【文章內(nèi)容簡介】 布參數(shù)和相互的電磁干擾。容易受干擾的元器件不能太近，輸入和輸出元件要盡量遠(yuǎn)離。b) 某些元器件或?qū)Ь€之間可能有比較高的電位差，應(yīng)該增加它們之間的距離，以避免放電引發(fā)意外短路。c) 較重的元器件應(yīng)該用支架固定，再焊接。那些笨重、發(fā)熱量多的元器件，不宜裝在印制板上，應(yīng)裝在機(jī)箱底板上，熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。d) 應(yīng)留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。根據(jù)電路的功能模塊，對全部元器件進(jìn)行布局時(shí)，要符合以下原則：a) 按照電路的流程安排電路中各個(gè)功能單元的位置，使布局放便信號流通，并使信號盡量保持一致的方向。b) 以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上。盡量減少各元器件之間的引線和縮短連接。c) 一般應(yīng)當(dāng)使元器件平行排列。這樣，既美觀有容易裝焊，易于批量生產(chǎn)。 布線I/O口的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，最好加線間地線,以避免發(fā)生反饋藕合。導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基扳間的粘附強(qiáng)度和流過它們的電流大小決定。在條件允許的情況下盡量使用寬線。尤其是電源線和地線。導(dǎo)線間的最小距離主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。工藝允許的條件下，使間距盡量小。印制導(dǎo)線拐彎處一般采用圓弧形，直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。還應(yīng)盡量不使用大面積銅箔。長時(shí)間受熱時(shí)，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。必須用大面積銅箔時(shí)，最好用柵格狀。這樣有利于排除銅箔與基板間粘合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。焊盤尺寸、焊盤的內(nèi)孔尺寸必須從元件引線直徑和公差尺寸以及鍍錫層厚度、孔徑公差、孔金屬化電鍍層厚度等方面考慮。，為了增加焊盤的抗剝離強(qiáng)度，可采用方形焊盤。設(shè)計(jì)焊盤時(shí)的注意下列事項(xiàng)：焊盤孔邊緣到電路板邊緣要大于1mm，這樣可以防止加工時(shí)導(dǎo)致焊盤缺損。焊盤補(bǔ)淚滴，當(dāng)與焊盤連接的銅膜線較細(xì)時(shí)，要將焊盤與銅膜線之間的連接設(shè)計(jì)成淚滴狀，這樣可以使焊盤不易被剝離，而銅膜線與焊盤之間的連線不易斷開。相鄰的焊盤盡量不要有銳角。根據(jù)上述要求，我們設(shè)計(jì)PCB。我們將各個(gè)模塊組合起來之后得到綜合電路原理圖（如圖31）。我們將綜合原理圖輸入Proteus中，就可以利用Proteus的PCB設(shè)計(jì)工具AERS自動(dòng)生成PCB圖。由Proteus生成PCB圖的主要有以下步驟：(1) 繪制原理圖。這是電路板設(shè)計(jì)的先期工作，主要是完成原理圖的繪制，包括生成網(wǎng)絡(luò)表。當(dāng)然，也可直接進(jìn)入PCB設(shè)計(jì)，不繪制原理圖。原來用于仿真的原理圖需將信號源及測量儀表的接口連上適當(dāng)?shù)倪B接器。(2) 規(guī)劃電路板。在繪制印制電路板之前，要對電路板有一個(gè)大體的規(guī)劃，比如電路板采用多大的物理尺寸，采用幾層電路板，各元件采用何種封裝形式及其安裝位置等。這是確定電路板設(shè)計(jì)的框架，都可以從菜單欄system里進(jìn)行設(shè)置。(3) 設(shè)置參數(shù)。設(shè)置參數(shù)主要是設(shè)置元件的布置參數(shù)、層參數(shù)、布線參數(shù)等。(4) 裝入網(wǎng)絡(luò)表及元件封裝。網(wǎng)表是原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)與印制電路板設(shè)置系統(tǒng)的接口，只有將網(wǎng)絡(luò)表裝入之后，才可能完成對電路板的自動(dòng)布線。元件的封裝是元件的外形，對每個(gè)元件必須有相應(yīng)的外形封裝，才能保證電路板設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。本設(shè)計(jì)中的按鍵，12864液晶沒有封裝，需自行封裝。(5) 元件布局。元件布局可以采用自動(dòng)布局和手工布局。一般自動(dòng)布局后進(jìn)行調(diào)整。(6) 布線。一般先進(jìn)行自動(dòng)布線，然后手工布線進(jìn)行調(diào)整。(7) 文件保存及輸出。完成電路板的布線后，保存完成的電路線路圖文件。按照需求可以打印成紙質(zhì)文檔。最終本設(shè)計(jì)生成的PCB圖如圖36所示。圖36 PCB設(shè)計(jì)圖Fig. 36 PCB design第4章軟件設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)是有軟硬件結(jié)合而成的，硬件電路的設(shè)計(jì)解決了系統(tǒng)的物理層面實(shí)現(xiàn)，而要賦予這些硬件“靈魂”，就需要軟件來實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)主要是針對主控芯片來講的，由軟件設(shè)計(jì)來告訴主控芯片如何去控制外圍電路完成某些特定的功能。在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)我們需要實(shí)現(xiàn)的功能來看，軟件設(shè)計(jì)主要可以分為一下機(jī)個(gè)部分：l 顯示模塊：在整個(gè)搶答過程中顯示信息的功能貫穿始終，是最主要的模塊?？刂骑@示屏顯示正確的信息是顯示模塊軟件的主要職責(zé)。l 輸入模塊：本設(shè)計(jì)的輸入模塊是由43的矩陣鍵盤構(gòu)成的，正確檢測出從鍵盤上輸入的信息非常重要。輸入模塊軟件就是要完成這一任務(wù)。l 計(jì)時(shí)模塊：在搶答器的工作過程中多出設(shè)計(jì)的倒計(jì)時(shí)功能，計(jì)時(shí)模塊軟件主要完成準(zhǔn)確計(jì)時(shí)的功能。并在需要的時(shí)候提供當(dāng)前的時(shí)間供其他模塊調(diào)用。l 初始化模塊：整個(gè)系統(tǒng)要穩(wěn)定的運(yùn)行，就需要自始至終都在我們的控制之下。系統(tǒng)最初啟動(dòng)是所處的狀態(tài)無法確定，就需要初始化程序?qū)τ布到y(tǒng)進(jìn)行設(shè)定，使之符合系統(tǒng)運(yùn)行的要求。本設(shè)計(jì)中初始化主要包括對單片機(jī)的初始化和對LCD12864液晶的初始化。l 主函數(shù)模塊：程序都是從主函數(shù)開始運(yùn)行的，主函數(shù)要控制這個(gè)程序運(yùn)行的流程，將各個(gè)模塊有機(jī)的結(jié)合起來，使系統(tǒng)穩(wěn)定的工作。軟件系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)圖如圖41所示。圖41軟件系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖Fig. 41 module structure of software system圖41中列出了軟件系統(tǒng)的主要模塊的機(jī)構(gòu)組成。除了以上主要模塊外還包含一些其他函數(shù)和模塊，例如引腳定義、延時(shí)函數(shù)、加減分模塊等。本設(shè)計(jì)中根據(jù)我們的設(shè)計(jì)要求和搶答器系統(tǒng)的工作流程，可以得到系統(tǒng)的程序總流程圖，如圖42所示。圖42 程序總流程圖Fig. 42 program flow chart圖42給出了程序的總體流程圖，之后，我們將對一些主要的程序進(jìn)行詳細(xì)的分析。本設(shè)計(jì)中采用的按鍵是矩陣式鍵盤。比較好的識別按鍵的方法是進(jìn)行按鍵掃描。對矩陣鍵盤進(jìn)行按鍵掃描的基本原理是對矩陣鍵盤的一條列線置為低電平，然后掃描行線，根據(jù)各行線的狀態(tài)就能判斷該列線上所有按鍵的狀態(tài)。依次分別對所有列線置低，再掃面行線，就完成了一次對所有按鍵的掃描。[[]余江, 李雪梅. 按鍵狀態(tài)掃描顯示電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 內(nèi)江科技, 2011, 32(5):116.]考慮到可能出現(xiàn)的毛刺現(xiàn)象在掃描按鍵的過程中要做消抖動(dòng)處理，消抖動(dòng)的原理在前面介紹過，這里不再敘述。根據(jù)上述原理，我們繪制出按鍵掃描程序的流程圖如圖43所示。圖43按鍵掃描流程圖Fig. 43 buttons scan flow chart從圖43中我們可以看出程序是先將一根行線置高，然后掃描列線。一次對所有行線置高之后就完成一次掃描，延時(shí)一段時(shí)間是為了消除按鍵抖動(dòng)的影響。最后返回對應(yīng)的按鍵鍵值。源程序見附錄。定時(shí)器分為軟件定時(shí)器和硬件定時(shí)器，軟件定時(shí)器是靠指令延時(shí)完成定時(shí)任務(wù)的。因此，軟件定時(shí)器的基本思想是使某條指令循環(huán)若干次達(dá)到定時(shí)效果，軟件定時(shí)主要用于定時(shí)進(jìn)度不高的情況下。[[]李強(qiáng). 單片機(jī)定時(shí)、計(jì)數(shù)器編程技術(shù)（上）[J]. 電子世界, 2004(9):3132.]軟件定時(shí)器的原理簡單，但有時(shí)不能滿足需求，這是就需要硬件定時(shí)/技術(shù)器。硬件定時(shí)器的基本原理：硬件定時(shí)/技術(shù)器獨(dú)立于CPU工作，可以由軟件控制它的啟動(dòng)和停止。當(dāng)預(yù)定的定時(shí)時(shí)間后向CPU發(fā)送一次中斷請求，執(zhí)行中斷服務(wù)程序。定時(shí)/計(jì)數(shù)器有內(nèi)部定時(shí)和外部計(jì)數(shù)功能，但實(shí)質(zhì)上是計(jì)數(shù)，數(shù)器對外部時(shí)間的計(jì)數(shù)就是計(jì)數(shù)器，以單片機(jī)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)累加它就是系統(tǒng)定時(shí)器[[]李強(qiáng). 單片機(jī)定時(shí)、計(jì)數(shù)器編程技術(shù)（下）[J]. 電子世界, 2004(10):2932.]。選擇定時(shí)還是計(jì)數(shù)是可編程的。對計(jì)數(shù)的寄存器設(shè)定初值后，定時(shí)器與CPU并行工作，計(jì)數(shù)器累加溢出時(shí)發(fā)出中斷請求，系統(tǒng)響應(yīng)中斷。為了確保計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性，本設(shè)計(jì)中我們采用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器并且以中斷的方式計(jì)數(shù)。定時(shí)器中斷服務(wù)函數(shù)流程圖如圖44所示。圖44 定時(shí)器中斷流程圖Fig. 44 flow charts of the timer interrupt從圖44中可以看出，在本設(shè)計(jì)中每次計(jì)數(shù)器累加溢出后進(jìn)入中斷服務(wù)程序，對Cent加一，返回繼續(xù)運(yùn)行主程序，累計(jì)到cent等于20時(shí)為1秒，這時(shí)對time的值減一，返回繼續(xù)運(yùn)行主程序。直到time為零時(shí)關(guān)閉定時(shí)器。顯示模塊程序主要用于控制LCD12864顯示各種需要的信息。我們所使用的是由ST7920控制器控制的帶字庫液晶，該液晶能夠顯示12864像素的圖像和4行8列的漢字以及4行16列的半寬字符[[] 胡洪坡, 梁書劍, 張愛民, 等. 基于ST7920的12864液晶的使用方法研究[J]. 山西電子技術(shù), 2011(6):8284.[22] Ma Xinyuan. Research of Microcontroller Development[J]. System Control amp。Automation, 2004, (6): 6971.[23] Schultz T W. C and the 8051[M]. WOOD ISLAND PRINTS, 2008.]。關(guān)于它的顯示原理可以參考相關(guān)文獻(xiàn)和使用手冊。在這里僅對它的指令系統(tǒng)做一介紹。LCD12864與單片機(jī)之間的通信有并行和串行兩種方式。串行方式需要的端口較少，但是寫入指令和數(shù)據(jù)需要的時(shí)間比較長，并行方式占用端口多，寫入速度較快。本設(shè)計(jì)中我們才用并行方式進(jìn)行通信。對LCD12864的操作實(shí)際上是對ST7920驅(qū)動(dòng)芯片的操作，單片機(jī)將指令發(fā)送給ST7920再由ST7920控制LCD顯示頻顯示出各種圖形和文字。表41中給出了ST7920的主要指令表。表41 ST7920基本指令集Table 41 ST7920 basic instruction set指令指令碼RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清除顯示0000000001地址歸位000000001X顯示狀態(tài)開/關(guān)0000001DCB進(jìn)入點(diǎn)設(shè)定00000001I/DS游標(biāo)或顯示移位控制000001S/CR/LXX功能設(shè)定00001DLXREXX設(shè)定CGRAM 地址0001AC5AC4AC3AC2AC1AC0設(shè)定DDRAM 地址0010AC5AC4AC3AC2AC1AC0讀取忙標(biāo)志和地址01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0寫數(shù)據(jù)到RAM10數(shù)據(jù)讀出 RAM的值11數(shù)據(jù)除了基本指令集外，還有擴(kuò)充指令集。關(guān)于各個(gè)指令的功能，在相關(guān)的手冊中都詳細(xì)的介紹，這里不再做進(jìn)一步講述。根據(jù)表41中的指令，我們就能夠根據(jù)我們自己的需求編寫出所需要的函數(shù)來命令12864液晶顯示特定的內(nèi)容。在本設(shè)計(jì)中，我們要顯示的內(nèi)容有圖片，漢字和數(shù)字等。需要我們自己編寫的程序主要有寫指令函數(shù)、設(shè)定顯示圖片、設(shè)定顯示漢字、LCD12864初始化函數(shù)、漢字寫入函數(shù)、圖片輸入函數(shù)等一系列的液晶控制函數(shù)。以上函數(shù)的源程序見附錄。有了上述的基本液晶控制函數(shù)之后，就可以通過調(diào)用以上的控制函數(shù)來進(jìn)一步的完成我們先是模塊的程序設(shè)計(jì)。首先應(yīng)該是倒計(jì)時(shí)顯示程序。在本設(shè)計(jì)中有兩處用到倒計(jì)時(shí)，一處是主持人按下開始后的5秒預(yù)備時(shí)間，第二處是搶答時(shí)間的15秒倒計(jì)時(shí)。其中第一處倒計(jì)時(shí)顯示采用的是顯示圖像的方式，第二處則是采用顯示字符的方式。對圖像的顯示需要事先制作好圖像的字模數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存放在一個(gè)數(shù)組中以供圖像顯示函數(shù)調(diào)用。由于圖像字模要占用大量的代碼空間，所以為了節(jié)省空間本設(shè)計(jì)中只做了5秒倒計(jì)時(shí)，第二處的15秒倒計(jì)時(shí)仍舊采用字符的顯示方式。并且為了進(jìn)一步的減少圖像字模數(shù)據(jù)占用的空間，本設(shè)計(jì)中的字模數(shù)據(jù)都刪除了每一行最后六個(gè)字節(jié)的無用字節(jié)。這樣帶來的問題是后六個(gè)字節(jié)刪除后會造成后六個(gè)字節(jié)的圖像顯示花屏。是因?yàn)镚DRAM中的這部分字節(jié)的值是隨機(jī)的，為了解決這個(gè)問題，我們需要事先清空繪圖區(qū)的數(shù)據(jù)，即對繪圖區(qū)全部寫0。其次是犯規(guī)選手的顯示。犯規(guī)選手的顯示仍然是用字符顯示的方式，有選手犯規(guī)是在屏幕上顯示犯規(guī)選手的編號并響鈴提示。然后是搶答成功選手的顯示。搶答成功選手的顯示和犯規(guī)選手顯示相同，采用字符顯示方式。并且搶答成功后還會顯示該選手當(dāng)前的得分。分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)的顯示。本設(shè)計(jì)中要求主持人按下復(fù)位鍵后顯示所有選手的得分。這部分首先我們將8為選手的登封存在一個(gè)數(shù)組中，顯示程序根據(jù)需要來調(diào)用每位選手的分?jǐn)?shù)顯示在屏幕上。顯示模塊源代碼見附錄。 初始化模塊本設(shè)計(jì)中的初始化主要包含兩個(gè)部分。液晶的初始化和定時(shí)器的初始化。對液晶的初始化，生產(chǎn)廠商給了以下建議流程，如圖45所示。圖45 LCD12864初始化流程Fig. 45 LCD12864 initialization process根據(jù)上述流程對LCD12864液晶進(jìn)行初始化。第一步是功能設(shè)置，即選擇基本指令集還是擴(kuò)充指令集。第二步是顯示開關(guān)控制，這一步選擇顯示的開關(guān)盒游標(biāo)的開關(guān)。第三步顯示清屏。第四步進(jìn)入點(diǎn)設(shè)定，設(shè)定游標(biāo)的移動(dòng)方向和指定顯示的位移。定時(shí)器的初始化主要在于選擇模式、開中斷和對累加寄存器賦初值。根據(jù)自己的設(shè)計(jì)需求計(jì)算初值即可。計(jì)分模塊主要功能是對所有選手的得分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并在主持人的控制下對以為選手的得分進(jìn)行加分或者減分的操作。設(shè)計(jì)中將所有選手的得分存在一個(gè)數(shù)組之中，需要顯示選手分?jǐn)?shù)時(shí)就從數(shù)組中調(diào)用對應(yīng)的值進(jìn)行顯示，需要進(jìn)行加減分操作時(shí)，就對數(shù)組中對應(yīng)的值進(jìn)行加或減。加減分的操作主要由加分函數(shù)和減分函數(shù)兩個(gè)函來完成。系統(tǒng)的發(fā)聲模塊由一個(gè)有源的蜂鳴器構(gòu)成，只要對響應(yīng)的引腳置低，蜂鳴器就會發(fā)出一定頻率的聲響。這種操作簡單便捷，在需要發(fā)出提示音的時(shí)候（本設(shè)計(jì)中需要發(fā)生的有倒計(jì)時(shí)的最后5秒提示音和選手搶答犯規(guī)是的告警音）能夠方便的的控制蜂鳴器的停啟。第5章系統(tǒng)綜合調(diào)試通過了一系列的硬件設(shè)