【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 時(shí)支持原理圖輸入和 HDL 硬件描述輸入模式；同時(shí)支持基于 VHDL 的設(shè)計(jì)仿真，混合信號(hào)電路仿真、布局前 /后信號(hào)完整性分析 .Altium Designer 的布局布線采用完全規(guī)則驅(qū)動(dòng)模式，并且在 PCB 布線中采用了無(wú)網(wǎng)格的 SitusTM 拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線功能；同時(shí)，將完整的 CAM 輸出功能的編輯結(jié)合在一起。 Altium Designer 極大地增強(qiáng)了對(duì)高密板設(shè)計(jì)的支持，可用于高速數(shù)字信號(hào)設(shè)計(jì)，提供大量新功能和改進(jìn)，改善了對(duì)復(fù)雜多層板卡的管理和導(dǎo)航，可將器件放 置在 PCB 板的正反兩面，處理高密度封裝技術(shù)，如高密度引腳數(shù)量的球型網(wǎng)格陣列 BGAs 。 Altium Designer 中的 Board Insight 系統(tǒng)把設(shè)計(jì)師的鼠標(biāo)變成了交互式的數(shù)據(jù)挖掘工具。 Board Insight 集成了“警示”顯示功能，可毫不費(fèi)力地瀏覽和編輯設(shè)計(jì)中疊放的對(duì)象。工程師可以專注于其目前的編輯任務(wù)，也可以完全進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的任何其他對(duì)象，這增加了在密集、多層設(shè)計(jì)環(huán)境中的編輯速度。 Altium Designer 引入了強(qiáng)大的‘逃逸布線’引擎，嘗試將每個(gè)定義的焊盤通過(guò)布 線剛好引到 BGA邊界，這令對(duì)密集 BGA類型封裝的布線變的非常簡(jiǎn)單。顯著的節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間，設(shè)計(jì)師無(wú)需手動(dòng)就可以完成在一大堆焊盤間將線連接這些器件的內(nèi)部管腳。 Altium Designer 極大減少了帶有大量管腳的器件封裝在高密度板卡上設(shè)計(jì)的時(shí)間，簡(jiǎn)化了復(fù)雜板卡的設(shè)計(jì)導(dǎo)航功能，設(shè)計(jì)師可以有效處理高速差分信號(hào)，尤其對(duì)大規(guī)?？删幊唐骷系拇罅?LVDS 資源。 Altium Designer 充分利用可得到的板卡空間和現(xiàn)代封裝技術(shù)，以更有效的設(shè)計(jì)流程和更低的制造成本縮短上市時(shí)間。 Protel是在中國(guó)用 得最多的 EDA工具 ,電子專業(yè)的大學(xué)生在大學(xué)基本上都學(xué)過(guò) Protel 99 se,所以學(xué)習(xí)資源也最廣 ,公司在招聘新人的時(shí)候用 Protel 新人會(huì)很快上手。目前 Protel 版本有許多，如 Protel 9 Protel 99 se、 Protel 20Protel DXP、 Protel 2020。隨著版本的更新，它的功能越來(lái)越強(qiáng)大，對(duì)新器件的支持也越來(lái)越多。我們專業(yè)開設(shè)的也是 Protel 99 se 的課程，自己對(duì) Protel 99 se 比較熟悉，所以本設(shè)計(jì)選擇 Protel 99 se。 單片機(jī)開發(fā)中除必要的硬 件外，同樣離不開軟件，匯編語(yǔ)言源程序要變成CPU 可以執(zhí)行的機(jī)器嗎有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機(jī)器匯編，目前已經(jīng)極少使用手工匯編的方法了。機(jī)器匯編是通過(guò)匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于 MCS― 51 單片機(jī)的匯編軟件有早期的 A51，隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)的開發(fā)軟件業(yè)在不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件業(yè)在不斷發(fā)展。 1 內(nèi)核單片機(jī)的主流工具，這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持 Keil即可看出。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大 的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部分結(jié)合在一起。運(yùn)行 Keil 軟件需要 Pentium 或以上的 CPU， 16M 或更多的RAM、 20M 以上的閑散硬盤空間、 WIN9 NT、 WIN20 WINXP 等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對(duì)于使用 51 系列單片機(jī)的愛(ài)好者來(lái)說(shuō)是十分必要的，如果使用的是 C 語(yǔ)言，則該軟件十分適用，即使使用的是匯編語(yǔ)言，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令工作事半功倍。 偉福的單片機(jī)軟件平臺(tái)內(nèi)部的編譯器不如 Keil 的好用，如果寫的程序行中存在 錯(cuò)誤，在編譯的過(guò)程中， Keil 可以精確的指出語(yǔ)法錯(cuò)誤所在的程序所在行數(shù)，而偉福就不能做到非常精確了，所以這次設(shè)計(jì)選擇方案。 8K，而且都比較簡(jiǎn)單。如果硬件工程師要同時(shí)設(shè)計(jì)軟件和硬件，經(jīng)常會(huì)采用匯編語(yǔ)言來(lái)做程序。同時(shí)還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，匯編語(yǔ)言是一個(gè)非常低級(jí)的語(yǔ)言，它僅僅高于直接手工編寫二進(jìn)制的機(jī)器指令碼，因此不可避免地存在一些缺點(diǎn)： 編寫的代碼非常難懂，不好維護(hù)； 很容易產(chǎn)生 ug，難于調(diào)試； 只能針對(duì)特定的體系結(jié)構(gòu)和處理器進(jìn)行優(yōu)化； 開發(fā)效率很低，時(shí)間長(zhǎng)且單調(diào)兼容性不好，與硬件關(guān)系非常緊密 如果使用 C51 的話， 可以很好的解決這些問(wèn)題。應(yīng)用 C51 編程具有以下優(yōu)點(diǎn)： 不需要了解處理器的指令集，對(duì) 8051 的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)也不必要了解； 寄存器分配和尋址方式由編譯器進(jìn)行管理； 指定操作的變量選擇組合提高了程序的可讀性； 可使用與人的思維更相近的關(guān)鍵字和操作函數(shù)； 與使用匯編語(yǔ)言編程相比，程序的開發(fā)和調(diào)試時(shí)間大大縮短； 庫(kù)文件可提供許多標(biāo)準(zhǔn)的例程（例如格式化輸出、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和浮點(diǎn)運(yùn)算）加入到應(yīng)用程序當(dāng)中； 通 C 可實(shí)現(xiàn)模塊化編程技術(shù)，從而可將已編制好的程序加入到新程序中； C 語(yǔ)言可移植性好且非常普及， C 編譯器幾乎適用于所有的目標(biāo)系 統(tǒng)，已完成的軟件項(xiàng)目可以容易地轉(zhuǎn)換到其它的處理器或環(huán)境。 此外， C51 語(yǔ)言還有許多強(qiáng)大的功能，如提供豐富的庫(kù)函數(shù)供用戶直接調(diào)用，完整的編譯控制指令為程序調(diào)試提供必要的符號(hào)信息等等?？傊?， C51 語(yǔ)言是廣大單片機(jī)開發(fā)人員的強(qiáng)有力的工具。編程具有開發(fā)周期短可讀性可移植性好和修改方便等 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件功能分析 P89V51 為核心控制器，包括傳感器電路，鍵盤電路，顯示電路、報(bào)警電路和加熱電路 5 大模塊系統(tǒng)的如圖 1 所示。 P89V51 內(nèi)部沒(méi)有 A/D 轉(zhuǎn)換器，需要專門添加，這里使用的是 ADC0809，傳 感器采集到的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)兩次放大，接著通過(guò) ADC0809 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給實(shí)時(shí)采集溫度，通過(guò)數(shù)碼管將當(dāng)前溫度顯示出來(lái)，并根據(jù)采樣結(jié)果控制加熱器，調(diào)節(jié)平均加熱功率大??；同時(shí)定時(shí)時(shí)間一到，蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警。圖 31 恒溫箱溫度控制系統(tǒng)詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖 .2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 最小系統(tǒng)主要由晶振電路和復(fù)位電路組成圖 2 是傳統(tǒng)的最小系統(tǒng)電路。在電路中，要注意幾點(diǎn)： VSS 是電源，必須保證穩(wěn)定可靠； 管腳不可懸空，必須連到 VSS，或者通過(guò)上拉電阻接到 VSS； 復(fù)位電路采用傳統(tǒng)的 RC 復(fù)位，并多帶一個(gè)復(fù)位按鍵， 以方便操作； 晶振的頻點(diǎn)不是任意的，這里使用 12MHz； 注意： /PSEN 管腳作懸空處理，不能接，這和 P8951RD2 的情況不同。 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤消復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)才能撤消復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。 P89V51RD2 的操作頻率為 0～ 40MHz，如前面所述，這里使用市場(chǎng)上常見(jiàn)的12MHz 的晶振。單片機(jī)內(nèi)含一個(gè)高增益的反相放大器，通過(guò) XTAL XTAL2 外接作為反饋元件的晶體后便成 為自激振蕩器。晶體呈感性，與 C C7 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。振蕩器的振蕩頻率主要取決于晶體 。在應(yīng)用時(shí)為了保證正常起振，振蕩器的位置要最接近單片機(jī)，且連線要最短。如圖 32 所示，外部振蕩器電容C1 和 C2，用于振蕩頻率微調(diào)或振蕩器匹配，并可用于調(diào)整起振時(shí)間。 圖 32 P89V51RD2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 測(cè)電路的設(shè)計(jì) 利用熱電阻溫度系數(shù)隨溫度變化而制成的溫度傳感器，稱為熱電阻溫度傳感器。對(duì)于大多數(shù)金屬導(dǎo)體，其電阻值都具有隨溫度升高而增大的特性。常用的金屬導(dǎo)體材料有鉑、銅、鐵和鎳。表 31 Pt100 分度表（ 0~250℃） 溫度 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ℃ 電阻值 Ω 0 100 10 20 30 114 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 167 180 190 200 210 220 230 240 250 Pt100 溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱敏傳感器，主要技術(shù)參數(shù)如下測(cè)量范圍： 200~+850℃； 允許偏差值△℃： A 級(jí)177。（ + | t | ） ,B 級(jí)177。 + | t | ； 最小置入深度：熱電阻的最下置入深度≥ 200mm； 允通電流≤ 5mA。 另外， Pt100 溫度傳感器還具有抗 振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。鉑熱電阻的線性較好， 0～ 100 攝氏度之間變化時(shí)，最大非線性偏差小于 攝氏度。 Pt100 應(yīng)用領(lǐng)：寬范圍、高精度溫度測(cè)量領(lǐng)域。如：軸瓦，缸體，油管，水管，汽管，紡機(jī)，空調(diào)，熱水器等狹小空間也領(lǐng)域設(shè)備測(cè)量和控制。汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、飲水機(jī)、咖啡機(jī)，烘干機(jī)以及中低溫干燥箱、恒溫箱等。供熱 /制冷管道熱量計(jì)量，中央空調(diào)分機(jī)熱能計(jì)量和工業(yè)領(lǐng)域測(cè)溫和控制。 圖 33 溫度檢測(cè)電路 Vi2， Vi3 那么 （ 31） （ 32） 其中 Rx 為傳感器熱阻值， Vref 為基準(zhǔn)源電壓， K 為調(diào)整系數(shù)。 由于 R1 Rw2（如 R1 100KΩ ,Rw2 1KΩ） ,同樣 R2 Rx（如 R2 100KΩ ,Rx 1KΩ），因而 VOUT K R6/R4 Vref Rw2Rx /R2，在后級(jí)的 A/D，滿刻度時(shí)，那么 VOUT 5V。實(shí)際電路調(diào)整中，已經(jīng)確定 R6,置傳感器于 25℃環(huán)境，調(diào)整 Rw2,使 VOUT 0V；置傳感器于 35℃環(huán)境，調(diào)節(jié) Rw6，使 VOUT 5V；使完成前向模擬通道的調(diào)整。 電路的設(shè)計(jì) ADC0809的頻率要低于 640KHz,單片機(jī)使用的是 MHz,從 ALE端引出的信號(hào)頻率已經(jīng)六分頻了，所以還需要四分頻。 D 觸發(fā)器的特性方程是 Qn1 D，當(dāng)把 D 和Q 非連接起來(lái)，方程就變成了 Qn ，具有翻轉(zhuǎn)功能 ,即每輸入一個(gè)脈沖，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次，每翻轉(zhuǎn)兩次，觸發(fā)器的輸出端可以得到一個(gè)完整的矩形波，而觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)兩次所用的前沿脈沖來(lái)自 CP 的兩個(gè)矩形波。一個(gè) D 觸發(fā)器完成了二分頻電路，用其輸出再去觸發(fā)另一個(gè) D 觸發(fā)器（又是一個(gè)二分頻），這樣，就完成了信號(hào)的四分頻。該觸發(fā)器是前沿觸發(fā)方式。圖 四分頻電路口電路 LED的結(jié)構(gòu)及連接見(jiàn)圖 7 段 LED所有發(fā)光二極管的 陽(yáng)極連在一起稱共陽(yáng)極接法，陰極連在一起稱為共陰極接法。一般共陰極可以不需要外接電阻，但共陽(yáng)極接法中發(fā)光二極管必須外接電阻。 a 管腳配置（ b）共陰極 （ c）共陽(yáng)極圖 LED 顯示器原理圖 圖 37 LED 顯示接口電路 LED 數(shù)碼管顯示有所用數(shù)碼管是共陰管、還是共陽(yáng)管，由數(shù)碼轉(zhuǎn)換為筆劃信息借軟件譯碼、還是硬件譯碼，以及顯示掃描采用動(dòng)態(tài)掃描、還是靜態(tài)掃描等種種區(qū)別。采用共陰極數(shù)碼管還是共陽(yáng)極數(shù)碼管沒(méi)有太明顯的優(yōu)、缺點(diǎn)，然而與同一數(shù)碼對(duì)應(yīng)的筆劃信息碼往往是相互置反的關(guān)系。 字符數(shù)據(jù)字與 LED 段碼關(guān) 系如表動(dòng)態(tài)掃描各數(shù)碼管是輪流點(diǎn)亮的，由于視覺(jué)的暫留現(xiàn)象，卻好像都點(diǎn)亮著。實(shí)際控制數(shù)碼管點(diǎn)亮的位選信號(hào)是依次逐一送出的，而各個(gè)數(shù)碼管應(yīng)顯示數(shù)碼的筆劃信息則與其位選信號(hào)同時(shí)送給，于是各管將按序一一亮出自己的數(shù)碼；待各管都輪到后，又再?gòu)念^輪起，反復(fù)不已。對(duì)于動(dòng)態(tài)掃描，輪到某管、等待該管點(diǎn)亮必須留給一段恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間。時(shí)間過(guò)短，數(shù)碼管來(lái)不及點(diǎn)亮；時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，其他數(shù)碼管將熄滅、不能顯示。靜態(tài)掃描無(wú)位選信號(hào)，各數(shù)碼管是同時(shí)點(diǎn)亮的；每個(gè)數(shù)碼管應(yīng)顯示數(shù)碼的筆劃信息也分路同時(shí)送給。當(dāng)選用共陰極的 LED 顯示管時(shí)，所有發(fā)光二極管的陰極 連在一起接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極加入高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的二極管點(diǎn)亮。因此要顯示某字形就應(yīng)使此字型的相應(yīng)段的二極管點(diǎn)亮，實(shí)際上就是送一個(gè)用不同電平組合代表的數(shù)據(jù)字來(lái)控制 LED 的顯示，此數(shù)據(jù)稱為字符的段碼。數(shù)據(jù)字 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 LED 段 DP g f e d c b a . 鍵盤電路的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)鍵盤共由二個(gè)按鍵，一端接地，另一端分別接在單片機(jī)的 、 端口，電路如圖所示。 . 溫度控制電路的設(shè)計(jì) 溫控電路如圖 39 所示，溫度控制是通過(guò)對(duì) 加熱電阻絲的電源通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)采用晶閘管調(diào)功方式。晶閘管開關(guān)控制方式有兩種：相位控制和過(guò)零控制。相位控制會(huì)使負(fù)載上的電壓波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生高次諧波，對(duì)電網(wǎng)造成公害。過(guò)零控制則能使負(fù)載上產(chǎn)生較完善的正弦電壓波形，同時(shí)由于過(guò)零時(shí)通斷，防止了過(guò)大電流沖擊。 系統(tǒng)采用光耦過(guò)零觸發(fā)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)對(duì)功率晶閘管的過(guò)零觸發(fā)。光耦內(nèi)部含有過(guò)零檢測(cè)電路。在 控制作用下，完成了功率晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通。 晶閘管串接在 50Hz 交