【正文】 圖 DALLS的DS18B20 Altium Designer原理圖的繪制 Altium Desinger6是Protel的最新高端版本，其功能強大，集成原理圖設(shè)計，PCB設(shè)計，信號完整性分析，SPICE仿真，F(xiàn)PGA設(shè)計等。Altium dedsigner6操作更加容易，功能更加完善。我們采用它來做我們的原理圖和PCB設(shè)計。首先繪制原理圖。繪制原理圖時注意：連線簡潔，在同一圖紙上元件線路多則使用網(wǎng)絡標號來表示，而多張圖紙使用端口Port來連接他們：連線要清楚的表示連接關(guān)系，當連接線路比較多而且集中時可以使用總線來連接它們。繪制完成后對所有元件做一個編號操作和編譯檢查。 元件封裝的建立 在繪制完成原理圖后接下來就是確定元件的封裝。元件的封裝必須按照元件實務來確定其大小，比如焊盤大小、外輪廓的大小等，繪制封裝過程中注意焊盤必須設(shè)置成多層上，元件的外輪廓繪制在Top OverLay,通常第一焊盤設(shè)置成方形。建立之后必須和原理圖元件關(guān)聯(lián)起來。一些典型的元件封裝如下： 圖 典型元件封裝 布局布線 在確定元件原理圖和封裝完全正確后就可以進行電路板的布局布線了。首先是確定電路板的形狀，大小。設(shè)置完畢后，導入PCB封裝，然后進行元件布局操作，布局操作遵循的基本原則如下。（1） 經(jīng)常調(diào)試的元件放到合理的位置方便調(diào)試。（2） 元件體積比較大的必須加支架。（3） 布局要疏密有序。同時兼顧飛線交叉最少。（4） 干擾比較大的元件原理敏感元件。（5） 發(fā)熱大的元件加散熱片，遠離敏感元件。（6） 首先考慮電磁兼容。 布局完成之后設(shè)置布線規(guī)則，一般信號線使用12mil左右（1mil=1/1000in），電源線一般使用15~35mil，地線滿足25~50mil之間盡量加寬。 規(guī)則設(shè)置之后，先試著把最短的線路連接起來，然后觀察布線的密度和可行性，并且對元件的布局進行調(diào)整，以使布線能成功。反復的布線修改，知道達到要求。 布線時可以把一些比較重要的線手動完成，不是很重要的線交給計算機的自動布線去完成。一些工程師不愿意用計算機的自動布線，所有的線路都手動完成，這完全沒有必要，現(xiàn)在計算機越來越強大，而且Altium designer6的改進型布線的效果已經(jīng)很理想了。只要規(guī)則設(shè)置合理是完全能布處滿足要求的線路。需要手動修改的地方很少了。 本次設(shè)計我們做了一個成品的PCB板子圖，同時，我們也做了一個樣機的PCB板，樣機的板子是需要自己焊機的柳丁板子，正面焊機元件，所以布線時得考慮實際的板子樣子，我們采用拖焊錫的方式連接電路，所以布線與正式PCB線路有所不同。 PCB布線后的圖如下： 圖 成品布線圖 覆銅后的PCB 圖 樣機安裝圖 同時Altium Designer提高3D效果圖，可以大致查看設(shè)計的板子3D效果： 圖 3D圖 制造文件輸出 在PCB布線完成后如果要發(fā)給PCB制造廠生產(chǎn)需要導出Gerber File文件和NC鉆孔文件以制作PCB。本次設(shè)計成品的制造文件如下： 圖 Gerber File文件 圖 NC鉆孔文件 第六章 元件采購 BOM文件導出 所謂磨刀不誤砍柴工，在買元件之前必須做好一些列的工作，首先是元件采購清單的導出。 我們采用的Altium Designer6做的設(shè)計，在設(shè)計中只要設(shè)置好元件的參數(shù)和屬性，Altium designer就能為我們輕松的導出材料清單,在原理圖編輯界面執(zhí)行Reports/Bill of materials設(shè)置選項即可導出BOM如下：CommentDescriptionDesignatorFootprintQuantityValueCap Pol1Polarized Capacitor (Radial)C1, C4CA21uF/25V, CapCapacitorC2, C3, C5, C10C4104, 330pF, 473Cap Pol1Polarized Capacitor (Radial)C6122uFCapCapacitorC7, C8233pFCap Pol3Polarized Capacitor (Surface Mount)C9CA1100uF/25v1N40071 Amp General Purpose RectifierD1DO411　LED2Typical RED, GREEN, YELLOW, AMBER GaAs LEDD2CON1　CX20106　SONYJ1PCBComponent_11　Low Voltage Power Supply ConnectorJ2KLD02021　ISP　SHUANGLONGJ3ISP1　C9013NPN General Purpose AmplifierQ1TO92A1　Res2ResistorR1, R4, R6, R7, R8, R9, R10, R1181K, Res2ResistorR2, R3, R5CON3, 22K, 200KSWPBSwitchS1, S2SPST22　SN74F04NHex InverterU1N0141　CSB40T　U2CSB1　CSB40R　U3CSB1　DS18B20DALLSU4TO921　1602LCDYB1602AU516021　AT89S52AtmelU6DIP401　BUZZER　U7CA1　LM7805CTSeries 3Terminal Positive RegulatorU8T03B1　12MCrystal OscillatorY1R381　電路板柳丁板1 元件采購元件采購前必須到網(wǎng)上查詢元件資料，報價等等。本次采購在成都城隍廟電子市場采購。買元件需要貨比多家，比較價格性能質(zhì)量。 第七章 樣機制作和試驗分析 裝配圖焊接圖前面已經(jīng)給出，但是在實際焊機制作過程必須有裝配圖，我們的成品板子裝配圖如圖： 成品安裝圖 1 圖 樣機安裝圖 焊接和檢查購回元件后接著就可以開始樣機的焊接，焊接中我們采用在柳丁板子上面拖焊錫的方法拖出線路，拖線路過程中，首先在焊盤上點上焊錫，然后在每兩個焊盤之間補上焊錫，注意焊接的速度要快，避免電烙鐵氧化造成黑色的氧化物。 焊接完成以后應該認真的檢查焊接的電路，對照焊接用的PCB圖和裝配圖、原理圖，檢查。多次檢查后方可通電試驗，試驗中如果發(fā)現(xiàn)失敗了。則需要細致的進一步檢測電路，1是是否有虛焊；2是是否漏焊；3是焊接錯誤的連接。檢查時需要萬用電表的使用。 樣機圖 經(jīng)過兩周的制作，我們的樣機終于做成。如下圖： 圖 樣機照片 單片機實驗板的使用 考慮到我們手里的一款單片機試驗板，為了充分利用硬件資源，降低成本，同時也方便我們的使用。該實驗板為一款功能很全面的實驗板。 圖 實驗板本次設(shè)計樣機試驗時使用該實驗板上的資源有：At89S5ISP、蜂鳴器、按鍵、DS18B1602LCD顯示。該實驗板單片機采用插座放置，方便取下。而且?guī)в蠭SP下載功能。上面有DS18B20，1602LCD液晶屏，按鍵等許多資源。非常的方便。下載用USB轉(zhuǎn)并口下載線。下載軟件如下圖： 圖 下載軟件 所有的工作都完成后，就可以燒錄程序然后通電試驗，我們的部分試驗現(xiàn)象如下： 通電試驗 顯示結(jié)果 試驗數(shù)據(jù)經(jīng)過測試獲得的數(shù)據(jù)如下：環(huán)境溫度系統(tǒng)測量值mm 實測值mm 誤差 %21℃12612421℃14214021℃17417521℃25225020℃29629221℃37737021℃53752021℃61260022℃67365521℃841815 誤差分析從以上看出，%，但是從試驗數(shù)據(jù)來看，在測量距離小于300時誤差很小，而當300以上時，誤差已經(jīng)比較大，雖然誤差率不大，但是在精確測量下是不能容忍的，從設(shè)計的方案來看，這個誤差的造成是有多方面原因的。首先，超聲波發(fā)射和接收頭安裝之間有一個夾角，如圖所示： 圖 測量夾角這樣測量的值就是一個斜邊的距離。所以程序中應該進行修正。另外本次制作樣機采用了兩套電源系統(tǒng)，所以他們之間的信號傳遞使用了光電隔離，采用的器件是4N35，4N35會有一個延時，4N35大概為4左右，我們使用了兩個，所以還應該算上8的時延。同時在使用C語言的時候，對時間的控制不是很精確，所以如果需要更加準確，需要對語句的延時統(tǒng)計，然后軟件做出修正。 改進 在本設(shè)計中，為了使精度更加高，可以通過對多次測量的數(shù)據(jù)對比然后進行一個修正，同時在安裝系統(tǒng)的時候，超聲波發(fā)射頭和接收頭之間的距離應該為4~8CM左右，如果是測量距離遠，則應選擇較大的距離，軟件設(shè)計中必須進行夾角補償。另外做成品板子時，不要使用大量的延時器件，這些器件讓時間更加不容易控制。同時給芯片一些濾波電容或者將CX20106屏蔽起來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。同時指出的是，經(jīng)過我們的多次的樣機制作發(fā)現(xiàn)，超聲波的發(fā)射和接收頭比較脆弱，不要隨意的撥動它們。而且超聲波元件的價格比較昂貴，所以制作時候需要特別小心。另外在我們試驗的時候發(fā)現(xiàn)，當超聲波接收頭長時間沒有收到信號，然后我們在探頭之間放置一個物體，但是系統(tǒng)會“假死”，等待10秒左右才重新測量，看來是T1定時器溢出必須要處理。所以在編寫程序的時候一定要考慮到各種可能的情況。 總結(jié)在很多特殊場合基于傳統(tǒng)的方法測量距離存在不可克服的缺陷，比如測量在帶腐蝕的液體，強電磁干擾，有毒等惡劣條件下，超聲波測距能很好的解決此類的問題。本論文主要討論基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)，分別對超聲波測距原理、超聲波的發(fā)生電路、回波接收、數(shù)據(jù)采集、LCD數(shù)據(jù)顯示原理、單片機的應用、系統(tǒng)軟硬件實現(xiàn)和制作進行了討論。做這樣一個設(shè)計的同時也在對對大學所學知識進行了一個回顧，雖然本人不前的工作是做計算機網(wǎng)絡，但打好一個對單片機系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)對以后的發(fā)展創(chuàng)造了一個好的基礎(chǔ)。 致謝 在曾毅同學的合力相助下，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)順利完成。由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方。指導老師何茗的幫助使克服了途中遇到的所有困難。 人的生命短暫，每一種相遇都是一種緣分。感謝大學四年來所有的老師對自己的教育，感謝四年來一起度過風風雨雨的同學。參考文獻 1 Atmel 公司。At89S52的DATA SHEET2 DALLS公司。DS18B20的DATA SHEET3 FalrChild公司。LM7805的DATA SHEET4 SONY公司。CX20106的DATA SHEET5 .6 7 . 西安電子科技大學出版社,2007年.8 . 2002. 51