【正文】 離。 （3）晶振布線要盡量靠近單片機引腳，用地線把時鐘區(qū)隔離起來、晶振外殼接地并固定。 （4）電路板合理分區(qū)，劃分強弱信號，數(shù)字模擬信號分開布線，敏感元件遠離干擾源。 （5）單片機I/O口、電源線、電路板線等關鍵地方使用抗干擾元件，如磁珠、磁環(huán)、電源濾波器、屏蔽罩等。3 提高敏感器件抗干擾性能（1）布線盡量減少回路環(huán)的面積，降低感應噪聲。（2）布線時，電源線和地線要盡量粗，其目的減小壓降外，更重要的是降低耦合噪聲。（3）對于單片機閑置I/O口不要懸空，接地或者電源。（4）在速度滿足要求的情況下，盡量降低晶振頻率。（5）IC元件盡量直接焊接在電路板上，少用插座。4 其他常用抗干擾措施（1）交流端用電容濾波，去掉高頻、低頻干擾脈沖。（2）變壓器雙隔離措施。（3）次極低通濾波，吸收變壓器的浪涌電壓。（4）采用隔離電路消除公共地線引起的干擾。（5）通信線用雙絞線，消除平行互感。（6）外殼接地保證人生安全和防止外界的磁場干擾。（7）增加復位電壓檢查電路，防止單片機復位失敗。 5 印制電路工藝抗干擾（1）元件布局合理，疏密恰當。（2）CPU、RAM、ROM等主要芯片，Vcc和GND之間接電解電容以及瓷片電容，去掉高、低頻干擾信號。（3）獨立系統(tǒng)結構并減少接插件與連線。提高系統(tǒng)可靠性減少故障率。（4）有調節(jié)使用4層以上電路板，中間兩層為電源與地線。（5）盡量加寬電源線，布線原則是地線電源線信號線。本次設計中PCB布線遵守這些基本原則，比如:電源穩(wěn)壓器處用100電解電容和104的瓷片電容并聯(lián)使用。保證電源的穩(wěn)定和消除干擾。 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） 經常調試的元件放到合理的位置方便調試。（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很理想了。只要規(guī)則設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： 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制造廠生產需要導出Gerber File文件和NC鉆孔文件以制作PCB。本次設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做的設計，在設計中只要設置好元件的參數(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，比較價格性能質量。 第七章 樣機制作 裝配圖焊接圖前面已經給出，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轉并口下載線。下載軟件如下圖： 圖 下載軟件 第八章 試驗分析 實驗測試 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 顯示結果 試驗數(shù)據(jù)經過測試獲得的數(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。 第九章 總結在即將畢業(yè)之際，做一個系統(tǒng)的設計可以對自己四年的所學做一個總結，也是給自己以后工作增添一份信心。以上基于單片機的超聲波的測距系統(tǒng)的設計包含了：電路分析、數(shù)字、模擬電路和單片機、EDA、傳感器、C語言等方面的知識，另外還有選材購買、動手制作等方面。所以具有很高的參考價值，同時，該設計的方案也是來源于生活中廣泛的應用領域，有很強的應用價值。單片機的應用改變了傳統(tǒng)的設計思路，以前構建一個系統(tǒng)需用用很多的數(shù)字模擬器件或者電路單元來構建，系統(tǒng)可靠性差、缺乏靈活性、維護不便、成本高、無法實現(xiàn)智能化等諸多缺點。單片機的應用解決了很多問題，現(xiàn)在只要寫一個軟件，通過單片機和一些簡單的外接電路就可以實現(xiàn)具有很多功能的、而且具有智能化的系統(tǒng)，同時可方便升級維護。所以單片機的應用廣泛，在日常生活和生產中占用重要位置。所以我們設計選擇了單片機的系統(tǒng)其說明我們深深的意識到它的重要作用。同時，我們的設計包含了EDA技術，EDA也是現(xiàn)在的熱門技術，人們設計了計算機，同時計算機又輔助人們的設計，計算機的強大幫助我們完成了很多工作，以前一個產品可能需要半年甚至一年的設計周期，而現(xiàn)在借助于計算機的強大計算能力，EDA軟件的輔助，使得設計周期減少到幾個月甚至幾周。我們在使用EDA軟件后也深深的體會到其強大的功能，令人興奮不已。所以我們意識到掌握好EDA技術是電子專業(yè)學生必須的。設計中也“小試牛刀”的使用了我們傳感器課程所學的超聲波的知識；在做光耦電路部分的時候三極管的計算用到了電路分析；模擬電子技術的知識；單片機程序設計使用了C語言來編寫程序，感受到了C語言的魅力所在?？梢哉f該設計的過程是對我們三年所學的一次總結。通過以上的設計過程，我們不但在知識上收獲了，而且發(fā)現(xiàn)了自己的一些不足之處；同時，我們也對自己的動手能力有所鍛煉，而且一次成功的經歷給我增添了不少的信心。我們相信，畢業(yè)后，把這種學習的興趣和努力的精神發(fā)揮到工作中一定能有所作為！！