PCB设计报告

杭州电子科技大学实验报告

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PCB电路设计

一、实验目的

1、熟悉印制电路板设计软件altium designer 6.3；

2、能熟练运用AD6.3软件进行原理图设计和PCB设计；

3、熟练对89C52单片机相关的系统进行电路原理图设计和PCB设计。

二、原理框图

要求任务及自主设计：

1、89C52单片机最小系统的构成及设计，包括：时钟、复位、电源、单片机、按键和显示。

2、在此基础上完成室内环境监测系统设计，包括光照、湿度、温度和报警功能。

3、自主设计，增加实时时钟显示电路。

三、方案论证

1、显示电路：

方案一：采用LED液晶显示屏1602，液晶显示屏的显示功能强大，可显示大量文字图形，显示多样，清晰可见。

方案二：采用LED七段数码显示管，需要译码管驱动，硬件复杂且功能单一。

综上，由于实验有显字要求，选择方案一。

2、温湿度电路：

方案一：温度和湿度分开测量，采用温度传感器AD590和湿度传感器HS1100/HS1101，两个分开测量简单，但器件多。

方案二：采用SHT10温湿度传感器，两者功能集于同一芯片，更为方便。

综上，选择方案二。

四、原理图的设计

1、单片机89C52

89C52有40个引脚，按功能可分为电源、时钟、控制和I/O引脚。

VCC芯片电源，接+5V，VSS接地GND。

XTAL1、XTAL2：晶体振荡电路反相输入端和输出端。

四条控制线：

ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲。

PSEN：外ROM读选通信号。

RST：复位信号输入端。

EA/VPP:内外ROM选择端/片内EPROM编程电源。

I/O线：

P0.0~0.7：输出能力最强的端口，可带8个TTL负载。当作I/O端口时，端口内部输出电路呈”开路结构“，当驱动MOS负载时，应接一个10K左右的上拉电阻，否则无法输出高电平。当作扩展方式用时，P0口成为外部存储器提供低八位地址和数据的”复用总线“。

P1.0~1.7：功能单一的I/O端口，负载恩呢管理为4个TTL负载。

P2.0~2.7：功能与P0端口类似，不过是作普通的I/O端口和提供系统扩展时的总线方式（高八位地址总线）。

P3.0~3.7：具有两种用途，作I/O端口时功能同P2端口；引脚还具有第二功能，一般不做I/O端口，主要突出使用第二功能。

单片机89C52原理图如下：

2、电源电路

电源电路采用L7805芯片，是一个输出为正5V直流电压的稳压器。C1、C2分别是输入端和输出端的滤波电容，取值如图，作用是将脉动直流变换成比较平滑的直流，滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波。输入电压即纹波电压中的低值点，必须高于所需输出电压2V以上。

电源电路原理图如下：

3、晶振电路

89C52内部有一个用语构成内部振荡器的高增益反相放大电路，XATL1、XATL2分别是该放大器的输入和输出端，外接石英晶体以及C1、C2（取值如图）接在放大器的反馈回路中，构成并联振荡电路。单片机的工作频率取决于外接晶体的振荡频率，晶振频率越低系统越稳定。

晶振电路原理图如下：

4、复位电路

复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。RC复位电路可以实现上述基本功能，我所画的复位电路为高电平有效。

复位电路原理图如下：

5、按键电路

常用的非编码键盘,每个键都是一个常开开关电路。因为记数器的记数速度非常快,按键、触点等接触时会有多次接通和断开的现象。我们感觉不到，可是记数器却都记录了下来。比如，虽然只按了1下,记数器可能记了3下。因此，使用按键的记数电路都会增加单稳态电路记数错误，所以计数器输入脉冲最好不要直接接普通的按键开关。利用电容的放电延时，采用并联电容法，即可以实现硬件消抖，如图每个开关分别并联上容值为0.1UF的电容。当然RS触发器也是常用的硬件去抖，同时也有软件去抖，这里就不过多介绍。

按键电路原理图如下：

6、显示电路

采用LED液晶显示屏1602，此处采用1602标准16脚（带背光）接口。1602的3脚为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。

引脚说明如下：

显示电路原理图如下：

7、实时时钟电路

DS1302时钟芯片包括实时时钟/日历和31字节的静态RAM。它经过一个简单的串行接口与微机处理通信，实时时钟/日历提供秒、分、时、日、周、月和年等信息。对于小雨31天的月和月末的日期自动进行调整，还包括闰年矫正的功能。时钟的运行可以采用24h或AM/PM的12h格式。采用闪现接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次穿上多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302有主电源/后备电源引脚：VCC1在单电源与电池供电的系统中提供低电源，并提供低功率的电池备份；VCC2在双电源系统中提供主电源，在这种运用方式中，VCC1链接到备份电源，以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据。DS1302由VCC1或VCC2中较大者供电，当VCC2大于VCC1+0.2V时，VCC2给DS1302供电；当VCC2小于VCC1时，DS1302由VCC1供电。

实时时钟电路原理图如下：

8、光敏电路

光敏电阻会感应光照强度的变化，自己电阻随着光强度的增加而减小，进而通过电阻上的电压变化来反应光照强度的变化。传感器输出变化的电压信号给控制器，控制器根据接收到的信号的变化来决定下一步将要执行的动作。光敏电阻是一种非常常用的光电元件，它可以十分快捷的反正出光照的变化，应用电路也十分的简单、实用。

ADC0832是适应一般的模拟量转换要求的模数转换器，芯片转换时间仅为32us，双数据输出可作为数据校验以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。正常情况下ADC0832与单片机的接口为CS、CLK、DO、DI 这4条数据线。由于DO端和DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计将DO和DI并联在一根数据线上使用。

光敏电路原理图如下：

9、温湿度电路

ＳＨＴ１0的湿度检测运用电容式结构，并采用具有不同保护的“微型结构”检测电极系统与聚合物覆盖层来组成传感器芯片的电容，除保持电容式湿敏器件的原有特性外，还可抵御来自外界的影响。ＳＨＴ１0的每一个传感器都是在极为精确的湿度室中校准的。ＳＨＴ１0传感器的校准系数预先存在ＯＴＰ内存中。经校准的相对湿度和温度传感器与一个１４位的Ａ／Ｄ转换器相连，可将转换后的数字温湿度值送给二线Ｉ２Ｃ总线器件，从而将数字信号转换为符合Ｉ２Ｃ总线协议的串行数字信号。

由于将传感器与电路部分结合在一起，因此，该传感器具有比其它类型的湿度传感器优越得多的性能。首先是传感器信号强度的增加增强了传感器的抗干扰性能，保证了传感器的长期稳定性，而Ａ／Ｄ转换的同时完成，则降低了传感器对干扰噪声的敏感程度。

温湿度电路原理图如下：

10、报警电路

本设计采用蜂鸣音报警电路，压电式蜂鸣器约需10mA的驱动电流，可以使用TTL系列集成电路7406或7407低电平驱动，也可以用一个晶体三极管驱动。如图，P2.6接晶体管基极输入端，当P2.6输出高电平“1”时，晶体管导通，压电蜂鸣器两端获得约+5V电压而鸣叫；当P2.6输出低电平“0”时，三极管截止，蜂鸣器停止发声。

本设计是为在温湿度测量中对温湿度的上下限超出时提示报警，接口位于单片机89C52的P2.6端口，当温湿度过限时，P2.6端口被置0，本系统开始工作。

报警电路原理图如下：

五、PCB设计

在测试完原理图无误后，便开始PCB版图的绘制。首先尽量把相近的元器件有序的排在附近，同时尽量保持整个版图呈矩形状。所有地线走线尽量宽，25-50mil。所有IC电源/地间的电容走线尽量短，并不使用过孔。双面板中没有地线层，晶振电容地线应使用尽量宽的短线连接至器件上离晶振最近的GND引脚，且尽量减少过孔，基本运用系统的自动布线，然后稍作手动修改。

六、实验所遇问题及解决办法

1、画原理图时，对某些电路的连接方式不了解，在百度文库和知道里找寻资料的同时也积极询问同学，从而更高效的了解所需电路。

2、有很多少见的元器件在软件的库里往往找不到，所以咨询了学长，了解到要先知道元器件的用途及分类，再从老师提供的库中按分类寻找就简单多了；若实在找不到，也能通过找到芯片的资料，查看其封装，采用类似的排针进行代替。

3、画图常会出现小错误，比如放置标号时，未放在有效位置，在排错时因为对相关专业英语术语的不熟悉，不知道错误所在，然后经翻译查询得知并改正。

4、PCB版图的绘制时，问题不多，主要是软件规则的局限性导致一些小麻烦，很多地方被默认成错误，不过稍作系统设置就好了。

七、心得体会

通过这次为期两周的短学期，我学到了原理图和PCB版图的绘制，熟悉掌握了AD10的使用，对单片机89C52也有了进一步的认识，虽然还没有进行深入的了解，软件程序方面也没有进行研究与学习，但是对大概用途已经有所了解，单片机的功能之强大，让我对以后的学习充满了好奇与期待。在这段期间，我作为一个初学者，遇到了许多或大或小的问题，在同学和学长的帮助下，一步步的解决了所遇到的困难，也在每次上网查询资料的过程中一点点的了解了各种芯片（LED1602、DS1302、L7805、ADC0832和SHT10）的性能与用途。虽然觉得期间的过程很艰辛繁琐，但是收获仍超乎我的想象，对于以后毕业设计的帮助也是不可小觑的。

八、参考文献

[1]童诗白．模拟电子技术基础．高等教育出版社

[2]何立民著,单片微型计算机原理及应用.航空航天大学出版社

[3]高鹏著,PROTEL入门与提高.人民邮电出版社

原理图