基于51單片機PCB電路板制作系統的設計

姚超友

（華南理工大學 廣州學院，廣州 510800）

0 引言

隨著工業迅速發展，各行各業所使用的設備要求也越來越高、越來越精確，而設備的控制模塊成本越低、運行穩定性越高、功能越齊全則越受歡迎，所以單片機的控制板從來都是首選之一；同時對技術人員的技術能力要求也越來越高，要求對單片機技術、單片機PCB 板的各項工藝要相當熟悉。

而對于在校學生，在單片機PCB 板制作方面是毫無經驗的；或者某些業余單片機愛好者，要制作一塊PCB板會比較困難。傳統的方法是使用三氯化鐵等化學物品，污染性比較大；外送給打樣公司打樣制版的費用也比較高，因為第一次設計的PCB 板未必就是最終的，中途要進行多次更改、調試才滿足最后的功能要求，而且外送打樣的周期比較長。

1 系統組成及原理

該系統是一種簡便、成本較低的PCB 板制作設備，使用感光板通過曝光、顯影、蝕刻、打孔、鍍鎳等工藝處理，使得一塊簡單的感光銅板變成一塊用戶想要的單面或雙面PCB 電路板，整個過程用時2 h（不包括電路設計和PCB 布局、布線等在計算機上操作的過程）。

1.1 系統組成

該系統包含輸入、顯示、輸出和反饋等幾個部分，如圖1 所示。

整個系統是以STC89S52 單片機作為核心，接收用戶輸入信息、反饋信息；用LCD12864 顯示屏顯示當前進度，或操作提示；輸出模塊包含有顯影、蝕刻和鍍鎳3 個功能，每個功能包括有液體溶液容量測量、溫度測量、溫度加溫控制、液體滾動控制和報警等環節模塊。

圖1 電路框圖

用戶輸入信息是指操作用戶選擇功能、時間設定、溫度設定等操作輸入；

反饋信息是指在系統工作過程中，或在工作前的檢測信息，有溶液容量、溫度、時間等測量值。

顯影、蝕刻和鍍鎳3 個工藝流程的系統結構是一樣的，不同的是所設定的溫度、指定溫度下的工作時間。在這3 個過程中，提高溫度可以激活或加快各自的化學反應；液體的滾動可以充分均勻液體中的化學成分，使反應更平衡；設定時間是為了保證反應充分、制版成功，也為了避免因反應時間過長而破壞應保留的電路。

溫度加溫采用普通的加熱棒，可調溫度范圍為30～60℃，達到使用要求。

溫度檢測使用普通的檢測棒，再將該物理量通過AD芯片轉化為數字量反饋進系統程序進行對比，若當前溫度低于預設溫度則繼續加溫，若溫度已經達到預設溫度則停止加溫。

液體滾動使用創星EP 9000，在整個過程中不斷地向液體容箱中鼓入氣體，使液體在循環滾動。

1.2 PCB 板制作原理

顯影溶液為針對正極性感光板顯影粉調制溶液，主要成分是氫氧化鈉；蝕刻溶液為比銅元素活動性低的溶液，通過置換反應將銅置換出來成為游離態，主要成分是過硫酸銨；鍍鎳溶液是鎳的溶解溶液，結合預先處理的銅板使得銅板表面銅的固化和雙面板過孔的金屬孔化，保證雙面通電。

2 程序流程設計

整個系統是由3 大功能模塊和一個現實模塊組成，因此在控制上采用并聯與串聯聯合的方式來設計程序，整體程序如圖2 所示，顯影、蝕刻和鍍鎳的控制過程是一樣的，因此這里僅繪制顯影的程序流程。

程序啟動，系統馬上進入功能選擇，例如選擇“顯影”功能，程序跳轉到“顯影”模塊下的參數設定環節，用戶要設定的參數有時間、溫度和液體滾動級別等。設置完參數后程序會自行監測容器中現有溶液的容量，要求溶液要覆蓋加熱棒的加熱部分，否則系統會運行報警并提示“溶量不足，請添加溶液”，并且程序停留在當前位置等待處理；當溶液是足夠時，系統會進行下一步動作，同時啟動溫控和液控兩部分；液控是指根據用戶設定的液體滾動級別來滾動液體；溫控是檢測當前溶液溫度是否達到用戶設定值，未到達的情況下啟動電熱棒進行加熱，已達到時則停止加熱。

圖2 顯影的控制程序運行流程

由于整個過程中液體在不斷滾動，所以容器中的溶液溫度是比較均勻的；當溫度達到用戶設定值時，提示用戶可將待處理的PCB 板放入，并通過用戶啟動時間按鈕來啟動計時，系統將進入自循環的過程：溫度檢測、容量檢測和時間檢測；時間到達后，會提示用戶及時取出PCB板，以免因時間長造成“過顯影”而使得PCB 板成為廢板。對于蝕刻和鍍鎳也是一樣的處理過程。

用戶取出PCB 板后通過按鈕已取出PCB，系統將會停止當前模塊的功能，回到功能選擇狀態，但其他模塊正在進行的功能不受影響。

在整個過程中所有的提示及溫度、時間等參數都送到LCD 顯示出來，報警同時又會有LCD 顯示和蜂鳴聲。

3 結語

各高職院校、高等學校以及經常要進行單片機技術的動手操作、PCB 設計等的單片機業余愛好者都要進行PCB 板的制作，筆者利用STC89S52 單片機制作的該系統具有以下特點：1）結構簡單；2）經濟成本低；3）制作的PCB 板質量好；4）制作PCB 板的周期短；5）制作所用耗材易購買；6）環保，溶液可以多次循環使用。

［1］李華.MCS-51 系列單片機實用接口技術［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2002.

［2］馮媛碩，宋吉江.基于單片機的溫濕度檢測控制系統設計［J］.山東理工大學學報：自然科學版，2014（1）：19－23.

［3］孫紹翔，莫亦飛.基于單片機和傳感器的智能晾衣架系統設計［J］.機械工程師，2013（9）：85－87.