1、武汉理工大学Protel 应用课程设计课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 刘新华 工作单位： 信息工程学院 题 目: Protel 应用课程设计51 单片机外围电路设计 初始条件： （1）可选元件：二极管、三极管、电阻、电位器、电容若干；51 单片机、+5V 直流电源（2）可用仪器：示波器，万用表（3）仿真软件：Protel DXP 2004要求完成的主要任务: （1）使用 protel 制作 51 单片机外围电路的电路原理图（2）使用 protel 制作 51 单片机外围电路的 PCB 图（3）使用 protel 进行电路仿真设计时间安排：（1）第 1-3 周：选题及任务安排。
2、（2）第 4-10 周：方案选择及设计。（3）第 11-16 周：仿真及 PCB 制作（鉴主 13 楼计算机实验室） 。（4）第 17-18 周：撰写报告及答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日武汉理工大学Protel 应用课程设计目录摘 要 .IABSTRACT.II1.设计任务与要求 .11.1 设计任务 .11.2 设计要求 .11.3 各模块实现方案 .11.3.1 数码管选择 .11.3.2 温度测量模块的选择 .11.3.3 串口通信模块的选择 .21.3.4 系统总体设计框图 .22系统硬件设计与参数计算 .32.1 单片机最小系统 .32.2 矩
3、阵键盘 .42.3 数码管显示电路设计 .52.4 串口通信电路设计 .52.5 DS18B20 模块电路设计 .63 电路原理图绘制 .73.1 DXP 绘制电路原理图 .73.2 DXP 绘制 PCB 图 .103.2.1 加载网络表 .103.2.2 PCB 板的排版 .113.2.3 PCB 板的布线 .124系统电路仿真 .134.1 数据输入和双机通信仿真 .134.2 温度检测模块仿真 .135心得体会 .14参考文献 .14附录 .15武汉理工大学Protel 应用课程设计摘 要51 单片机是目前应用最广泛的 8 位单片机之一，其代表型号是 ATMEL 公司的 AT89 系列，
4、它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有 51 系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。51 单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。因此，作为新世纪的大学生，在信息产业高速发展的今天，掌握单片机的基本结构、原理和使用是非常重要的。本作品采用 STC89C52 芯片作为单片机主芯片,具有矩阵键盘、温度计、串口通信等功能模块，各功能模块之间可有按键控制相互切换。数据输入可通过矩阵键盘依次输入数据显示于数码管；串口通信模块可实现双机通信；温度计可实时显示当前环境温度。Protel DXP 2004 将项目管理方式、原理图和 PCB 图的双向同步技术、多通
5、道技术、自动布线技术以及强大的电路仿真的技术完美的融合在一起。Protel DXP 提供了丰富的元件库，包括原理图符号。PCB 封装、SI 模型及仿真模型，可以方便地进行同步修改。这次课程设计主要要求掌握原理电路图设计、PCB设计和仿真。关键字：STC89C52，数据输入，温度，Protel DXP，PCB 设计工具，原理图设计武汉理工大学Protel 应用课程设计Abstract51 SCM is currently the most widely used one of the 8-bit microcontroller, and its representative model is t
6、he ATMEL AT89 series, it is widely used in industrial control systems. At present, many companies have 51 series compatible launch, will occupy a lot of the market at present and the future for a long period of time. 51 SCM is one of the fundamentals of SCM is still the most widely used one. Therefo
7、re, as the college students of the new century, the rapid development of information industry, to grasp the basic structure, principles and use of the microcontroller is very important.This work is STC89C52 chip as the main microcontroller chip, matrix keyboard, double-machine communications ,thermo
8、meter, function modules, between the button control for switching between the various functional modules. Data input through the keyboard matrix of input data is displayed on the digital tube; serial communication module can achieve double-machine communications thermometer can be real-time display
9、of the current ambient temperature.Protel DXP 2004 combine Project management, the PCB and schematic map of the two-way synchronization technology, multi-channel technology, automatic routing technology and a strong circuit simulation technology together perfectly. Protel DXP provides a rich library
10、, including the principle of symbols. PCB package, SI model and simulation model can easily synchronize edits. The main demands of the curriculum design master principle circuit design, PCB design and simulation.KeyWords:STC89C52 ,Data input Thermometer ,Protel DXP，PCB design tools， schematic design
11、武汉理工大学 Protel 课程设计1.设计任务与要求1.1 设计任务1.一个 4X4 的矩阵键盘，其中，10 个按键是 09 数字键；另外 6 个是功能键，用于功能选择和控制。要求通过功能选择键，使得单片机处于不同的工作状态并通过 LED 显示相应的内容。2.由 6 个 7 段 LED 数码管组成的显示电路。3.利用 DS18B20 可编程 1-Wire 数字温度传感器芯片，或利用 AD590 温度传感器芯片和A/D 转换器芯片采集温度温度信号。要求通过功能选择键选择温度检测、显示后， LED显示温度值。1.2 设计要求1. 使用 Protel 制作该 51 单片机外围电路的电路原理图2.
12、使用 Protel 制作该 51 单片机外围电路的 PCB 图3使用 Protel 对该 51 单片机外围电路进行仿真1.3 各模块实现方案1.3.1 数码管选择本作品选用共阴数码管作为数码管显示的载体，51 单片机 I/O 口不需要提供电流，可用两片 74HC573 来驱动数码管显示。由于市面上购买不到 6 位数码管，所以六位数码管由一个四位数码管和一个二位数码管组合使用。1.3.2 温度测量模块的选择本作品选用 DS18B20 可编程 1-Wire 数字温度传感器芯片，集成度高，单总线模式与相比系统电路相对简单。武汉理工大学 Protel 课程设计1.3.3 串口通信模块的选择本作品选用
13、MAX232 电平转换芯片与 9 针串口插座构成串口通信模块。1.3.4 系统总体设计框图图 1.1 系统框图本作品采用 STC89C52 芯片作为单片机主芯片,具有矩阵键盘、温度计、数据输入、串口通信等功能模块，各功能模块之间可有按键控制相互切换。六位数码管显示模块经由按键控制，在数据输入和温度计示数显示功能之间切换。STC8952单 片 机 串 口 通 信 模 块六 位 数 码 管显 示 模 块DS18B20温 度 测 量 模 块矩 阵 键 盘武汉理工大学 Protel 课程设计2系统硬件设计与参数计算2.1 单片机最小系统图 2.1 单片机最小系统单片机最小系统由 STC89C52、复位
14、电路、晶振组成，P0 口接上拉电阻（10K 排阻） 。武汉理工大学 Protel 课程设计2.2 矩阵键盘图 2.2 矩阵键盘电路图本作品矩阵键盘采用 44 矩阵键盘设计，由四行四列 16 个按键组成。矩阵键盘的工作原理是：从 0 行开始，顺序行扫描，即该行输出为 0。每扫描一行，读入列线数据，从 0 开始，列检查，找该行输出为 0 的列，若无，则顺序扫描下一行，并检查其各列；若找到某列线为 0，则该列与检查行交叉的按键为被按下的键。从 0 行 0 列开始，顺序将按键编号，就可以按扫描的值得到按键的值。本设计使用的是 4 个独立按键,其功能设置为时间的显示、时间的设置、温度的显示和数字频率的显
15、示。此外还要消除按键在闭合或断开时的抖动。消除抖动的方法可采用消抖电路（RS 触发器闩锁电路硬件消除抖动） ，也克采用延时方式软件消除抖动（延时后再重读，以跳过抖动期） 。在矩阵键盘中，通常采用软件消除抖动。武汉理工大学 Protel 课程设计2.3 数码管显示电路设计图 2.3 数码管显示电路图根据设计需要，本次选用共阴极数码管。由于一个数码管不能实现多位数显示，同时从节省 I/O 端口考虑，结合数电知识，利用两片 74HC573 扩展单片机的 IO 口，两片74HC573 的输出分别接 6 位 7 段共阴数码管的段选端和公共端。74HC573 是 8 数据锁存器。主要用于数码管、按键等等的
16、控制，其输出受输出允许端 OE 和锁存允许端 LE 的控制，当 LE 为高时锁存器输出为高阻态，当 OE 为低，LE 也为低时，输入端的信号输出到输出端。在这里，使用两片 74HC573 的目的是为了扩展 IO，达到时分复用单片机 P0 口的目的。输出端与 6 位 7 段阴数码管相连，共同组成数码管显示电路。2.4 串口通信电路设计图 2.4 串口通信电路武汉理工大学 Protel 课程设计串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议（不要与通用串行总线 Universal Serial Bus 或者 USB 混淆） 。大多数计算机包含两个基于 RS232 的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通
17、信协议；很多 GPIB 兼容的设备也带有 RS-232 口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。比如 IEEE488 定义并行通行状态时，规定设备线总常不得超过 20 米，并且任意两个设备间的长度不得超过 2 米；而对于串口而言，长度可达1200 米。典型地，串口用于 ASCII 码字符的传输。通信使用 3 根线完成：（1）地线， （2）发送， （3）接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线
18、上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但是不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。 MAX232 是电平转换芯片。1970 年，美国电气学会规定“RS232 ”串口通信协议。规定逻辑“1” ，-5 -15V；逻辑“0” ，+5 +15V 。噪声容限为 2V。要实现利用串口与单片机进行通信，就要进行电平转换，把标准转化成单片机可以识别的。MAX220MAX249 都是电平转换芯片，在单片机最小系统中，使用 MAX232。2.5 DS18B20 模块电路设计图 2.5 DS18B20 温度测量模块电路DALLAS 最新单线数字温度传感器 DS18B20 简介新的“ 一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS1820 是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、 DS1822 “一线总线”数字化温度传感器 同 DS1820 一样，DS18B20 也 支持“ 一线总线 ”接口，测量温度范围为 -55C+125C，在 -10+85C 范围内,精度为0.5C。DS1822 的精度较差为 2C 。现场温度直接以
