一種基于ATmega8學(xué)生實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)與制作

于韶山

摘 要：本文采用ATmega8微處理器進(jìn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)與制作。先規(guī)劃出各電路模塊，再設(shè)計(jì)電路原理圖，應(yīng)用熱轉(zhuǎn)印法手工制作出單面PCB板，最后手工焊接實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)板的安裝與調(diào)試，為學(xué)生提供一種價(jià)廉物美的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板。

關(guān)鍵詞：ATmega8；電路設(shè)計(jì)；學(xué)生實(shí)驗(yàn)板；單片機(jī)教學(xué)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.188

1 引言

嵌入式處理器已成為嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用和設(shè)計(jì)的主流，對(duì)于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的中職學(xué)校，嵌入式教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)已成為教學(xué)的瓶頸，設(shè)備添置滿(mǎn)足不了教學(xué)需求。ATmega8是ATMEL公司推出的一款新型AVR高檔單片機(jī)，具備AVR高檔單片機(jī)MEGE系列的全部性能和特點(diǎn)，其價(jià)格僅與低檔單片機(jī)相當(dāng)，深受廣大單片機(jī)用戶(hù)的喜愛(ài)。本文采用基于Atmega8微處理器進(jìn)行嵌入式教學(xué)平臺(tái)電路設(shè)計(jì)，手工制作出單面PCB板，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)與制作。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

總體設(shè)計(jì)原理框圖如圖2-1所示。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)中 ATmega8核心模塊通過(guò)RS232 與PC上位機(jī)進(jìn)行通信，充分利用PC 機(jī)的資源。電源部分采用單獨(dú)電源供電。該實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有下載器，只需一條下載線(xiàn)即可開(kāi)始工作，使用方便，保證實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有較高的性?xún)r(jià)比。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

ATmega8單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板上集成了LED數(shù)碼管顯示模塊、 LCD液晶顯示模塊、通訊接口模塊、流水燈、蜂鳴器模塊、按鍵模塊、 A /D和 D /A 轉(zhuǎn)換模塊、DS1302時(shí)鐘模塊、DS18B20測(cè)溫模塊、24C02存儲(chǔ)模塊等常用實(shí)驗(yàn)?zāi)K。同時(shí)實(shí)驗(yàn)板上還設(shè)計(jì)預(yù)留有可擴(kuò)展的空間以滿(mǎn)足學(xué)生進(jìn)行綜合課程設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

3.1 CPU模塊設(shè)計(jì)

圍繞核心芯片所設(shè)計(jì)的CPU模塊如圖 3-1所示。圖中的復(fù)位電路 RESET有二種選擇： 外部復(fù)位， J16必須插上短路塊；或 PC6作I/O 口用， J16拔出短路塊。晶振電路 XTAL1和 XTAL2 分別是片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸入、輸出端， 外接晶體振蕩器。晶振有兩種選擇：一是外接8MHz無(wú)源晶振， 二是內(nèi)部RC振蕩器。當(dāng)P1插上短路塊時(shí)， 為用外接無(wú)源晶振；當(dāng)P1不插短路塊時(shí)， 則用 ATmega8內(nèi)部振蕩器。另外，模塊還設(shè)計(jì)有ISP編程接口 ，實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)下載或讀取芯片內(nèi)部程序。

3.2 具有自動(dòng)識(shí)別輸入電壓極性的電源模塊設(shè)計(jì)

具有自動(dòng)識(shí)別輸入電壓極性的電源模塊電路如圖3-2所示，該電路有9V和5V雙電源供電。10V直流電經(jīng)J3加入電路板后經(jīng)D3、D4、D6、D7四只二極管組成的極性保護(hù)電路。對(duì)學(xué)生而言，在實(shí)習(xí)中給實(shí)訓(xùn)板加錯(cuò)輸入電壓的極性，會(huì)給實(shí)驗(yàn)板帶來(lái)了不必要的損害，有了具有自動(dòng)識(shí)別輸入電壓極性的電路，對(duì)本實(shí)驗(yàn)板起到很好的保護(hù)作用。

3.3 流水燈和蜂鳴器模塊設(shè)計(jì)

流水燈電路中的流水燈由LED1—LED8發(fā)光二極管組成，1K的限流電阻，發(fā)光二級(jí)管的正極經(jīng)限流電阻接電源VCC，發(fā)光二極管負(fù)極由連接排線(xiàn)接單片機(jī)I/O口，采用的低電平驅(qū)動(dòng)發(fā)光二級(jí)管。蜂鳴器電路（圖3-3）由Q5、LS1、R11和R16組成，由JP14經(jīng)連接導(dǎo)線(xiàn)接單片機(jī)驅(qū)動(dòng)I/O端，采用的同樣是低電平驅(qū)動(dòng)。

3.4 顯示模塊設(shè)計(jì)

數(shù)碼管顯示模塊采用采用動(dòng)態(tài)掃描模式，選用四位一體共陽(yáng)數(shù)碼管，電路由SM1、R1—R8、Q1—Q4、R12—R15組成。Q1—Q4進(jìn)行位碼控制，連接線(xiàn)接單片機(jī)位碼驅(qū)動(dòng)I/O口，低電平有效驅(qū)動(dòng)。段碼控制經(jīng)排線(xiàn)接單片機(jī)段碼驅(qū)動(dòng)I/O口，低電平有效。 LCD顯示模塊外接擴(kuò)展LCD1602和外接擴(kuò)展LCD128*64。

3.5 串口通信設(shè)計(jì)

ATmega8單片機(jī)與PC機(jī)通信采用MAX232串口通信模塊。通信時(shí)，使用 RS232 接口線(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)與ATmega8單片機(jī)的串行 UART通訊，充分利用 PC 機(jī)資源。

3.6 其它電路設(shè)計(jì)

ATmega8單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板上還設(shè)計(jì)有按鍵模塊、 A /D和 D /A 轉(zhuǎn)換模塊、24C02存儲(chǔ)模塊（圖4-8）、DS1302時(shí)鐘模塊（圖4-9）、DS18B20測(cè)溫模塊等常用實(shí)驗(yàn)?zāi)K；同時(shí)實(shí)驗(yàn)板上還設(shè)計(jì)預(yù)留有可擴(kuò)展的空間以滿(mǎn)足學(xué)生進(jìn)行綜合課程設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等，滿(mǎn)足學(xué)生的實(shí)驗(yàn)要求。

4 電路板的設(shè)計(jì)與制作

在總體電路框架分析后，先用Protel DXP軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，再用熱轉(zhuǎn)印法制作PCB電路板。具體的步驟如下：

（1）設(shè)計(jì)PCB板圖：用Protel DXP軟件繪制實(shí)驗(yàn)板電路原理圖，再設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)板PCB板圖。（2）打印：用激光打印機(jī)把設(shè)計(jì)好的PCB板圖打印到熱轉(zhuǎn)印紙上。（3）預(yù)熱、卸料：打開(kāi)熱轉(zhuǎn)印機(jī)，將溫度調(diào)節(jié)到180度左右，預(yù)熱5—10分鐘；根據(jù)PCB板的尺寸對(duì)覆銅板進(jìn)行裁剪，并用細(xì)砂紙進(jìn)行打磨去氧化。（4）熱轉(zhuǎn)印：將打印好電路圖的熱轉(zhuǎn)印紙貼于覆銅板的銅面上，放入熱轉(zhuǎn)印機(jī)，熱轉(zhuǎn)移機(jī)便會(huì)自動(dòng)地把PCB板圖轉(zhuǎn)印到覆銅板上。（5）修版：在熱轉(zhuǎn)印過(guò)程中可能有的電路線(xiàn)條受損，沒(méi)轉(zhuǎn)印過(guò)來(lái)，要對(duì)受損線(xiàn)條進(jìn)行修補(bǔ)。（6）腐蝕：腐蝕液用1：1的雙氧水和鹽酸水溶液，將覆銅板浸入腐蝕液中，輕輕震動(dòng)即可。注意腐蝕速度不能太快，否則會(huì)出現(xiàn)側(cè)蝕。（7）清洗：先用清水進(jìn)行清洗，再用汽油清洗掉墨粉（或用細(xì)砂紙打磨）。（8）打孔：用微型臺(tái)鉆進(jìn)行打孔，鉆頭要用電路板專(zhuān)用鉆頭；打好孔后對(duì)板子進(jìn)行清理、修邊，再涂上松香水，一塊精美的PCB板就做好了。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文利用ATmega8微處理器來(lái)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，其目的是為經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的中職學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)提供一套制作簡(jiǎn)單、功能較多的的實(shí)驗(yàn)板，讓學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中學(xué)習(xí)單片機(jī)，降低學(xué)習(xí)難度，使他們能夠把理論知識(shí)迅速賦予到工程實(shí)踐中去。

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