)境中集成板級(jí)和FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)、基于FPGA和分立處理器的嵌入式軟件開發(fā)以及PCB版圖設(shè)計(jì)、編輯和制造。其特點(diǎn)ALTIUMDESIGNER提供了一個(gè)強(qiáng)大的高集成度的板級(jí)設(shè)計(jì)發(fā)布過(guò)程，它可以驗(yàn)證并將您的設(shè)計(jì)和制造數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，這些操作只需一鍵完成，從而避免了人為交互中可能出現(xiàn)的誤差。系統(tǒng)簡(jiǎn)化規(guī)范了發(fā)布設(shè)計(jì)項(xiàng)目的流程，或者更具體地說(shuō)，是那些項(xiàng)目中定義的配置，直觀，簡(jiǎn)潔而且穩(wěn)定。更重要的是，該系統(tǒng)可以被直接鏈接到后臺(tái)版本控制系統(tǒng)。412原理圖的設(shè)計(jì)流程啟用畫圖工具設(shè)置工作環(huán)境元器庫(kù)構(gòu)建及裝載置放元器件及布局原理圖布線原理圖錯(cuò)誤檢查及修改原理圖構(gòu)建完成圖41原理圖設(shè)計(jì)流程圖1啟用畫圖工具啟動(dòng)ALTIUMDESIGNER進(jìn)入原理圖設(shè)計(jì)，由電路圖的尺寸對(duì)圖紙的大小設(shè)計(jì)相應(yīng)的參數(shù)。2設(shè)置工作環(huán)境設(shè)置ALTIUMDESIGNER的工作環(huán)境，包括設(shè)置格點(diǎn)大小，背景顏色等等，其他參數(shù)可以使用系統(tǒng)默認(rèn)值。3元器庫(kù)構(gòu)建及裝載根據(jù)電路原理圖內(nèi)容的需要，自己制作元器件庫(kù)以及加入了其他可使用的器件庫(kù)。將元器件庫(kù)添加到庫(kù)文件中，將元器件從庫(kù)文件取出放置到圖紙上，并對(duì)放置零件的序號(hào)、零件封裝進(jìn)行定義和設(shè)定等工作。根據(jù)所設(shè)計(jì)的要求的不同，所需要的元器件及其封裝也是不相同的。在本設(shè)計(jì)中，使用到了由自己構(gòu)建的元器件庫(kù)和其他已有的可用元器件庫(kù)。對(duì)我在原理圖的設(shè)計(jì)過(guò)程中，提供了很大的方便。4置放元器件及布局根據(jù)設(shè)計(jì)的題目要求，將庫(kù)文件中的元器件依次放置在圖紙中，進(jìn)行合理的布局（同一模塊的器件選擇盡量放置于各自的附近），其中自動(dòng)標(biāo)注元器件。根據(jù)課題要求設(shè)置元器件的參數(shù)屬性和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)的放置。5原理圖布線根據(jù)原理圖的構(gòu)造，將圖紙上的元件用導(dǎo)線、符號(hào)連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)完整的原理圖，將初步繪制好的電路圖作進(jìn)一步的調(diào)整和修改，使得原理圖更加規(guī)范和美觀。6原理圖錯(cuò)誤檢查及修改對(duì)所構(gòu)成的原理圖進(jìn)行連線的檢查，檢查是否有連接錯(cuò)誤或者沒(méi)連接成功的情況，還有對(duì)元器件的管腳是否有接錯(cuò)的情況。如有錯(cuò)誤，則及時(shí)修改。7原理圖構(gòu)建完成在檢錯(cuò)完成后，原理圖構(gòu)建完成。413器件庫(kù)的制作在本設(shè)計(jì)中，所使用的器件庫(kù)分別有軟件自帶的，網(wǎng)絡(luò)下載的以及自己動(dòng)手繪制的相關(guān)器件的器件庫(kù)。使用作圖軟件ALTIUMDESIGNE自己繪制相關(guān)元器件及器件庫(kù)，具體的操作步驟如下1創(chuàng)建原理圖庫(kù)圖42原理圖庫(kù)創(chuàng)建創(chuàng)建原理圖庫(kù)后，可以對(duì)本設(shè)計(jì)所需的元器件進(jìn)行制作和編輯。2原理圖庫(kù)的編輯圖43原理圖庫(kù)設(shè)計(jì)元器庫(kù)編輯管理器界面與原理圖設(shè)計(jì)編輯器界面相似。主要由元件庫(kù)管理器，主工具欄，菜單，使用工具欄，編輯區(qū)等組成。除了主工具欄以外，元件庫(kù)編輯管理器提供了兩個(gè)重要的工具欄，即繪制圖形工具欄和IEEE工具欄。3原理圖庫(kù)參數(shù)設(shè)置圖44原理圖庫(kù)參數(shù)設(shè)置對(duì)編輯器進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，其中包括界面的大小，顏色以及網(wǎng)格的應(yīng)用等等。4繪制元器件圖45元器件的繪制引腳參數(shù)設(shè)置圖46PIN特性參數(shù)設(shè)置該部分主要對(duì)繪制完成的元器件的引腳參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要是引腳標(biāo)號(hào)和引腳的標(biāo)識(shí)。4完成保存圖46文件保存界面完成原理圖的繪制，將其保存。414元器件清單原理圖元器件清單是按照本設(shè)計(jì)要求具體制定的，其中包括了各個(gè)器件的參數(shù)設(shè)置，標(biāo)號(hào)以及其封裝信息。圖47元器件清單截圖42仿真及萬(wàn)能板電路焊接、調(diào)試421PROTEUS的仿真在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期，通過(guò)PROTEUS軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。通過(guò)該軟件，對(duì)電路的LCD1602液晶顯示驅(qū)動(dòng)以及按鍵電路的功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了仿真實(shí)現(xiàn)。對(duì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作進(jìn)程起到了關(guān)鍵的作用。以下為PROTEUS軟件仿真的原理圖設(shè)計(jì)XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0/AD0391/1802/237P3/AD3604/4355/54P06/AD637/72P10/T21/EX2123P3414556P16778P30/RXD101/T32/IN012P/IT1334/014P37/RD176/W65/T1527/A1528P20/A8211/92/023P3/A1424/2255/136P6/47UAT89C52A1B2C3E162435Y01514213Y324150Y6977U274LS138D71463D5124D31029D1807E6RW5S4VS1D2VE3LCD1M06L234567891RP1RESPACK8VCGNDQ1850Q2850Q3850Q4850Q5850R71KR81KR91KR10KR1K13M140K150K16K170C62PFC72PFX1GNDR19KR201KR211KGNDR21KQ8850R231KR241KR251KR267KC101UFR271KQ1805R291KR301/2WR11KVCVCC10PFR301R192U3AIP54RV210KU3DIPCX10FENTRABCD2141U3ALM32412131441U3DLM324Q6NPVC圖48PROTEUS仿真原理圖截圖該圖為PROTEUS軟件對(duì)LCD1602液晶顯示驅(qū)動(dòng)的模擬仿真圖圖49PROTEUS仿真截圖422NIMULTISIM11仿真MULTISIM是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以WINDOWS為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。本電路中，用其對(duì)系統(tǒng)的充電及放電電路進(jìn)行仿真。當(dāng)接通不同的電路時(shí)，其產(chǎn)生的波形發(fā)生了明顯的跳動(dòng)，說(shuō)明該電路可對(duì)電容進(jìn)行充放電。圖410MULTISIM仿真電路截圖該圖為系統(tǒng)充電電路及放電電路在MULTISIM軟件上的仿真，取三個(gè)不同的點(diǎn)對(duì)電壓進(jìn)行測(cè)量，LM324兩個(gè)部分的輸出端接入一個(gè)示波器對(duì)其波形的跳動(dòng)進(jìn)行顯示。當(dāng)仿真進(jìn)行時(shí)，電路各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓都產(chǎn)生了不同。說(shuō)明了LM324運(yùn)算放大器對(duì)電壓進(jìn)行了比較和輸出。本電路從左至右，于三個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)上加入了三個(gè)萬(wàn)用表，用于對(duì)三個(gè)點(diǎn)的電壓進(jìn)行檢測(cè)。（數(shù)據(jù)顯示順序由上往下對(duì)應(yīng)電路圖中的萬(wàn)用表由左往右）。圖411MULTISIM仿真截圖423焊接萬(wàn)能板在萬(wàn)能板焊接的初期，對(duì)電源的5V輸入能否滿足其正常工作所需的電壓做了一些實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。將LM324通過(guò)5V供電，電壓輸出端為377V，此時(shí)的反相端口則為18V。電壓輸出端為376V，此時(shí)的反相端口則為3V。由此LM324在5V供電時(shí)，都能在其額定的電壓內(nèi)，所以沒(méi)有為L(zhǎng)M324做單獨(dú)電壓，而是通過(guò)整個(gè)系統(tǒng)的5V電源直接供電。下圖為驗(yàn)證LM324供電的實(shí)物圖圖412檢測(cè)電路實(shí)物截圖本系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，通過(guò)萬(wàn)能板的焊接做成了初期的硬件，用于對(duì)程序的調(diào)試。經(jīng)過(guò)對(duì)原理圖的研究，電路可行性的考證之后。購(gòu)買了萬(wàn)能板及電路所需的器件，芯片以及其他各種相關(guān)的零件，通過(guò)不斷的修改和焊接。終于完成了萬(wàn)能板的焊接，并且通過(guò)調(diào)試，使其可以正常工作。圖413萬(wàn)能板實(shí)物截圖43PCB印制板設(shè)計(jì)與制作431設(shè)置PCB設(shè)計(jì)環(huán)境在從原理圖編輯器轉(zhuǎn)換到PCB編輯器之前，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)有最基本輪廓的空白PCB文件。1新建PCB文件圖413創(chuàng)建PCB文件截圖截圖2PCB參數(shù)設(shè)置圖414板選項(xiàng)框執(zhí)行DESIGNBOARDOPTIONS命令，設(shè)置版圖的參數(shù)。執(zhí)行該命令后將會(huì)出現(xiàn)如圖對(duì)話框，然后就可以正式的PCB元件導(dǎo)入，布局以及布線。3認(rèn)識(shí)PCB的層PCB各層的含義如下（1）SIGNALLAYER信號(hào)層信號(hào)層主要用于布置電路板上的導(dǎo)線（2）INTERNALPLANELAYER內(nèi)部電源/接地層該類型的層僅用于多層板,主要用于布置電源線和接地線我們稱雙層板,四層板,六層板,一般指信號(hào)層和內(nèi)部電源/接地層的數(shù)目（3）MECHANICALLAYER機(jī)械層一般用于設(shè)置電路板的外形尺寸,數(shù)據(jù)標(biāo)記,對(duì)齊標(biāo)記,裝配說(shuō)明以及其它的機(jī)械信息這些信息因設(shè)計(jì)公司或PCB制造廠家的要求而有所不同執(zhí)行菜單命令能為電路板設(shè)置更多的機(jī)械層另外,機(jī)械層可以附加在其它層上一起輸出顯示（4）SOLDERMASKLAYER阻焊層在焊盤以外的各部位涂覆一層涂料,如防焊漆,用于阻止這些部位上錫阻焊層用于在設(shè)計(jì)過(guò)程中匹配焊盤,是自動(dòng)產(chǎn)生的。（5）PASTEMASKLAYER防護(hù)層它和阻焊層的作用相似,不同的是在機(jī)器焊接時(shí)對(duì)應(yīng)的表面粘貼式元件的焊盤。（6）KEEPOUTLAYER禁止布線層用于定義在電路板上能夠有效放置元件和布線的區(qū)域在該層繪制一個(gè)封閉區(qū)域作為布線有效區(qū),在該區(qū)域外是不能自動(dòng)布局和布線的（7）SILKSCREENLAYER絲印層絲印層主要用于放置印制信息,如元件的輪廓和標(biāo)注,各種注釋字符等（8）MULTILAYER多層電路板上焊盤和穿透式過(guò)孔要穿透整個(gè)電路板,與不同的導(dǎo)電圖形層建立電氣連接關(guān)系,因此系統(tǒng)專門設(shè)置了一個(gè)抽象的層,多層一般,焊盤與過(guò)孔都要設(shè)置在多層上,如果關(guān)閉此層,焊盤與過(guò)孔就無(wú)法顯示出來(lái)（9）DRILLLAYER鉆孔層鉆孔層提供電路板制造過(guò)程中的鉆孔信息如焊盤,過(guò)孔就需要鉆孔ALTIUMDESIGNER提供層堆棧管理器對(duì)各層屬性進(jìn)行管理。在層堆棧管理器，可自定義層的結(jié)構(gòu)，看到層堆棧的立體效果。對(duì)電路板工作層的管理可以執(zhí)行DESIGNLAYERSTACKMANAGER命令。圖415層堆棧管理器窗口4定義層和設(shè)置層的顏色如果查看PCB工作區(qū)的地步，會(huì)看見一系列的標(biāo)簽。PCB編輯器是一個(gè)多層環(huán)境，在設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)，往往會(huì)遇到工作層選擇的問(wèn)題，可以在不同的工作層上進(jìn)行不同的操作。當(dāng)進(jìn)行工作層設(shè)置時(shí)，可以執(zhí)行PCB設(shè)計(jì)管理器的DESIGNBOARDLAYER命令，將彈出如圖對(duì)話框，其中顯示用到的信號(hào)層，平面層，機(jī)械層以及層的顏色和圖紙顏色。圖415視圖配置窗口432元件布局在設(shè)計(jì)中，布局是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。布局結(jié)果的好壞將直接影響布線的效果，因此可以這樣認(rèn)為，合理的布局是PCB設(shè)計(jì)成功的第一步。打開PCB文件執(zhí)行工具器件布局自動(dòng)布局彈出下列窗口圖416PCB自動(dòng)生成確認(rèn)窗口點(diǎn)擊YES后生成PCB布局圖，經(jīng)過(guò)對(duì)元器件的擺放和布局，形成以下界面圖417PCB元器件布局窗口1要有合理的走向如輸入/輸出，交流/直流，強(qiáng)/弱信號(hào)，高頻/低頻，高壓/低壓等，它們的走向應(yīng)該是呈線形的或分離，不得相互交融。其目的是防止相互干擾。最好的走向是按直線，但一般不易實(shí)現(xiàn)，最不利的走向是環(huán)形。2選擇好接地點(diǎn)小小的接點(diǎn)不知有多少工程技術(shù)人員對(duì)它做過(guò)多少論述，足見其重要性。3合理布置電源，電容一般在原理圖中僅畫出若干電源，電容，但未指出它們各自應(yīng)接于何處。其實(shí)這些電容是為開關(guān)器件而設(shè)置的，布置這些電容就應(yīng)盡量靠近這些元部件，離得太遠(yuǎn)就沒(méi)有作用了。4線條有講究有條件做寬線決不做細(xì)；高壓及高頻線應(yīng)園滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角。地線應(yīng)盡量寬，最好使用大面積覆銅，這對(duì)接地點(diǎn)問(wèn)題有相當(dāng)大的改善。5有些問(wèn)題雖然發(fā)生在后期制作中，但卻是PCB設(shè)計(jì)中帶來(lái)的，它們是過(guò)線孔太多，沉銅工藝稍有不慎就會(huì)埋下隱患。所以，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少過(guò)線孔。同向并行的線條密度太大，焊接時(shí)很容易連成一片。所以，線密度應(yīng)視焊接工藝的水平來(lái)確定。焊點(diǎn)的距離太小，不利于人工焊接，只能以降低工效來(lái)解決焊接質(zhì)量。433布線，覆銅PCB的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)當(dāng)中，設(shè)計(jì)規(guī)則是不可缺少的一部分。因?yàn)樗P(guān)系到PCB中布線，覆銅的好壞。所以我們得先進(jìn)行規(guī)則和約束的設(shè)置。執(zhí)行設(shè)計(jì)規(guī)則，根據(jù)要求設(shè)置其約束數(shù)據(jù)，如下圖所示圖418PCB規(guī)則設(shè)置框規(guī)則設(shè)置對(duì)話框可以對(duì)，線寬（線寬決定通過(guò)的電流大小）線間距以及各種孔的大小等不同的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)PCB中布線時(shí)的線寬為0635MM，各孔徑的尺寸設(shè)定為0889MM。1PCB的布線布線是整個(gè)PCB設(shè)計(jì)中最重要的工序，該步驟將會(huì)影響PCB板的性能優(yōu)劣。在PCB的設(shè)計(jì)過(guò)程中，布線一般有三種層次的劃分首先是布通。這是PCB設(shè)計(jì)時(shí)的最基本的要求。如果線路沒(méi)有布通，PCB板將無(wú)法運(yùn)行，這將會(huì)是一塊不成功的板子。其次是電器性能的滿足。這是衡量一塊電路板是否合格的標(biāo)準(zhǔn)。這是在布通之后，調(diào)整布線，使其能達(dá)到最佳的電器性能。接著就是美觀。布線要整齊劃一，不能縱橫交錯(cuò)毫無(wú)章法。這些都要在保證電器性能和滿足其他要求的情況下得以實(shí)現(xiàn)。布線參數(shù)設(shè)定完畢后，開始布線。執(zhí)行自動(dòng)布線全部布線的過(guò)程中會(huì)彈出相應(yīng)的信息框，主要是顯示布線中每個(gè)部分的完成情況圖419布線信息框下圖為自動(dòng)布線后的PCB截圖圖420PCB板截圖2PCB的覆銅覆銅，就是將PCB上閑置的空間作為基準(zhǔn)面，然后用固體銅填充，這些銅區(qū)又稱為灌銅。覆銅的意義在于，減小地線阻抗，提高抗干擾能力；降低壓降，提高電源效率；還有，與地線相連，減小環(huán)路面積。覆銅需要處理好幾個(gè)問(wèn)題一是不同地的單點(diǎn)連接，做法是通過(guò)0歐電阻連接；二是晶振附近的覆銅，電路中的晶振為一高頻發(fā)射源，做法是在環(huán)繞晶振敷銅，然后將晶振的外殼另行接地。三是孤島問(wèn)題，如果覺(jué)得很大，那就定義個(gè)地過(guò)孔添加進(jìn)去也可以解決。具體的覆銅步驟如下點(diǎn)擊下腳的TOPLAYER和BOTTOMLAYER設(shè)置選項(xiàng)圖421顏色設(shè)置選項(xiàng)框?qū)CB圖的四個(gè)頂角進(jìn)行相應(yīng)的頂層進(jìn)行銅膜走線，生成下圖圖422頂層銅膜走線圖點(diǎn)擊BOTTOMLAYER對(duì)PCB圖的四個(gè)頂角進(jìn)行相應(yīng)的底層進(jìn)行銅膜走線，生成下圖圖423底層銅膜走線圖制成PCB電路板圖424PCB電路板434PCB板的焊接1焊接工具的選用普通電烙鐵普通電烙鐵只適合焊接要求不高的場(chǎng)合使用。如焊接導(dǎo)線、連接線等。吸錫器吸錫器實(shí)際是一個(gè)小型手動(dòng)空氣泵，壓下吸錫器的壓桿，就排出了吸錫器腔內(nèi)的空氣；釋放吸錫器壓桿的鎖鈕，彈簧推動(dòng)壓桿迅速回到原位，在吸錫器腔內(nèi)形成空氣的負(fù)壓力，就能夠把熔融的焊料吸走。2插件元件焊接的步驟21插入將插件元件插入電路板標(biāo)示位置過(guò)孔中，與電路板緊貼至無(wú)縫為止。如未與電路板貼緊，在重復(fù)焊接時(shí)焊盤高溫易使焊盤損傷或脫落，物流過(guò)程中也可導(dǎo)致焊盤損傷或脫落。22預(yù)熱烙鐵與元件引腳、焊盤接觸，同時(shí)預(yù)熱焊盤與元件引腳，而不是僅僅預(yù)熱元件，此過(guò)程約需1秒鐘時(shí)間。23加焊錫焊錫加焊盤上（而不是僅僅加在元件引腳上），待焊盤溫度上升到使焊錫絲熔化的溫度，焊錫就自動(dòng)熔化。不能將焊錫直接加在烙鐵上使其熔化，這樣會(huì)造成冷焊。24加適量的焊錫，然后先拿開焊錫絲。25焊后加熱拿開焊錫絲后，不要立即拿走烙鐵，繼續(xù)加熱使焊錫完成潤(rùn)濕和擴(kuò)散兩個(gè)過(guò)程，直到是焊點(diǎn)最明亮?xí)r再拿開烙鐵，不應(yīng)有毛刺和空隙。26冷卻在冷卻過(guò)程中不要移動(dòng)插件元件3通電檢查在外觀檢查結(jié)束以后認(rèn)為連線無(wú)誤，在通過(guò)使用萬(wàn)用表對(duì)電路進(jìn)行精確的檢查后，才可進(jìn)行通電檢查，這是檢驗(yàn)電路性能的關(guān)鍵。如果不經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢查，通電檢查不僅困難較多，而且可能損壞設(shè)備儀器，造成安全事故。例如電源連接線虛焊，電路連接短路等問(wèn)題。圖425焊接完成的PCB電路板第5章