基于EDA軟件的單片機課程設(shè)計

基于EDA軟件的單片機課程設(shè)計摘要:介紹了EDA軟件ProtelDXP的特點及其在單片機課程設(shè)計中的應(yīng)用。通過一個具體實例—4位數(shù)顯儀表，詳細說明了利用EDA軟件進行電路設(shè)計的設(shè)計方法和設(shè)計流程，并給出了各功能模塊的電路原理圖和PCB板圖,其設(shè)計思想也可應(yīng)用于實用電路設(shè)計中。實際教學效果表明「［M&軟件在單片機課程設(shè)計中有具有使用方便、設(shè)計效率高和易于修改電路參數(shù)等優(yōu)點,有助于調(diào)動學生的學習積極性，并能提高單片機課程實踐教學環(huán)節(jié)的教學效果。關(guān)鍵詞:EDAProtelDXP單片機課程設(shè)計1在單片機課程設(shè)計中引入EDA軟件的必要性隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的高速發(fā)展，單片機在工業(yè)控制和消費類電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。作為一門以應(yīng)用為主的課程,在單片機課程的教學過程中既需要在有限的課堂時間內(nèi)向?qū)W生傳授一定的理論知識,又需要在實踐教學環(huán)節(jié)中給學生充分發(fā)揮動手能力的實踐空間。特別是在課程設(shè)計過程中，由于設(shè)計周期短（一般兩周時間）且學生缺乏實際設(shè)計經(jīng)驗，以往的方法就是老師給出電路原理圖，然后學生在試驗箱或面包板上“按圖索驥”,最后看到實驗現(xiàn)象就算成功了。這樣做往往很多學生對實驗原理都似懂非懂，更談不上自己設(shè)計或創(chuàng)新，實際教學效果并不理想。究其原因主要是學生在設(shè)計過程中手工繪制電路圖的效率較低，而且當面包板上插滿導(dǎo)線后排查錯誤或修改電路參數(shù)將非常麻煩，極大的打擊了學生的創(chuàng)作積極性，所以實際效果并不是太好。然而引入EDA軟件之后，通過計算機強大的輔助設(shè)計能力,可以大大提高電路設(shè)計的效率和準確性，學生可以隨時根據(jù)需要調(diào)整和修改所設(shè)計電路的各項參數(shù)，極大的增強了學生的學習興趣和創(chuàng)作熱情，從而提高實踐教學環(huán)節(jié)的教學效果。2課程設(shè)計實例一4位數(shù)顯儀表為了詳細說明Protel軟件在單片機課程設(shè)計中的應(yīng)用，本文以4位數(shù)顯儀表作為一個具體實例，詳細說明單片機電路的設(shè)計方法和設(shè)計流程。本實例來源于實際工程項目,在引入到課程設(shè)計后做了適當?shù)暮喕?，但要求學生獨立完成大部分的設(shè)計工作，每個學生設(shè)計的電路形式、參數(shù)可以有所差異，關(guān)鍵是要掌握單片機電路的設(shè)計思想和設(shè)計方法。具體設(shè)計流程分為功能模塊劃分、電路原理圖設(shè)計、PCB板圖設(shè)計、電路制板、電路板焊接調(diào)試等步驟。教學目標是通過此課程設(shè)計讓學生初步掌握單片機電路的設(shè)計思想和一般方法，并作為日后設(shè)計實用電路的參考。功能模塊劃分4位數(shù)顯儀表的主要功能是將傳感器采集的模擬信號，通過調(diào)理放大后送到AD轉(zhuǎn)換器進行AD轉(zhuǎn)換;單片機將AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果進行運算和處理，驅(qū)動4位數(shù)碼管顯示采集的數(shù)據(jù)，并具備超限聲光報警(驅(qū)動蜂鳴器和繼電器)及與PC機通信(RS232)的功能。為了實現(xiàn)上述功能,現(xiàn)將4位數(shù)顯儀表劃分為信號調(diào)理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、單片機主控模塊、顯示驅(qū)動模塊、通信模塊、電源模塊共6個功能模塊,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。在實際課程設(shè)計過程中,可根據(jù)學生的具體情況,要求其選做其中的部分模塊,或采用小組多人分工合作的形式。教學方法上需注意要求學生一定要采用分塊設(shè)計及分塊調(diào)試的方法,先局部后整體；而不能將整個系統(tǒng)完全搭建好了以后再開始調(diào)試，否則一旦出現(xiàn)錯誤時,排查起來將比較困難(圖1)。功能模塊設(shè)計(1)信號調(diào)理模塊及AD轉(zhuǎn)換模塊。信號調(diào)理模塊采用2片OP07將傳感器輸入的模擬信號進行調(diào)理和放大，然后送到AD轉(zhuǎn)換模塊進行AD轉(zhuǎn)換,AD轉(zhuǎn)換器采用24位AD轉(zhuǎn)換器CS5550將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后送到單片機進行運算和處理。(2)單片機主控模塊。主控模塊采用STC11F16XE增強型51作為系統(tǒng)的控制核心，其引腳和功能與傳統(tǒng)51單片機兼容，但指令執(zhí)行速度最高可達傳統(tǒng)51的12倍，另外還增加了一些其它功能。STC11F16XE的最小系統(tǒng)原理圖與傳統(tǒng)51類似，絕大部分單片機教材上都有詳細介紹,可讓學生查閱后自行繪制。(3)顯示驅(qū)動模塊。顯示驅(qū)動模塊采用CH452和ULN2803共同驅(qū)動4位共陽8段數(shù)碼管，電路原理圖如圖3所示，采用CH452是因為占用的單片機口線較少,驅(qū)動方法也比較簡單。學生在設(shè)計過程中也可以采用74HC595或IO口加三極管的方式進行驅(qū)動，這里需要提醒學生注意驅(qū)動芯片能承受的總驅(qū)動電流的大小，以免燒壞芯片。(4)通信模塊。通信模塊采用MAX232芯片實現(xiàn)與PC機的通信。在課程設(shè)計過程中，對應(yīng)的上位機通信軟件由教師提供給學生用于檢測通信模塊是否正常工作。這個模塊的設(shè)計可以加深學生對RS232通信原理的理解，并且掌握最基本的通信握手協(xié)議格式。PCB板圖設(shè)計及電路板制做以往的單片機課程設(shè)計中,當電路原理圖繪制完成后，學生就用面包板或萬用板及導(dǎo)線制做電路板，制做效率較低，而且出現(xiàn)錯誤時查找起來非常麻煩。在引入了Protel軟件以后，就可以將電路原理圖中的元件導(dǎo)入PCB板圖并進行繪制，然后通過熱轉(zhuǎn)印法和PCB雕刻機等加工方法制做電路板。這樣制做出來的電路板比較精致，制做效率也較高,由于沒有了額外穿插的導(dǎo)線,在查找錯誤和修改電路參數(shù)時也比較方便。電路板的焊接及調(diào)試在教師的指導(dǎo)下，學生逐步完成電路板的焊接和調(diào)試。在這個過程中，注意對學生實際動手能力的訓(xùn)練，從元器件的選取、判斷好壞、按電路功能分塊焊接和調(diào)試,直至最后實現(xiàn)電子拔河裝置的總體功能。3結(jié)語在單片機課程設(shè)計的實踐教學環(huán)節(jié)中，通過引EDA軟件進行輔助設(shè)計，不僅能極大提高設(shè)計效率和成功率，還能激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)新能力，教學效果得到了明顯提高。并且這些設(shè)計思想、設(shè)計流程和設(shè)計方法可以應(yīng)用于日后工作中的實用電路設(shè)計中,有很強的實際應(yīng)用價值。參考文獻[1]馬忠梅，籍順心.單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計[m].北京:北京航空