课程设计任务书（指导教师填写）课程设计名称电路板设计与制作学生姓名专业班级设计题目51单片机最小系统学习板的设计与制作一、课程设计的任务和目的任务:设计并制作51单片机最小系统电路板，包括电路原理图设计、版图规划与设计、系统单面电路板制作。

要求：1)电路原理图准确、版图结构清晰、布局合理。

2)使用插针型元件，成品PCB板面布局合理，密度适当；3)板上资源包括LED灯、数码管、蜂鸣器、按钮、串行通讯及USB接口；4)电路板面积适中便于携带，长度15cm，宽8.5cm。

目的：1)掌握并完成基本PCB板的设计与制作工艺；2)学习并掌握实现单片机应用系统的软硬件设计、调试、实现的技能；3)了解单片机最小系统的工作原理与系统开发方法，锻炼动手能力，为毕业设计做准备。

二、设计内容、技术条件和要求1.设计并制作具有实际功能的单片机最小系统：可选择实现的功能⑴.流水灯⑵.电子时钟⑶.数字温度计⑷.交通灯控制器；2.根据所选电路功能，画出电路框图和原理总图。

3.根据电路所需元件及周边设备规划和设计电路板版图，描画版图。

4.根据版图生成gerber工艺文件，进行电路板制作，包括刻板，钻孔，覆铜等。

5.撰写设计总结报告。

三、时间进度安排本课程设计共两周时间。

第一周：功能设计与理论学习周一上午：布置设计任务；提出课程设计的目的和要求；明确对撰写总结报告、手工绘制原理图和电路板版图的要求；安排答疑、实验室开放时间。

讲解印制电路板的制板流程，介绍PCB刻板机等制板设备的软硬件操作方法以及注意事项。

周一下午：讲解电路原理图与PCB版图设计方法。

周二至周五：学生查阅资料，确定设计题目；进行功能设计，在实验室完成电路原理图与PCB 版图的设计和绘制，导出电路总原理图及版图文件。

期间安排两次答疑，指导学生设计。

周五，交设计草图-原理图和版图供老师审阅。

第二周：电路板制作、撰写设计总结报告周一至周四：分组在电子系统加工及评测实验室(225)操作刻板工具和设备进行电路板成品的加工和制作，成品需通过老师验收。

周五：撰写设计总结报告。

四、主要参考文献1. 《单片机原理及应用》. 冯文旭等著. 第一版, 2008年8月. 机械工业出版社.2. 《乐普科快速PCB制板系统操作使用流程》手册。

3. 单片机系统开发和PCB设计的相关参考教材；指导教师签字：2018年9 月3 日摘要;单片机最小应用系统又称为单片机基本系统，该系统包括单片机时钟电路复位电路等部分。

同时单片机要正常运行，还必须具备电源正常时钟正常复位正常三个基本条件。

本次课程设计制作的最小系统学习版包括时钟模块和复位模块和单片机等，同时PCB的设计又是电子产品形成过程中的重要组成部分，如何在更小的空间里完成更多的原件排布，在实际生产过程中具有重要的意义。

本文主要介绍了如何通过Altium Designer 完成单片机最小系统实验版的制作，同时并掌握最基本的PCB设计能力。

关键词51单片机最小系统PCB 制造工艺The minimum application system of single chip microcomputer is also called the basic system of single chip computer. The system includes the reset circuit of clock circuit of single chip microcomputer and so on. At the same time, the single-chip computer must have the normal reset of the power supply clock normal three basic conditions. The minimum system learning edition designed and produced in this course includes clock module, reset module and single chip microcomputer. At the same time, the design of PCB is an important part of the forming process of electronic products. How to arrange more original parts in a smaller space, In the actual production process has important significance. This paper mainly introduces how to make the minimum experiment edition of single chip microcomputer by Altium Designer, and master the basic design ability of PCB at the same time.目录一. 任务解析 (4)二. 系统方案论证 (4)3.1总体方案与比较论证 (4)3.2系统原理与结构 (5)三. 系统结构 (5)4.1电源模块 (6)4.2串口通讯模块 (6)4.3温度测量模块 (6)4.4按键阵列模块 (7)4.5液晶屏模块 (8)四. PCB设计与制作 (9)6.1单片机系统原理图 (9)6.2布局与布线 (10)4.2制作流程 (11)五. 总结 (11)六. 参考文献 (12)一．任务解析最小系统以51单片机为核心，其包括复位电路、晶振电路、按键电路、显示电路等。

外围电路可以利用单片机控制温度传感器DS18B20进行实时的温度检测，利用按键矩阵模块进行随时的时间调节。

通过在单片机最小系统的设计与制作过程中发现的问题，掌握51单片机最小系统的设计与制作，熟悉Altium Designer 的基本使用方法，了解PCB制造工艺的基本流程。

二．系统方案论证根据设计要求，本次设计是基于单片机的课程设计，由于实现功能比较简单，我们学习中接触到的51系列单片机完全可以实现上述功能，因此可以选用STC12C5A3282单片机。

温度采集直接可以用设计要求中所要求的DS18B20。

2.1 总体方案与比较论证显示模块有两种方案可供选择。

方案一：使用LED数码管显示采集温度；方案二：使用LCD液晶显示屏来显示采集温度。

LED数码管结构简单，使用方便，但在使用时，若用动态显示则需要不断更改位选和段选信号，且显示时数码管不断闪动，使人眼容易疲劳；若采用静态显示则又需要更多硬件支持。

LCD显示屏可识别性较好，背光亮度可调，而且比LED数码管显示更多字符，但是编程要求比LED数码管要高。

综合考虑之后，我选用了LCD显示屏作为温度显示器件。

LCD显示模块可以选用SO12864。

2.2系统原理与结构主要芯片选型STC12C5A32S2系列单片机：高速：1个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度比普通8051快8～12倍宽电压：5.5～3.3V，2.2～3.6V（STC12LE5A60S2系列）工作频率：0～35MHz，相当于普通8051：0～420MHz8通道,10位高速ADC，速度可达25万次/秒,2路PWM还可当2路D/A 使用2通道捕获/比较单元（PWM/PCA/CCP），也可用来再实现2个定时器或2个外部中断（支持上升沿/下降沿中断）4个16位定时器，兼容普通8051的定时器T0/T1,2路PCA实现2个定时器可编程时钟输出功能。

三．系统结构系统主要由电源模块，串口通信模块按键阵列模块温度测量模块液晶显示模块构成。

主控器采用STC12C5A32S2系列单片机。

电源模块单片机供电为5V供电，稳压电源的作用是把电压稳定在5V，稳压芯片7805可以很好地起到稳压作用，7805三端稳压IC内部电路具有过压保护、过流保护、过热保护功能，这使它的性能很稳定。

能够实现1A以上的输出电流。

器件具有良好的温度系数，因此产品的应用范围很广泛。

串口通讯模块串口通信是指外设模块和单片机间，通过数据信号线，按位进行传输数据的一种通讯方式。

这种通信方式使用的数据线少，可以节约通信成本。

温度测量模块本次设计中的温度传感器使用的是DALLAS公司的单总线数字温度传感器DS18B20，这是一种常用的温度传感器，具有体积小、硬件开销低、抗干扰能力强、精度高的特点。

DS18B20采用独特的一线接口，具有只需要一条口线通信多点的能力，简化了分布式温度传感应用，无需外部元件。

可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5V，测量温度的范围为-55℃至+125 ℃，在-10℃至+85℃范围内精度为±0.5℃。

温度传感器可编程的分辨率为9~12位，温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒，由于DS18B20是一条口线通信，所以中央微处理器与DS18B20只有一个一条口线连接。

因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个DS18B20可以同时存在于一条总线，这使得温度传感器放置在许多不同的地方。

DS18B20的核心功能是它的直接读数字的温度传感器。

温度传感器的精度为用户可编程的9、10、11或12位，分别以0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃增量递增。

在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法：一种是VDD接外部电源，GND接地，DQ与单片机的I/O 口相连；另一种是用寄生电源供电，此时，VDD、GND接地，DQ接单片机的I/O口。

无论是接外部电源还是用内部寄生电源，I/O口线要接5kΩ左右的上拉电阻。

本次设计中，采用外部电源方式。

按键阵列模块矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。

但在此单片机最小系统设计的过程中，由于键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。

在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。

这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。

液晶屏模块12864LCD显示块是所说的点阵液晶显示模块，就是由128*64个液晶显示点组成的一个128列*64行的阵列，所以也就叫成了12864。

每个显示点都对应着有一位二进制数，0表示灭，1表示亮。

由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。