【正文】 器件。已經(jīng)編程的器件也可以用 ISP 方式擦除或再編程。ISP 的引腳接線圖見 。在完成編寫程序的編譯通過之后，把可以燒寫 AT89S52 的 ISP 編程器并與電腦主機硬件連接后，打開相應(yīng)下載軟件按步驟即可對 AT89S52 芯片進行程序燒錄下載。燒錄完成成功后會有提示。重新通電即可測試和運行電路?；趩纹瑱C的光立方的設(shè)計 27圖 ISP 下載器接口接線圖基于單片機的光立方的設(shè)計 285 光立方 PCB 版制作 protues 制作 PCB 版圖本設(shè)計采用 protues 制作 PCB 版圖，用 Proteus 制作 PCB 通常包括以下一些步驟：（1）繪制電路原理圖并仿真測試；（2）加載網(wǎng)絡(luò)表及元件封裝；（3）規(guī)劃電路板并設(shè)置相關(guān)參數(shù)；（4）元件布局及調(diào)整；（5）元件自動布線并手動調(diào)整布線；（6）輸出及制作 PCB 文件。 繪制電路原理圖并仿真測試在 Proteus 6 Professional 中用 ISIS 6 Professional 設(shè)計好電路原理圖，并結(jié)合 WAVE 進行軟件編程和硬件的仿真測試。電路原理圖見圖 。 圖 電路原理圖基于單片機的光立方的設(shè)計 29 加載網(wǎng)絡(luò)表及元件封裝 在 ISIS 6 Professional 界面中單擊 Design Toolbar 中的 圖標(biāo)或通過Tools 菜單的 Netlist to ARES 命令打開 ARES 6 Professional 窗口如圖 所示?？梢钥吹剑趫D 中左下角的元器件選擇窗口中列出了從原理圖加載過來的所有元器件。若原理圖中的某些器件沒有自動加載封裝或者封裝庫中沒有合適的封裝，那么在加載網(wǎng)絡(luò)表時就會彈出一個要求選擇封裝的對話框，這時就需要根據(jù)具體的元件及其封裝進行手動選擇并加載。圖 ARES 6 Professional 編輯界面 對于沒有封裝或是封裝不合適的，則需要自己創(chuàng)建封裝。如本次設(shè)計中開關(guān)沒有合適的封裝需要自己畫開關(guān)封裝，四引腳開關(guān)封裝見圖 。圖 四引腳開關(guān)封裝基于單片機的光立方的設(shè)計 30 規(guī)劃電路板并設(shè)置相關(guān)參數(shù)（1）規(guī)劃電路板在 ARES 6 Professional 窗口中選中 2D 畫圖工具欄的 圖標(biāo)，在底部的電路層中選中 Board Edge 層（黃色底層） ，即可以單擊鼠標(biāo)左鍵拖畫出 PCB 板的邊框了。邊框的大小就是 PCB 板的大小，所以在畫邊框時應(yīng)根據(jù)實際，用測量工具 來確定尺寸大小，本設(shè)計電路板采用 150mm*200mm 的單層覆銅版。（2）設(shè)置電路板的相關(guān)參數(shù)PCB 板邊框畫好以后，就要設(shè)置電路板的相關(guān)參數(shù)。版層設(shè)置圖見圖。單擊 System 中的 Set Default Rules 項，在彈出的對話框中設(shè)置規(guī)則參數(shù)，有焊盤間距、線與焊盤間距、線與線間距等一些安全允許值。然后在 Tools 中選中 (布線規(guī)則)項，在彈出的對話框中單擊 Edit Strategies 項，出現(xiàn)一個對話框如圖 所示。在左上 Strategy 欄中分別選中 POWER 和SIGNAL，在下面的 Pair1 中選同一層 Board Edge 層（黃色底層） 。這樣，就完成了在單層板中布線的設(shè)置。其他系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，可以在 System 和 Tools 中去設(shè)置完成。圖 設(shè)置板層參數(shù)基于單片機的光立方的設(shè)計 31 元件布局及調(diào)整電路板的規(guī)則設(shè)計好以后，就可導(dǎo)入元件并布局。布局有自動布局和手動布局兩種方式。我采用手動布局的方式，則在左下角的元件選擇窗口中選中元件，在 PCB 板邊框中適當(dāng)位置單擊左鍵，就可以把元件放入。本設(shè)計線采用自動布局然后手動調(diào)整的方式。自動布局后電路版圖見圖 ，手動調(diào)整元器件后電路版圖見圖 。圖 元件自動布局版圖圖 手動調(diào)整元件布局版圖基于單片機的光立方的設(shè)計 32 元件布線及調(diào)整 同樣，PCB 的布線也是有自動布線和手動布線兩種布線方式。一般，是先用自動布線，然后手工修改，也可以直接手工布線。在布線時盡量要把焊盤測大一些以有利于后續(xù)的焊接工作。自動布線版圖見圖 ，調(diào)整布線覆銅見圖。圖 自動布線圖 手動調(diào)整并覆銅基于單片機的光立方的設(shè)計 33 輸出及制作 PCB 最后就是輸出打印電路版圖了。先單擊 Output 選項中的 Set Output Area選項，按住鼠標(biāo)左鍵并拖動，選中要輸出的版圖。 然后是設(shè)置要打印的輸出電路層。在 Output 選項中單擊 Print/Plot Layout 選項，出現(xiàn)設(shè)置對話框。在設(shè)置對話框中，單擊選擇 Printer，可以選擇打印機和設(shè)置打印紙張以及版圖放置方向。在下面的 Layers/Artworks 欄中選擇要打印的層。因為布線是在底層進行的，所以在打印布線層時，在 Bottom Copper 和 Board Edge 選項前打勾，表示選中要打印輸出；而在打印元件的布局層（絲印層）時，在 Top Silk 和Board Edge 選項前打勾（這一層在打印時注意需要選擇鏡象打印） ；Scale 選項是打印輸出的圖紙比例，選 100%；Rotation 和 Reflection 選項分別是橫向/縱向輸出和是否要鏡象的設(shè)置。設(shè)置好以后就可以打印了，布線層的打印效果圖見 。圖 布線層的打印效果圖 PCB 版的制作 過程印制電路板 PCB 按基材的性質(zhì)可分為剛性印制板和撓性印制板兩大類；PCB 按布線層數(shù)可分為單面板、雙面板和多層板三類。目前單面板和雙面板的基于單片機的光立方的設(shè)計 34應(yīng)用最為廣泛。剛性印制板 PCB 具有一定的機械強度，用它裝成的部件具有一定的抗彎能力，在使用時處于平展?fàn)顟B(tài)。一般電子設(shè)備中使用的都是剛性印制板 PCB。單面板(單面 PCB)——絕緣基板上僅一面具有導(dǎo)電圖形的印制 電路板 PCB。它通常采用層壓紙板和玻璃布板加工制成。單面板的導(dǎo)電圖形比較簡單，大多采用絲網(wǎng)漏印法制成。本次設(shè)計制作 PCB 版采用的是單層剛性印制板。 熱轉(zhuǎn)印版圖首先把繪制好的 PCB 版圖用熱轉(zhuǎn)印紙打印出來，待冷卻后之后把轉(zhuǎn)印紙平鋪到覆銅板上用耐高溫膠帶粘好防止移動，打開熱轉(zhuǎn)印機，當(dāng)溫度上升值設(shè)定值—183 。 C 時，將覆銅板和轉(zhuǎn)印紙一起放入熱轉(zhuǎn)印機中轉(zhuǎn)印 3 至 5 遍。轉(zhuǎn)印完成之后，放置冷卻后，為的轉(zhuǎn)印效果更好，可以先揭一個小角看看轉(zhuǎn)印效果，若轉(zhuǎn)印完成很好，可以完全揭開轉(zhuǎn)印紙，否則就重新轉(zhuǎn)印 1 到 2 遍。 蝕刻去銅當(dāng)覆銅板上已轉(zhuǎn)印上了版圖，圖紙顯示的是制圖的鏡像圖。打開刻蝕機預(yù)熱 1 到 2 分鐘，將細(xì)線系好覆銅板放到蝕刻液中，設(shè)置好時間為 6 分鐘。時間到后機器報警提醒時間到，慢慢的拿出銅版觀察多余的銅是否腐蝕完全，若沒有腐蝕完全重新繼續(xù)腐蝕，同時設(shè)置時間為 4 分鐘。當(dāng)觀察到快腐蝕完全時，為防止腐蝕過度，損壞設(shè)計的電路布線圖，需要在一旁觀察，直到腐蝕完全。慢慢拿出，用清水沖洗殘余的腐蝕液，然后用烤箱烤干。 去墨打孔打孔是為了放置元器件，是至關(guān)重要的一步。制版方法可以分為：先打孔再轉(zhuǎn)印版圖和先轉(zhuǎn)印版圖在打孔。前者一般是采用智能鉆孔機自動打孔，后者一般采用手工打孔。由于本次設(shè)計采用 PROTUES 制版，對焊盤、走線、孔徑、最小距離等設(shè)置不熟練，選用的是手工打孔。把墨跡去除干凈后，焊盤走線顯示出來，依據(jù)設(shè)計原理圖，開始采用手動鉆孔機打孔。同時，仔細(xì)檢查電路防止在打孔中出現(xiàn)錯打空、漏打空等。打孔完成后，將制作好的 PCB 版圖圖上松香助焊劑，晾干。至此，一塊完整的 PCB 版圖制作完成。本次設(shè)計電路板制作良好，可靠?；趩纹瑱C的光立方的設(shè)計 356 系統(tǒng)測試及仿真控制電路板的安裝與測試在整個系統(tǒng)研制中占有重要位置，它是把理論付諸實踐的過程，也是把紙面電路設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H產(chǎn)品的必經(jīng)階段。系統(tǒng)測試檢測可以分為硬件系統(tǒng)測試和軟件系統(tǒng)測試。 硬件系統(tǒng)測試對試驗階段的電路板的安裝一般有兩種方式即焊接方式和面包板插接方式。使用面包板焊接更加方便，容易更換線路和器件，而且可以多次使用。但在多次使用的面包板中彈簧片會變松，彈性變差，容易造成接觸不良，這是需要注意的。實驗和測試常用的儀器有：萬用表、穩(wěn)壓電源、示波器、邏輯分析儀等。（1）測試前不加電源的檢查對照電路圖和實際線路檢查連線是否正確，包括錯接、少接、多接等；用萬用表電阻檔檢查焊接和接插是否良好；元器件引腳之間有無短路；連接處有無接觸不良；二極管、三極管、集成電路的電源正負(fù)極和電解電容的極性是否正確；電源供電包括極性、信號源連線是否正確；電源端對地是否存在短路（用萬用表測量電阻） 。若電路經(jīng)過上述檢查，確認(rèn)無誤后，可轉(zhuǎn)入靜態(tài)檢測與測試。（2）靜態(tài)檢測與測試斷開輸入信號，把經(jīng)過準(zhǔn)確測量的電源接入電路，用萬用表電壓檔監(jiān)測電源電壓，觀察有無異?，F(xiàn)象。如冒煙、異常氣味、手摸元器件發(fā)燙，電源短路等。如發(fā)現(xiàn)異常情況，立即切斷電源，排除故障；如無異常情況，分別測量各關(guān)鍵點直流電壓，如靜態(tài)工作點、數(shù)字電路各輸入端和輸出端的高、低電平值及邏輯關(guān)系、放大電路輸入、輸出端直流電壓等是否在正常工作狀態(tài)下，如不符，則調(diào)整電路元器件參數(shù)、更換元器件等，使電路最終工作在合適的工作狀態(tài)；對于放大電路還要用示波器觀察是否有自激發(fā)生。（3）動態(tài)檢測與測試動態(tài)測試是在靜態(tài)測試的基礎(chǔ)上進行的，測試的方法地在電路的輸入端加上所需的信號源，并循著信號的注射逐級檢測各有關(guān)點的波形、參數(shù)和性能指基于單片機的光立方的設(shè)計 36標(biāo)是否滿足設(shè)計要求，如有必要對電路參數(shù)作進一步調(diào)整。若發(fā)現(xiàn)問題，要設(shè)法找出原因，排除故障后，繼續(xù)檢測完電路至沒有錯誤。（4）測試注意事項1）正確使用測量儀器的接地端，儀器的接地端與電路的接地端要可靠連接。2）在信號較弱的輸入端，盡可能使用屏蔽線連線，屏蔽線的外屏蔽層要接到公共地線上，在頻率較高時要設(shè)法隔離連接線分布電容的影響，例如用示波器測量時應(yīng)該使用示波器探頭連接，以減少分布電容的影響。3）測量電壓所用儀器的輸入阻抗必須遠(yuǎn)大于被測處的等效阻抗。4）測量儀器的帶寬必須大于被測量電路的帶寬。5）正確選擇測量點和測量。6）認(rèn)真觀察記錄實驗過程，包括條件、現(xiàn)象、數(shù)據(jù)、波形、相位等。7）出現(xiàn)故障時要認(rèn)真查找原因。 軟件系統(tǒng)測試單片機是本設(shè)計的核心控制器，只有保證單片機的正常工作才能完成程序的運行及顯示的控制。保證單片機最小系統(tǒng)能夠正常工作是前提。判斷辦法就是用萬用表測量單片機時鐘引腳（119 腳）的對地電壓，以正常工作的單片機用數(shù)字萬用表測量為例：18 腳對地約 ，19 腳對地約 。對于懷疑是復(fù)位電路故障而不能正常工作的單片機也可以采用模擬復(fù)位的方法來判斷，單片機正常工作時第 9 腳對地電壓為零，可以用導(dǎo)線短時間和＋5V 連接一下，模擬一下上電復(fù)位，如果單片機能正常工作了，說明這個復(fù)位電路有問題。本設(shè)計功能很多，所以對于它的程序也較為復(fù)雜，所以在編寫程序和測試時出現(xiàn)了相對較多的問題。最后經(jīng)過多次的模塊子程序的修改，一步一步的完成，最終解決了軟件上出現(xiàn)的問題。如燒入程序后，LED 顯示屏顯示閃動，而且亮度不均勻。則要首先對測用的延時進行逐漸修改，可以解決顯示閃動問題。其次，由于本作品使作動態(tài)掃描方式顯示的數(shù)字，動態(tài)掃描很快，人的肉眼是無法看出，但是測用的顯示程序時，如果不在返回時屏蔽掉最后的附值，則會出現(xiàn)很亮或殘影的現(xiàn)象，所以在顯示的后面加了屏蔽滅燈指令。基于單片機的光立方的設(shè)計 37 系統(tǒng)總體測試在軟件測試過程中采用模塊化的測試方法，使整個系統(tǒng)測試顯得更加有條理性。通過 RS232 和 PC 機進行連接，利用 PC 測試助手進行測試。測試過程中把單片機和 PC 機的波特率設(shè)置為相同值（如 9600bit/s） 。驗證上位機和下位機接收正常。我們把測好的軟件導(dǎo)入連接好的硬件中，在把所出現(xiàn)的問題都調(diào)整解決過來，因而整個系統(tǒng)就測試通過。 系統(tǒng)測試結(jié)果與結(jié)論 測試結(jié)果分析（1）在測試中遇到發(fā)光二極管不亮、亮度不高時，首先使用試測儀對電路進行測試，觀察是否存在漏焊，虛焊，或者元件損壞。（2）LED 顯示屏顯示不正常，還有亮度不夠，首先使用試測儀對電路進行測試，觀察電路是否存在短路現(xiàn)象。查看燒寫的程序是否正確無誤，對程序中易影響顯示的部分進行認(rèn)真檢查和修改。 測試結(jié)論經(jīng)過多次的反復(fù)測試與分析，可以對電路的原理及功能更加熟悉，同時提高了動手設(shè)計能力以及對電路的分析能力。同時在軟件的編程方面得到了提高，對所學(xué)的知識得到很大的鞏固。在測試過程中遇見的問題，也通過不斷的改正，最終得以實現(xiàn)設(shè)計要求的各項功能，讓我深刻地感受到，做任何事情一定要細(xì)心，尤其是在程序編程這里，一個小小的失誤，會使你無法實現(xiàn)功能，也會釀成大錯，良好的編程習(xí)慣，會使程序更加簡潔，方便查找錯誤，提高效率。在設(shè)計過程中一些元器件的電路連接方法讓我很費勁，原因是由于在這些元器件不是太常用而且在學(xué)習(xí)理論知識時沒做詳細(xì)的理解，在網(wǎng)站上找不到具體的用法，從而在實際運用中遇到很大麻煩。正是這種原因使我意識到：要想更完美的進行一次設(shè)計，與專業(yè)知識基礎(chǔ)扎實的同學(xué)交流溝通是很有必要的。在老師和同學(xué)的幫助下，經(jīng)過我的努力終于完成本次畢業(yè)