一種基于ATmega8學生實驗板的設計與制作

于韶山

摘 要：本文采用ATmega8微處理器進行學生實驗板的設計與制作。先規劃出各電路模塊，再設計電路原理圖，應用熱轉印法手工制作出單面PCB板，最后手工焊接實現實驗板的安裝與調試，為學生提供一種價廉物美的單片機實驗板。

關鍵詞：ATmega8；電路設計；學生實驗板；單片機教學

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應用和設計的主流，對于經濟欠發達地區的中職學校，嵌入式教學系統平臺已成為教學的瓶頸，設備添置滿足不了教學需求。ATmega8是ATMEL公司推出的一款新型AVR高檔單片機，具備AVR高檔單片機MEGE系列的全部性能和特點，其價格僅與低檔單片機相當，深受廣大單片機用戶的喜愛。本文采用基于Atmega8微處理器進行嵌入式教學平臺電路設計，手工制作出單面PCB板，實現了實驗板的設計與制作。

2 系統總體設計

總體設計原理框圖如圖2-1所示。單片機實驗開發應用系統中 ATmega8核心模塊通過RS232 與PC上位機進行通信，充分利用PC 機的資源。電源部分采用單獨電源供電。該實驗開發系統設計有下載器，只需一條下載線即可開始工作，使用方便，保證實驗系統具有較高的性價比。

3 硬件電路設計

ATmega8單片機實驗板上集成了LED數碼管顯示模塊、 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 轉換模塊、DS1302時鐘模塊、DS18B20測溫模塊、24C02存儲模塊等常用實驗模塊。同時實驗板上還設計預留有可擴展的空間以滿足學生進行綜合課程設計、創新設計。

3.1 CPU模塊設計

圍繞核心芯片所設計的CPU模塊如圖 3-1所示。圖中的復位電路 RESET有二種選擇： 外部復位， 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無源晶振， 二是內部RC振蕩器。當P1插上短路塊時， 為用外接無源晶振；當P1不插短路塊時， 則用 ATmega8內部振蕩器。另外，模塊還設計有ISP編程接口 ，實現在線下載或讀取芯片內部程序。

3.2 具有自動識別輸入電壓極性的電源模塊設計

具有自動識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J3加入電路板后經D3、D4、D6、D7四只二極管組成的極性保護電路。對學生而言，在實習中給實訓板加錯輸入電壓的極性，會給實驗板帶來了不必要的損害，有了具有自動識別輸入電壓極性的電路，對本實驗板起到很好的保護作用。

3.3 流水燈和蜂鳴器模塊設計

流水燈電路中的流水燈由LED1—LED8發光二極管組成，1K的限流電阻，發光二級管的正極經限流電阻接電源VCC，發光二極管負極由連接排線接單片機I/O口，采用的低電平驅動發光二級管。蜂鳴器電路（圖3-3）由Q5、LS1、R11和R16組成，由JP14經連接導線接單片機驅動I/O端，采用的同樣是低電平驅動。

3.4 顯示模塊設計

數碼管顯示模塊采用采用動態掃描模式，選用四位一體共陽數碼管，電路由SM1、R1—R8、Q1—Q4、R12—R15組成。Q1—Q4進行位碼控制，連接線接單片機位碼驅動I/O口，低電平有效驅動。段碼控制經排線接單片機段碼驅動I/O口，低電平有效。 LCD顯示模塊外接擴展LCD1602和外接擴展LCD128*64。

3.5 串口通信設計

ATmega8單片機與PC機通信采用MAX232串口通信模塊。通信時，使用 RS232 接口線，從而實現 PC 機與ATmega8單片機的串行 UART通訊，充分利用 PC 機資源。

3.6 其它電路設計

ATmega8單片機實驗板上還設計有按鍵模塊、 A /D和 D /A 轉換模塊、24C02存儲模塊（圖4-8）、DS1302時鐘模塊（圖4-9）、DS18B20測溫模塊等常用實驗模塊；同時實驗板上還設計預留有可擴展的空間以滿足學生進行綜合課程設計、創新設計等，滿足學生的實驗要求。

4 電路板的設計與制作

在總體電路框架分析后，先用Protel DXP軟件進行電路設計，再用熱轉印法制作PCB電路板。具體的步驟如下：

（1）設計PCB板圖：用Protel DXP軟件繪制實驗板電路原理圖，再設計出實驗板PCB板圖。（2）打?。河眉す獯蛴C把設計好的PCB板圖打印到熱轉印紙上。（3）預熱、卸料：打開熱轉印機，將溫度調節到180度左右，預熱5—10分鐘；根據PCB板的尺寸對覆銅板進行裁剪，并用細砂紙進行打磨去氧化。（4）熱轉?。簩⒋蛴『秒娐穲D的熱轉印紙貼于覆銅板的銅面上，放入熱轉印機，熱轉移機便會自動地把PCB板圖轉印到覆銅板上。（5）修版：在熱轉印過程中可能有的電路線條受損，沒轉印過來，要對受損線條進行修補。（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，輕輕震動即可。注意腐蝕速度不能太快，否則會出現側蝕。（7）清洗：先用清水進行清洗，再用汽油清洗掉墨粉（或用細砂紙打磨）。（8）打孔：用微型臺鉆進行打孔，鉆頭要用電路板專用鉆頭；打好孔后對板子進行清理、修邊，再涂上松香水，一塊精美的PCB板就做好了。

5 結束語

本文利用ATmega8微處理器來進行硬件設計，其目的是為經濟欠發達地區的中職學生學習嵌入式系統提供一套制作簡單、功能較多的的實驗板，讓學生在實訓中學習單片機，降低學習難度，使他們能夠把理論知識迅速賦予到工程實踐中去。

參考文獻：

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