電路軟件設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告學(xué)號(hào)：27196姓名：孟金波班級(jí)：通信113班指導(dǎo)教師：趙琨宋傳旺日期：.1.6-.1.10

第一部分實(shí)習(xí)目的及內(nèi)容一、實(shí)習(xí)目的與規(guī)定掌握一種電路原理圖與電路板的繪制辦法是電類工程師的必備條件。本實(shí)習(xí)可使用軟件工具Protel99SE（或AltiumDesigner或POWERLOGIC、PADS）。本實(shí)習(xí)的教學(xué)任務(wù)是通過實(shí)際操作練習(xí)，使學(xué)生掌握運(yùn)用電路設(shè)計(jì)軟件繪制多個(gè)電路板原理圖的辦法，SCH部分應(yīng)掌握：PROTEL99系統(tǒng)界面和基本操作；元件封裝的設(shè)計(jì)；原理圖設(shè)計(jì)的基本操作；系統(tǒng)工作環(huán)境的設(shè)立等基本應(yīng)用。學(xué)會(huì)繪制的技巧和理解設(shè)計(jì)多個(gè)實(shí)際應(yīng)用電路的辦法，同時(shí)能夠進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)。二、實(shí)習(xí)內(nèi)容繪制含有一定復(fù)雜度的電路原理圖。結(jié)合以前所學(xué)課程（例如模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化、通信原理等）設(shè)計(jì)一種系統(tǒng)，規(guī)定：1）所給出的原理圖設(shè)計(jì)應(yīng)有系統(tǒng)的理論完整性，此系統(tǒng)理論上能夠完畢2-3種以上能夠描述的硬件功效，不同型號(hào)的不不大于8腳的芯片器件（例如89c51等）數(shù)量不少于4個(gè)，如液晶、鍵盤、下載接口、擴(kuò)展接口等非芯片接口不計(jì)入芯片數(shù)量。本設(shè)計(jì)給出某些能夠選擇的原理圖（PDF格式），也能夠自己來設(shè)計(jì)滿足規(guī)定的原理圖。3）根據(jù)自己設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)芯片的原理圖封裝，按照設(shè)計(jì)繪制對(duì)的的原理圖。4）根據(jù)設(shè)計(jì)的原理圖設(shè)計(jì)PCB圖（可選）第二部分系統(tǒng)基本硬件功效與描述一、電路原理概述實(shí)驗(yàn)中所畫電路圖為U盤原理圖。U盤存儲(chǔ)原理是計(jì)算機(jī)把二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)為復(fù)合二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)（加入分派、核對(duì)、堆棧等指令）讀寫到USB芯片適配接口，通過芯片解決信號(hào)分派給EEPROM存儲(chǔ)芯片的對(duì)應(yīng)地址存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其控制原理是電壓控制柵晶體管的電壓高低值，柵晶體管的結(jié)電容可長(zhǎng)時(shí)間保存電壓值，斷電后能保存數(shù)據(jù)的因素重要就是在原有的晶體管上加入了浮動(dòng)?xùn)藕瓦x擇柵。在源極和漏極之間電流單向傳導(dǎo)的半導(dǎo)體上形成貯存電子的浮動(dòng)?xùn)?。浮?dòng)?xùn)虐粚庸柩趸そ^緣體。它的上面是在源極和漏極之間控制傳輸電流的選擇/控制柵。數(shù)據(jù)是0或1取決于在硅底板上形成的浮動(dòng)?xùn)胖信c否有電子。有電子為0，無電子為1。閃存就猶如其名字同樣，寫入前刪除數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化。具體說就是從全部浮動(dòng)?xùn)胖袑?dǎo)出電子。即將有所數(shù)據(jù)歸“1”。寫入時(shí)只有數(shù)據(jù)為0時(shí)才進(jìn)行寫入，數(shù)據(jù)為1時(shí)則什么也不做。寫入0時(shí)，向柵電極和漏極施加高電壓，增加在源極和漏極之間傳導(dǎo)的電子能量。這樣一來，電子就會(huì)突破氧化膜絕緣體，進(jìn)入浮動(dòng)?xùn)?。讀取數(shù)據(jù)時(shí)，向柵電極施加一定的電壓，電流大為1，電流小則定為0。浮動(dòng)?xùn)艣]有電子的狀態(tài)（數(shù)據(jù)為1）下，在柵電極施加電壓的狀態(tài)時(shí)向漏極施加電壓，源極和漏極之間由于大量電子的移動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生電流。而在浮動(dòng)?xùn)庞须娮拥臓顟B(tài)（數(shù)據(jù)為0）下，溝道中傳導(dǎo)的電子就會(huì)減少。由于施加在柵電極的電壓被浮動(dòng)?xùn)烹娮游『?，很難對(duì)溝道產(chǎn)生影響。U盤的整體電路以下圖所示。其中電路重要由U盤控制器U2（IC1114）和存儲(chǔ)器U3（K9F080U0B）構(gòu)成，而電壓轉(zhuǎn)換器U1完畢將電腦提供的VUSB電壓轉(zhuǎn)換為VCC電壓。其中幾個(gè)核心元件，電壓轉(zhuǎn)換器U1、控制器U2、存儲(chǔ)器U4和寫保護(hù)開關(guān)SW1A，都必須自己創(chuàng)立，其原理圖以下圖示：

二、U盤控制器IC1114主控芯片重要起電腦與FLASH芯片之間數(shù)據(jù)交換的作用，分為全速（USB2.0全速）和高速（USB2.0高速）。這兩類接口的區(qū)別是傳輸速率不同。其中，USB2.0全速在以前被稱為USB1.1。USB1.1最大傳輸速度為12Mbps/秒，USB2.0最大傳輸速度為480Mbps/秒。本實(shí)驗(yàn)電路中，采用控制芯片IC1114。本款芯片能夠自動(dòng)提供穩(wěn)壓電源3.3V，支持多達(dá)4個(gè)NAND閃存芯片與寫保護(hù)功效，另外外加晶振是12MHz。其引腳功效以下：（摘自IC1114的技術(shù)手冊(cè)）三、存儲(chǔ)器U4K9F080U0B電路中采用采用存儲(chǔ)器K9F080U0B。K9F080U0B是一款16MB位數(shù)據(jù)寬度的存儲(chǔ)芯片。有關(guān)該芯片的某些重要引腳功效以下：(摘自K9F080U0B芯片手冊(cè))CommandLatchEnable(CLE)：TheCLEinputcontrolstheactivatingpathforcommandssenttothecommandregister.Whenactivehigh,commandsarelatchedintothecommandregisterthroughtheI/OportsontherisingedgeoftheWEsignal.AddressLatchEnable(ALE)：TheALEinputcontrolstheactivatingpathforaddresstotheinternaladdressregisters.AddressesarelatchedontherisingedgeofWEwithALEhigh.ChipEnable(CE)：TheCEinputisthedeviceselectioncontrol.WhenCEgoeshighduringareadoperationthedeviceisreturnedtostandbymode.However,whenthedeviceisintheBusystateduringprogramorerase,CEhighisignored,anddoesnotreturnthedevicetostandbymode.WriteEnable(WE)：TheWEinputcontrolswritestotheI/Oport.Commands,addressanddataarelatchedontherisingedgeoftheWEpulse.TheWEmustbeheldhighwhenoutputsareactivated.ReadEnable(RE)：TheREinputistheserialdata-outcontrol,andwhenactivedrivesthedataontotheI/Obus.DataisvalidtREAafterthefallingedgeofREwhichalsoincrementstheinternalcolumnaddresscounterbyone.GND(Pin#6):ConnectthisinputpintoGNDorsettostaticlowstateunlessthesequentialreadmodeexcludingspareareaisused.I/OPort:I/O0~I/O7:TheI/Opinsareusedtoinputcommand,addressanddata,andtooutputdataduringreadoperations.TheI/Opinsfloattohigh-zwhenthechipisdeselectedorwhentheoutputsaredisabled.WriteProtect(WP):TheWPpinprovidesinadvertentwrite/eraseprotectionduringpowertransitions.TheinternalhighvoltagegeneratorisresetwhentheWPpinisactivelow.Ready/Busy(R/B):TheR/Boutputindicatesthestatusofthedeviceoperation.Whenlow,itindicatesthataprogram,eraseorrandomreadoperationisinprocessandreturnstohighstateuponcompletion.Itisanopendrainoutputanddoesnotfloattohigh-zconditionwhenthechipisdeselectedorwhenoutputsaredisabled.針對(duì)存儲(chǔ)器K9F080U0B的讀寫，特別是其可隨機(jī)讀，但無法隨機(jī)寫的問題，需要通過設(shè)立緩沖區(qū)來解決。在與USBHost進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的過程中，最小的單位是扇區(qū)：512字節(jié)。由于NANDFlash在寫之前必須先擦除，而一擦又必須擦一種Block，因此在擦除某Block之前必須保存同一種Block中有關(guān)扇區(qū)的數(shù)據(jù)。因此，如果每收到一種扇區(qū)的內(nèi)容就進(jìn)行一次擦、保存、寫的操作，系統(tǒng)任務(wù)將十分繁重，無法及時(shí)響應(yīng)USBHost端的請(qǐng)求。因此，在系統(tǒng)中設(shè)立32K的緩沖區(qū)，每完畢一次數(shù)據(jù)傳輸后，記下本次要寫的開始扇區(qū)和總扇區(qū)數(shù)，將本次要寫的數(shù)據(jù)所涉及的扇區(qū)以外的數(shù)據(jù)從NANDFlash中讀出來，寄存在緩沖區(qū)中對(duì)應(yīng)位置，然后擦除一種Block，再將緩沖區(qū)中內(nèi)容一次全部重新寫入NANDFlash。除此之外，電路中還涉及芯片電壓轉(zhuǎn)換器AT2101和寫保護(hù)開關(guān)SW1A，其兩者的引腳構(gòu)造分別以下圖所示：第三部分電路圖設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)電路圖見報(bào)告最后所附圖。U盤電路的工作流程為：當(dāng)U盤連接到電腦主機(jī)的USB接口中，電腦USB接口的5V（VUSB）電壓通過U盤的USB接口的供電針腳為U盤供電電路提供供電，產(chǎn)生VCC電壓。接著USB接口電路中的USB插座的數(shù)據(jù)輸入針腳為高電平，而數(shù)據(jù)輸出引腳為低電平:當(dāng)電腦主板的USB模塊檢測(cè)到數(shù)據(jù)線上的一高一低電平信號(hào)后，就認(rèn)為USB設(shè)備連接好，向USB設(shè)備發(fā)出準(zhǔn)備好信號(hào)。接著U盤的主控芯片IC1114調(diào)取存儲(chǔ)器K9F080U0B中的基本信息及文獻(xiàn)信息，通過USB接口發(fā)送給電腦主機(jī)的USB總線，電腦主機(jī)接受數(shù)據(jù)后，就會(huì)提示發(fā)現(xiàn)新硬件，并開始安裝U盤的驅(qū)動(dòng)程序。驅(qū)動(dòng)程序安裝完畢之后，接著顧客就看見U盤存儲(chǔ)器中的文獻(xiàn)了。U盤在與主機(jī)交互時(shí)需遵照一定的通信合同。當(dāng)顧客向U盤存儲(chǔ)器K9F080U0B中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)文獻(xiàn)時(shí)，主控芯片IC1114首先檢測(cè)其寫保護(hù)端口P11的電平信號(hào)。若寫保護(hù)端口P11為高電平信號(hào)，則主控芯片IC1114接著向閃存芯片發(fā)送一種讀寫信號(hào)，接著閃存將數(shù)據(jù)存入其中。若寫保護(hù)端口P11為低電平信號(hào)，則主控芯片向閃存芯片發(fā)送一種寫保護(hù)信號(hào)，閃存將回絕數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。第四部分實(shí)習(xí)體會(huì)與總結(jié)本實(shí)習(xí)重要是運(yùn)用軟件工具，完畢電路原理圖以及電路板的繪制。在實(shí)習(xí)過程中，我重要使用的是AltiumDesigner電路設(shè)計(jì)軟件。由于在之前，對(duì)與AltiumDesigner有關(guān)的電路設(shè)計(jì)軟件接觸較少，因此在實(shí)習(xí)最初階段碰到了不少問題。在網(wǎng)上找到教程以及到圖書館查閱資料后，才慢慢將AltiumDesigner設(shè)計(jì)環(huán)境運(yùn)用嫻熟。在電路原理圖設(shè)計(jì)階段，重要是對(duì)各部分電路的繪制、檢查和修改。在電路中涉及的重要芯片，像電壓轉(zhuǎn)換器AT2101、控制器IC1114、存儲(chǔ)器K9F080U0B和寫保護(hù)開關(guān)SW1A都需自己繪制并添加進(jìn)元件庫中。在電路圖繪制完畢之后，還要根據(jù)檢查錯(cuò)誤對(duì)電路圖進(jìn)行修改和改正。由于在第一次繪制過程中，不慎將寫保護(hù)電路中的R24電阻錯(cuò)標(biāo)為R14造成電路出現(xiàn)二十多處引腳錯(cuò)誤。認(rèn)真修改正后，終于得到了對(duì)的的電路成果。在根據(jù)電路原理圖繪制PCB圖時(shí)，由于最后時(shí)間倉促，未能完畢最后的完整的PVB圖，只是完畢了一部分元器件的封裝?？傮w上本次實(shí)習(xí)達(dá)成了預(yù)期的成果，對(duì)于最后的成果也比較滿意。由于通過本次實(shí)驗(yàn)，我不僅學(xué)到