目录摘要 (I)Abstract.............................................................................................................................................................. I I 1.整体设计原理分析 (1)1.1设计目的 (1)1.2设计思路 (1)2.模块功能介绍及其型号选择 (2)2.1数码管模块 (2)2.2串口通信模块......................................................................................................... 错误!未定义书签。
3.电路设计 (2)3.1单片机最小系统模块设计 (2)3.2矩阵键盘模块设计 (4)3.3数码管显示模块设计 (4)4.Protel原理图设计 (5)4.1新建原理图文件 (5)4.2设置画图环境 (5)4.3设置元件库 (6)4.4画图步骤 (7)5.印制版图的设计 (8)5.1准备电路原理图与网络表 (8)5.2创建PCB文件 (8)5.3规划电路板 (8)5.4 网络表与元件的装入 (10)5.5 PCB布板布局 (10)5.6手工布局 (11)5.7电路整体效果图 (13)6.Multisim & AD电路仿真 (14)6.1放置电源及信号源 (14)6.2放置网络标号 (15)6.3设置仿真参数 (15)6.4查看仿真波形 (15)6.5仿真结果 (15)8.结束语 (18)参考文献 (19)附录一完整原理图及PCB (20)摘要51系列单片机是国内目前应用最广泛的一种8位单片机之一，随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出和普遍接受及应用。
51系列及其衍生单片机还会在继后很长一段时间占据嵌入式系统产品的低端市场，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。
而Altium Designer是当前最为流行的PCB制版，模拟电路仿真软件。
本作品中采用该软件进行硬件电路原理图及PCB设计制作，最后由proteus进行电路仿真证实了作品原理的可行性。
关键字：STC89C51 Altium Designer proteusAbstract51 series is currently the most widely used one of an 8-bit microcontroller with embedded systems, on-chip system concept proposed and universally accepted and applied. 51 single-chip families and derivatives will be in for a long period of time subsequent occupy the low-end market of embedded system products, therefore, as the new century students, the rapid development in the information industry today, the master microcontroller basic structure, principles and use is very important.The Altium Designer is the current most popular PCB plate, analog circuit simulation software. The software used in this work for hardware circuit schematic and PCB design, and finally by Proteus for circuit simulation confirmed the feasibility of the principle works.Keywords: STC89C51 Altium Designer Proteus1.整体设计原理分析1.1设计目的设计一个基于51单片机的计算器系统。
并使用Altium Designer软件进行原理图设计和PCB设计制作。
最后对于系统的原理用Proteus进行仿真验证原理的正确性。
1.2设计思路首先设计好STC51单片机的最小系统，外接4*4矩阵键盘，分别为数字0-9及各种功能键。
由数码管实时显示当前输入或计算结果。
整个系统由5V稳压电源供电。
如下图1-1为整体系统原理框图：图1-1 系统框图2.模块功能介绍及其型号选择2.1数码管模块功能：数码管在本系统中主要是实时显示输入数据或计算结果。
选型：方案一：数码管有共阴、共阳数码管两种；若选用共阴数码管，51单片机I/O不能直接驱动数码管显示，因为电流太小，需要加74LS04/74HC04反相器，提供驱动电流，需要2片芯片控制6个数码管。
方案二：若选用共阳数码管，51单片机I/O口的其灌电流也不能很大，只需一片74HC573锁存器就可以驱动六个数码管显示。
综合上述选择方案二。
2.2按键模块功能：主要是代表不同数字或功能的输入。
选型：直接采用一般使用的按键，构成4*4矩阵键盘，共代表数字0-9及各种功能按键。
3.电路设计3.1单片机最小系统模块设计单片机最小系统由STC89C51、复位电路、晶振组成。
最小系统在本设计作品中占有重要的地位，一方面提供与外界的交互接口：矩阵键盘。
另外通过解码编码形成二进制驱动脉冲，将要显示的数据送到数码管的驱动电路。
51单片机含有众多的功能引脚和片外设置，但是根据我们的需求我们只需要使用到51单片机的部分接口，其余的引脚直接悬空处置就行。
其中各部分电路的功能如下：1.晶振电路为51单片机提供脉冲源。
2.复位按键电路为51单片机提供复位功能。
3.其中P1、P0、P2及部分P3口为我们使用到的部分接口。
主系统模块在Altium Designer中的设计电路如下图3-1所示：图3-1 单片机最小系统如图2，单片机最小系统由STC89C51、复位电路、晶振组成。
基于模块化的设计思想，我们根据需要的功能，在最小系统的基础上扩展部分模块即可实现我们所需求的全部功能。
但是需要注意的是，在进行模块化设计的时候应该要注意各接口之间的电平兼容性。
3.2矩阵键盘模块设计图3-2 矩阵键盘电路图矩阵键盘由四行四列组成。
3.3数码管显示模块设计图3-3 数码管显示电路图数码管显示电路由2个3位的7段数码管和一片锁存器74hc573组成，74hc573为数码管提供足够的电流。
数码管的原理部分可能是比较简单的，但是由于数码管本身就是由多段LED组成的因此内部结构较为复杂，在PCB设计制作的时候可能会给布板布线带来很多的麻烦。
因此在原理设计的时候部分信号线能够公用就应该尽量共用，这样连线的时候就会比较方便，避免无谓的跳线。
4.Protel原理图设计4.1新建原理图文件(1)在WINDOWS 95/98或NT更高版本界面下双击Altium Designer 图标，点击File(文件)中new项，新建设计数据库。
在Browse选项中选取需要存储的文件夹，然后点击OK即可建立自己的设计数据库。
（2）使用菜单File/New，在打开的窗口选择Schematic Document图标，建立新原理图文件。
（3）将原理图文件打开。
4.2设置画图环境（1）使用菜单Design/Option，在如图8所示的窗口中设置图纸尺寸、栅格等内容。
Altium Designer中尺寸设置的界面如下图4-1所示：图4-1 Design/Option菜单显示的Sheet Options页面注意根据原理图的大小，设置图纸尺寸，一般选择A4。
同时要选择捕捉栅格（SnapGrid）和电气特性（Electrical Grid）复选框，注意电气栅格的尺寸一定要比捕捉栅格小，而可视栅格可以根据个人的喜好显示或不显示。
画图方向一般都是横向。
（2）使用菜单Tool/preference中设置图纸移动方式和速度等项内容，见图4-3所示。
一般图纸移动方式为Auto Pan Recenter，移动速度为中等。
为将原理图中的内容拷贝到文本编辑软件中，应该去掉Add Template to Clipboard前的对号。
若是要在标题栏中输入一些内容，就应该在Convert Special Strings前加上对号。
光标形状可以根据自己的需要选择。
4.3设置元件库必须有元件库才能画图，所以画图前应该在元件库管理器中放置一些元件库。
首先进入元件库管理器，然后单击Add/Remove按钮，在出现的窗口选择Design Explorer 99SE/Library/Sch路径，再选择如图9所示窗口下部显示的常用元件库文件。
单击OK，就会看到这些选择的元件库已经显示在元件库管理器窗口了。
一般常用元件都在miscellaneous Decive.ddb库中。
而TTL和CMOS数字集成电路可以在TI Databooks库或NSC Databooks库中查找。
运算放大器和稳压电源电路可以在NSCanalog.ddb库中查找。
如下图4-2所示：图4-2 选择元件库窗口4.4画图步骤画图的简单步骤是（1）首先将所有元件都从库中取出来，放置在图纸上，并且调整好位置。
（2）使用连线工具将元件连接起来。
（3）设置元件属性。
（4）使用Tool/Annotate菜单队元件进行编号。
（5）进行电气检查（ERC）。
（6）使用Edit/Export to Spread菜单建立元件列表。
（7）使用Design/Create Netlist菜单建立网络表，为画电路板图做准备。
本次设计所绘制的原理图见附录。
5.印制版图的设计5.1准备电路原理图与网络表（1）原理图：如果还没有没有绘制利用上述第4部分与那里图的设计方法绘制。
（2）网络表：使用菜单命令Design/Create Netlist…创建网络表。
网络表是原理图与印制电路板之间的一座桥梁，是印制电路板自动布线的依据。
网络表提供了电路的元件清单以及元件之间的互联关系。
执行如上命令后，在弹出的对话框中，除了Sheet to Netlist选择Active Sheet外，其余选项均使用默认值。
单击OK即可生成与原理图同名的网络表文件*.net。