【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 出七種不同的樣式變換。本次課題主要研究的就是 了解當(dāng)今社會(huì)對(duì)單片機(jī)的的使用情況 及發(fā)展應(yīng)用前景；樹(shù)立起科學(xué)技術(shù)與工程實(shí)際相統(tǒng)一的辯證觀點(diǎn)；培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識(shí)分析解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，了解電氣工程的建設(shè)程序；掌握電氣工程設(shè)計(jì)，編程的方法步驟。并在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、工程制圖、文字處理等方面得到初步訓(xùn)練，為今后從事電氣工程方面的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行及管理工作，打下必要的基礎(chǔ)。所以選擇使用單片機(jī)來(lái)控制。 AT89S51單片機(jī) 時(shí)鐘 電路 復(fù)位 電路 按鍵控制電路 直流 5V 電源電路 供電 信號(hào) LED 彩燈 湖北理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 方案圖流程圖 本 方案 主要是通過(guò)對(duì) 基于單片機(jī)的多控制、多閃爍方式的 LED 彩燈循環(huán)系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)， 來(lái) 達(dá)到 本設(shè)計(jì)的要求。 其硬件構(gòu)成框圖如圖 12 所示，以單片機(jī)為核心控制，由 單片機(jī)最小系統(tǒng) （時(shí)鐘電 路、復(fù)位電路、電源） 、 按鍵控制 電路、 LED 發(fā)光二極管和 5V 直流 電源 電路組成。 如圖 圖 總的方案設(shè)計(jì)流程圖 此設(shè)計(jì)可以在不改變電路的情況下，只需要更改一下程序就可以完全做到，不同的彩燈亮滅方案。 第二章 系統(tǒng)的工作原理及運(yùn)行特性 電源模塊 單相橋式整流及濾波電路 本電源采用 SEP2W10 整流橋，整流橋相當(dāng)于四個(gè)整流二極管，所以和二極管整流的原理是一樣的 ，利用二極管的單向?qū)?。它是一種圓形的整流橋，電流 2A，最大耐壓 1000V，很多電子產(chǎn)品上面會(huì)用到。 集成穩(wěn)壓器 輸入電源經(jīng)過(guò) SEP2W10 整流橋整流及平滑電容 C1 濾波后得到非穩(wěn)定 8— 12V 直流電壓加到 7805 輸入端， C3 為輸入穩(wěn)定電容，當(dāng)穩(wěn)壓器輸入阻抗降低時(shí)，防止發(fā)生振蕩，可采用 — 1uF 的陶瓷電容，若平滑電容 C1 離 7805 很近時(shí)，此電容可省去，故將此電容省去。 C4 為輸出穩(wěn)定電容，對(duì)于降低輸出紋波、輸出噪聲及負(fù)載電流變化的電源處理模塊 單片機(jī)模塊 輸出顯示模塊 湖北理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 影響有較好的效果，采用 的陶瓷電容。此外，有時(shí)還接入保護(hù)二 極管電源原理圖如圖 21 所示。 如圖 21 穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)圖 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路 89S51 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。 在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器 (簡(jiǎn)稱(chēng)晶振 )或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如圖 22 所示。圖 22 中，電容器 Cl，C2 起穩(wěn)定振蕩頻率 [19]、快速起振 的作用，其電容值一般在 530pF。晶振頻率的典型值為 12MHz，采用 6MHz 的情況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘情號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多。 D24007D14007D44007D3400712P1C1470UC3104C4104Vin1GND2+5V3U1 LM7805 VCCC2100uAT89S51 X1 X2 C1 C 湖北理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖 22 內(nèi)部振蕩方式的外部電路 如圖 22 外部振蕩方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式適宜用來(lái)使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持同步。 單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖 要使單片機(jī)工 作起來(lái)，最基本的電路的構(gòu)成由單片機(jī) 、 時(shí)鐘電路 、 復(fù)位 電路 等 組成。單片機(jī)最小系統(tǒng)如下圖 23 所示。 湖北理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖 23 單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖 時(shí)鐘電路：本系統(tǒng)采用單片機(jī)內(nèi)部方式產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，用于外接一個(gè) 12MHz 石英晶體振蕩器和 2 個(gè) 30pF 微調(diào)電容，構(gòu)成穩(wěn)定的的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時(shí)鐘電路。 復(fù)位電路：確定單片機(jī)工作的起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程。 單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)按鍵復(fù)位，該復(fù)位 方式同樣具有上電自動(dòng)復(fù)位功能。 復(fù)位電路 單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開(kāi)始工作。 89 系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個(gè)高電平并維持 2 個(gè)機(jī)器周期 (24 個(gè)振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。 手動(dòng)按鈕復(fù)位 如圖 24 手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 RST 上加入高電平。一般采用的 辦法是在 RST 端和正電源 Vcc 之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則 Vcc 的 +5V 電平就會(huì)直接加到 RST 端。手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿(mǎn)足復(fù)位的時(shí)間要求 上電復(fù)位 AT89S51 的上電復(fù)位電路如圖 24 所示，只要在 RST 復(fù)位輸入引腳上接一電容至Vcc 端，下接一個(gè)電阻到地即可。對(duì)于 CMOS 型單片機(jī)，由于在 RST 端內(nèi)部有一個(gè) 下拉電阻 ，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至 1uF。上電復(fù)位的工作過(guò)程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過(guò)電 容加給 RST 端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著 Vcc 對(duì)電容的充電過(guò)程而逐漸回落，即 RST 端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位， RST 端的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。上電時(shí)， Vcc 的 上升時(shí)間 約為 10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為 10MHz，起振時(shí)間為 1ms；晶振頻率為 1MHz，起振時(shí)間則為 10ms。在圖 23 的復(fù)位電路中，當(dāng) Vcc 掉 湖北理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 電時(shí)，必然會(huì)使 RST 端電壓 迅速下降到 0V 以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè) 度電壓 將不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口 引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全 “l(fā)” 態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位，則 程序計(jì)數(shù)器 PC將得不到一個(gè)合適的初值，因此， CPU 可能會(huì)從一個(gè)未被定義的位置開(kāi)始 執(zhí)行程序 。 如圖 24 復(fù)位電路 顯示模塊 顯示電路為三十二路 彩燈控制，可以變換出不同種類(lèi)型的多樣變化，是效果更佳的艷麗，從而充分的利用了單片機(jī)的引腳等，是變化更佳的有視覺(jué)效果，從而提高了利用率，本設(shè)計(jì)還具有實(shí)用性，更能引用到實(shí)際中去，比較節(jié)省電力，色彩斑斕，比較具有說(shuō)服力。同時(shí)變化的多樣性也為單片機(jī)的控制優(yōu)點(diǎn)受到更高的追捧。 湖北理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖 顯示模塊的電路原理圖 充分利用了單片的所有引腳，使彩燈的亮滅效果更加的顯著，而且更有視覺(jué)效果，比較讓人容易理解其原理。 第三章結(jié)合各模塊總體設(shè)計(jì)方案 總的設(shè)計(jì)方案 圖 26 該電路由 P0（第一控制輸出口）、 P1（第二控制輸出口）、 P2（第三控制輸出口）、 P3（第四控制輸出口）實(shí)現(xiàn)控制彩燈變化。 1 19 接晶振，為單片機(jī)外部振蕩電路。 9 腳為復(fù)位端， SB 為復(fù)位按鈕，按下 SB 電路復(fù)位，電路重新開(kāi)始工作。 SB10uFC110KR1C322PFC2EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345678(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40ICAT89S52VCCVCCVCC6MHzXTAL 圖 26 總的電路原理圖 湖北理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 方案比較簡(jiǎn)潔節(jié)省材料，而且彩燈亮滅方式多，有七種不同的方式，采用高低電平的控制方式。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作。亮滅的同時(shí)節(jié)約沒(méi)必要的電能浪費(fèi)，節(jié)約了資源，適合于生活中運(yùn)用。 硬件的 封裝 Altium Design Summer 09 雖然提供了肺腑的原理圖元器件庫(kù)，但不可能包括所有的元器件，必要時(shí)需手動(dòng)設(shè)計(jì) 原理圖元器件，建立自己的元器件庫(kù)。 找到所有需要的原理圖元器件后，就可以開(kāi)始繪制原理圖了。根據(jù)電路復(fù)雜程度決定是否需要使用層次原理圖。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，這一部分沒(méi)有使用。完成原理圖后，用 ERC（電氣規(guī)則檢查）工具差查錯(cuò)，找到出錯(cuò)的原因并修改原理圖電路重新查錯(cuò)到?jīng)]有原則性錯(cuò)誤為止。 與原理圖元器件庫(kù)一樣， Altium Design Summer 09 也不可能提供所有的元器件的封裝。需要時(shí)自行設(shè)計(jì)并建立新的元器件封裝庫(kù)?？傮w上來(lái)講，根據(jù)元件所采用安裝技術(shù)的不同，可分為通孔安裝技術(shù)（ Through Hole Technology， 簡(jiǎn)稱(chēng) THT）和表面安裝技術(shù)（ Surface Mountain Technology ，簡(jiǎn)稱(chēng) SMT）。 使用通孔安裝技術(shù)安裝元件時(shí)，元件安置在電路板的一面，元件引腳穿過(guò) PCB 版焊接在令一面上，通孔安裝元件需要占用較大的空間，并且要為所有引腳在電路板上鉆孔，所以它們的引腳會(huì)占用兩面的空間，而且焊點(diǎn)也比較大。但從另一方面講，通孔安裝元件與 PCB 連接較好，機(jī)械性能好。例如，排線的插座、接口板插槽等類(lèi)似接口都需要一定的耐壓能力，因此，通常采用通孔安裝技術(shù)。 表面安裝元件，引腳焊盤(pán)與元件在電路板 的同一面，表面安裝元件一般比通孔元件體積小，而且不必為焊盤(pán)鉆孔，甚至還能在 PCB 板的兩面都焊上元件。因此，與使用通孔安裝的元件的 PCB 板比起來(lái)，使用表面安裝的 PCB 板上元件布局要密集很多，體積也小很多。此外，應(yīng)用表面安裝技術(shù)的封裝元件比通孔安裝元件要便宜一些，所以目前的 PCB 設(shè)計(jì)廣泛采用了表面安裝元件。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，最開(kāi)始采用的單面板設(shè)計(jì)，由于設(shè)備限制，過(guò)于精密的器件不能夠應(yīng)用，所以采用的是通孔安裝技術(shù)。 湖北理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 布局布線 確認(rèn)原理圖沒(méi)有錯(cuò)誤之后，開(kāi)始 PCB 板的繪制。首先繪出 PCB 板的輪廓， 確定工藝要求（使用幾層板等）。最后將原理圖傳輸?shù)窖b入網(wǎng)絡(luò)表和元器件封裝后，我們要把元