【正文】 1/0 口線的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他 1/0口線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個按鍵被按下，它的優(yōu)點是電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，缺點是每個按鍵需占用一根 1/0 口線，在按鍵數(shù)量較多時， I/O口浪費大，電路結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜。因此，此鍵盤是用于按鍵較少或操作速度較高的場合。鍵盤按鍵所用開關(guān) 為機械彈性開關(guān)，利用了機械觸點的合、斷作用。由于械觸點的的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合和斷開的瞬間均有一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為 5~1Oms，這是一個很重要的參數(shù)，抖動過程引起電平信號的波動，有可能令 CPU誤解為多次按鍵操作，從而引起誤處理。為了確保 CPU 對一次按鍵動作只確認一次按鍵，必須消除抖動的影響。按鍵的消抖，通常有軟件、硬件兩種消除方法，本文采用的是軟件消抖動。 鍵盤與單片機的接口電路 本設(shè)計采用的是獨立式按鍵，其電路圖如圖 所示： 圖 鍵盤接 口電路 四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） ３２ 電路板的制作 電路板的設(shè)計步驟 1．電路原理圖設(shè)計的步驟 電路原理圖的設(shè)計是整個電路設(shè)計的基礎(chǔ)，因此電路原理圖要設(shè)計好，以免影響后面的設(shè)計工作。電路原理圖的設(shè)計一般有如下步驟 : 1)設(shè)置原理圖設(shè)計環(huán)境 :設(shè)置圖紙大小、捕捉柵格、電氣柵格等。 2)放置元件 :將所需要的元器件庫裝載到元器件管理器中以后，根據(jù)實際電路的需要，到元件庫中找出所需的元件，然后用元件管理器的 Place 按鈕將元件放置在工作平面上，再根據(jù)元件之間的走線把元件調(diào)整好。 3)原理圖布線 :利用 Protd99SE 提供的各種工具、指令進行布線，將工作平面上的器件用具有電氣意義的導(dǎo)線、符號連接起來，構(gòu)成一個完整的電路原理圖。 4)編輯和調(diào)整 :利用 Protel99SE 所提供的各種強大的功能對原理圖進一步調(diào)整和修改，以保證原理圖的美觀和正確 。同時對元件的編號、封裝進行定義和設(shè)定等。 5)檢查原理圖 :使用 Protel99SE 的電氣規(guī)則，即執(zhí)行菜單命令 Tool/REC 對畫好的電路原理圖進行電氣規(guī)則檢查 。若有錯誤，根據(jù)錯誤情況進行改正。 6)生成網(wǎng)絡(luò)表 :網(wǎng)絡(luò)表是電路原理圖設(shè)計和印刷電路板設(shè)計之間的橋梁，執(zhí)行菜單命令 Design/Create Net list 可以生成具有元件名、元件封裝、參數(shù)及元件之間連接關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)表。 2．印刷電路板設(shè)計的步驟 印刷電路板設(shè)計是從電路原理圖變成一個具體產(chǎn)品的必經(jīng)之路，因此，印刷電路板設(shè)計是電路設(shè)計中最重要、最關(guān)鍵的一步。通常，印刷電路板設(shè)計的具體步驟如下 : 1)規(guī)劃電路板 :根據(jù)要設(shè)計的電路確定電路板的尺寸，本文中電路板尺寸為長120mm，寬 70mm。 2)設(shè)置參數(shù) :首先對布線工作層進行設(shè)置，然后對地線線寬、電源線寬和信號線寬進行設(shè)置，電源和地線盡可能比信號線寬，最后設(shè)置布線規(guī)則。 3)裝入網(wǎng)絡(luò)表 :首先裝入需要的元件封裝庫，裝入原理圖生成的網(wǎng)絡(luò)表，如果有錯誤進行修改再裝入。 4)元器件布局 :Protel99sE 既可以進行自動布局也可以進行手工布局，布局是布線關(guān)鍵性的一步，為了使布局更加合理，多數(shù)設(shè)計者都采用手工布局方式，按四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） ３３ 照功能分塊、分區(qū)。 5)自動布線 :Protel99SE 采用世界最先進的無網(wǎng)格、基于形狀的對角線自動布線技術(shù)，程序即對印刷電路板進行自動布線。只要設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，元件布局合理，自動布線的成功率幾乎是 100%。 6)手工布線 :雖然自動布線功能強大，但是手工布線能使板子 更加實用和美觀，因此本設(shè)計采用的是純手工布線。 電路板布線技巧 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的使用使 PCB 的布線愈加精密和復(fù)雜， PCB 布線設(shè)計的好壞對印制電路板的影響很大。在進行 PCB 設(shè)計時，不但要按照 PCB設(shè)計的基本規(guī)則，而且還要考慮如何降低電板的電磁輻射和抗干擾性能。在 PCB布線設(shè)計時，通過合理的電源布線設(shè)計、信號布線設(shè)計，也是提高電磁兼容的好辦法。主要用到的方法如下 : l．為了抑制 PCB 導(dǎo)線之間的串擾，在設(shè)計布線時應(yīng)盡量避免長距離的平行走線，盡可能拉開線與線之間的 距離，信號線與地線及電源線盡可能不交叉，在一些對干擾十分敏感的信號線之間設(shè)置一根接地的印制線，可以有效地抑制信號串擾。 2． PCB 導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基板間的粘附強度和流過它們的電流值決定。當銅箔厚度為 、寬度為 13mm 時，可通過 2A 的電流。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，通常選 導(dǎo)線寬度。當然，只要允許，還是盡可能用寬線，尤其是電源線和地線（本設(shè)計電源線與地線寬度為 ）。導(dǎo)線的最小間距主要由線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，只要工 藝允許，可使間距小至 5mm。 3． PCB 導(dǎo)線拐彎處一般取圓弧形，而直角或銳角在高頻電路中會影響電氣性能。此外，應(yīng)盡量避免使用大面積銅箔，否則長時間受熱時，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。必須用大面積銅箔時，最好用網(wǎng)眼形狀布設(shè)，這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。 4．焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑D一般不小于 (d+)mm，其中 d 為引線孔徑。對高密度的數(shù)字電路，焊盤最小直徑可取 (d+)mm。 5．輸入輸出端用的 PCB 導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，最好在輸 入輸出端加線間四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） ３４ 地線，以免發(fā)生反饋藕合。 設(shè)置中的問題及解決方法 雖然 Protel99SE 功能強大，人機界面友好，但在設(shè)計過程中往往遇到一些問題 : 1．生成的印刷電路板圖與電路原理圖不相符，有一些元件沒有連上。這種情況時有發(fā)生，問題出在原理圖上，原理圖看上去是連上了，但畫圖不符合規(guī)范， 導(dǎo)致未連接上。不規(guī)范的連線有 : l)連線超過元器件的斷點； 2)連線的兩部分有重復(fù)。 解決方法是在畫原理圖連線時，應(yīng)盡量做到 : 1)在元件端點處連線； 2)元器件連線盡量一線連通，少用直接將其端點對接 上的方法。 2．在印刷電路板設(shè)計中裝入網(wǎng)絡(luò)表時元器件不能完全調(diào)入。原因有 : 1)原理圖中未定義元件的封裝形式； 2)印刷電路板封裝的名稱不存在，致使在封裝庫中找不到； 3)封裝可以找到，但元件的管腳名稱與印刷電路板庫中封裝的管腳名稱不一致。 解決方法 : l)到網(wǎng)絡(luò)表文檔中查找未定義封裝的元件，補上元件封裝； 2)確認印刷電路板的元件封裝庫是否已經(jīng)調(diào)入，同時檢查原理圖中元件封裝名稱是否與印刷電路最后，也可以將設(shè)計好的印刷電路板圖打印出來； 3)將印刷電路板元件封裝庫中的元件修改成與原理圖中定義 的一致。如三極管的管肚口名稱在原理圖中定義為 1， 2， 3，而在印刷電路板封裝庫中焊盤序號定義為 E， B， C，必須修改印刷電路板封裝庫中的三極管管腳名稱，使它與原理圖中定義的三極管管腳名稱一致。 硬件抗干擾措施 影響單片機系統(tǒng)可靠安全運行的主要因素主要來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾，并受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、元器件選擇、安裝、制造工藝影響。這些都構(gòu)成單片機系統(tǒng)的干擾因素，常會導(dǎo)致單片機系統(tǒng)運行失常，輕則影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，重則會導(dǎo)致事故，造成重大經(jīng)濟損失。 四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） ３５ 干擾的來源 干擾形成的基本要素有 : 1．干擾源 : 指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號，用數(shù)學(xué)語言描述如下 :du/dt， di/dt 大的地方就是干擾源。如 :雷電、繼電器、可控硅、電機、高頻時鐘等都可能成為干擾源。 2．傳播路徑 : 指千擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過導(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射。 3．敏感器件 : 指容易被干擾的對象。如 :A/D、 D/A 變換器，單片機，數(shù)字 IC，弱信號放大器等。 具體抗干擾措施 針對本設(shè)計的實際情況和考慮干擾的來源實行了如下抗干擾措施 : 1) 充分考慮電源對單片機的影響。電源 做得好，整個電路的抗干擾就解決了一大半。給單片機電源加濾波電路或穩(wěn)壓器，以減小電源噪聲對單片機的干擾。 2) 注意晶振布線。晶振的引腳與單片機盡量靠近，用地線把時鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼接地并固定。 3) 電路板合理分區(qū)，如強、弱信號，數(shù)字、模擬信號。盡可能把干擾源與敏感元件 (如單片機 )遠離。 4) 用地線把數(shù)字一區(qū)與模擬區(qū)隔離。數(shù)字地與模擬地要分離，最后在一點接于電源地。 5) 布線時盡量減少回路環(huán)的面積，以降低感應(yīng)噪聲。 6) 布線時，電源線和地線盡量粗。除減小壓降外，更重要的是降低藕合噪聲。 7) 電源線加粗，合理走線、接地，三總線分開以減少互感振蕩。 8) 布線時避免 90度折線，減少高頻噪聲發(fā)射。 四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） ３６ 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 控制程序采用 C 語言模塊化結(jié)構(gòu)。主要包括主程序、控制程序、中斷服務(wù)程序和電機正反轉(zhuǎn)控制程序等部分。 主程序設(shè)計 主程序主要完成相關(guān)中斷初始化、調(diào)用顯示、判斷中斷類型和執(zhí)行相應(yīng)中斷服務(wù)程序等功能，其結(jié)構(gòu)如圖 所示 : 是 否 是 否 圖 主程序流程圖 初始化串口、 定時 /計數(shù)器、開中斷 LCD顯示 接受 數(shù)據(jù) 中斷？ 串口中斷 ？ 外部中斷 定時器 調(diào)節(jié) 控制 電機 判斷 轉(zhuǎn)向 開始 四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） ３７ 中斷服務(wù)程序設(shè)計 A/D 采樣主要是采集直流電動機電樞電流，將電流給定與當前電流值進行電流環(huán)運算產(chǎn)生寬度變化的 PWM 波形來實現(xiàn)調(diào)速，以用來進行電流閉環(huán)控制。本系統(tǒng)采用定時器 T2的周期中斷來啟動 A/D 轉(zhuǎn)換。 圖 是中斷處 理程序框圖。全部控制功能都通過中斷處理子程序來完成。 圖 中斷處理程序框圖 在每個 PWM 周期 (50us)都進行一次電流采樣和電流調(diào)節(jié)，因此電流采樣周期與 PWM 周期相同，以實現(xiàn)實時控制。 流程圖中先進行電流采樣，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣電流傳感器的輸出電壓值，從而獲得目前直流電動機電樞的電流情況；速度采樣子程序，通過光電編碼器輸出脈沖數(shù)計算獲得當前速度。速度調(diào)節(jié)子程序以位置調(diào)節(jié)子程序的輸出速度給定值和速度采樣子程序得到的速度反饋值的偏差作為輸入，通過調(diào)用 控制算法，得保存現(xiàn)場 讀 ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果 電流調(diào)節(jié) 讀光電編碼器脈沖數(shù) 計算轉(zhuǎn)角增量和累計 速度調(diào)節(jié) ? 速度調(diào)節(jié) PWM 控制 恢復(fù)現(xiàn)場退出 Y N 四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） ３８ 到電流的給定輸出值。電流調(diào)節(jié)子程序，以速度調(diào)節(jié)器的輸出電流給定值和電流采樣子程序得到的電流反饋值之間的偏差為輸入量，通過調(diào)用電流調(diào)節(jié)器的算法，給出目前功率模塊 PWM帶限幅的占空比。 控制程序 以下是 ATmega8 單片機實現(xiàn)電機控制的部分程序： PWM 控制器的初始化： void timer1_init(void) { OCR1A = 0； //初始化為 0，電機停止 OCR1B = 0； //初始化為 0，電機停止 TCCR1A = (1COM1A1)|(1COM1B1)| (0COM1B0)| (1WGM10)； TCCR1B = (1CS11)； //8 分頻 ,WGM1=1， 8 位相位修正 PWM 模式 ,TOP=0X00FF, OC1A、 OC1B 為 PWM PWM2 輸出。 TCNT1 = 1； CLR_IN1； SET_IN2； CLR_IN3； SET_IN4； } 定時器 0 中斷服務(wù)函數(shù)，用于控制 PWM1A的時間： SIGNAL(SIG_OVERFLOW0) 四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） ３９ { if(Timer0_Tick PWM1A_counter) { Timer0_Tick++； } Else { printf(ACK:)； SET_IN3； SET_IN4； OCR1A = 0； TIMSK amp。= ~_BV(TOIE0)； } } 電機正轉(zhuǎn)， speed 為速度（ 0255 可調(diào)）， choose 為電機通道選擇（ R 為右、 L 為左）： void for_ward(uchar speed,char choose) { if(ch ==39。R39。) { OCR1B = speed。 // PW