单片机最小系统电路板设计
Protel-DXP最小单片机系统电路板设计
江西机电职业技术学院EDA课程设计报告班级：姓名：实训地点：指导教师：2013年 5月实训课题单片机最小系统电路设计一、实训目的1、熟悉Protel DXP的操作2、掌握用Protel DXP绘制原理图的方法3、掌握用Protel DXP制作PCB板的方法二、实训要求利用protel DXP软件完成单片机最小系统的PCB板的设计。
三、实训内容1、元件符号及封装编辑。
2、原理图绘制。
3、PCB板。
4、DRC报告。
四、报告内容、设计数据及附图1、电路原理基本分析2、电路模块功能的介绍。
（电源模块、单片机最小系统：复位电路、晶振电路（离X1，X2引脚近些，否则不易起振）、P1口LED电路）51单片机复位电路工作原理（网址：）1、复位电路的用途单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。
单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。
2、复位电路的工作原理在单片机系统中，系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位。
所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。
开机的时候为什么为复位在电路图中，电容的的大小是10uF，电阻的大小是10k。
所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍即为3.5V），需要的时间是10K*10UF=0.1S。
也就是说在电脑启动的0.1S内，电容两端的电压时在0~3.5V增加。
这个时候10K电阻两端的电压为从5~1.5V减少（串联电路各处电压之和为总电压）。
所以在0.1S内，RST引脚所接收到的电压是5V~1.5V。
在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。
所以在开机0.1S 内，单片机系统自动复位（RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右）。
什么是单片机最小系统_单片机的最小系统简述
什么是单片机最小系统_单片机的最小系统简述单片机简介单片机是一种集成电路芯片。
它采用超大规模技术将具有数据处理能力的微处理器（CPU）、存储器（含程序存储器ROM和数据存储器RAM）、输入、输出接口电路（I/O接口）集成在同一块芯片上，构成一个即小巧又很完善的计算机硬件系统，在单片机程序的控制下能准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。
所以说，一片单片机芯片就具有了组成计算机的全部功能。
由此来看，单片机有着一般微处理器（CPU）芯片所不具备的功能，它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征。
然而单片机又不同于单板机（一种将微处理器芯片、存储器芯片、输入输出接口芯片安装在同一块印制电路板上的微型计算机），单片机芯片在没有开发前，它只是具备功能极强的超大规模集成电路，如果对它进行应用开发，它便是一个小型的微型计算机控制系统，但它与单板机或个人电脑（PC机）有着本质的区别。
单片机的应用属于芯片级应用，需要用户（单片机学习者与使用者）了解单片机芯片的结构和指令系统以及其它集成电路应用技术和系统设计所需要的理论和技术，用这样特定的芯片设计应用程序，从而使该芯片具备特定的功能。
不同的单片机有着不同的硬件特征和软件特征，即它们的技术特征均不尽相同，硬件特征取决于单片机芯片的内部结构，用户要使用某种单片机，必须了解该型产品是否满足需要的功能和应用系统所要求的特性指标。
这里的技术特征包括功能特性、控制特性和电气特性等等，这些信息需要从生产厂商的技术手册中得到。
软件特征是指指令系统特性和开发支持环境，指令特性即我们熟悉的单片机的寻址方式，数据处理和逻辑处理方式，输入输出特性及对电源的要求等等。
开发支持的环境包括指令的兼容及可移植性，支持软件（包含可支持开发应用程序的软件资源）及硬件资源。
要利用某型号单片机开发自己的应用系统，掌握其结构特征和技术特征是必须的。
单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，可以以软件控制来实现，并能够实现智能化，现在单片机控制范畴无所不在，例如通信产品、家用电。
51单片机最小系统电路板的设计
51单片机最小系统电路板的设计51单片机是常用的单片机之一，它具有速度快、功能强大、成本低廉等优点，被广泛应用于各种电子设备中。
为了使51单片机能够正常工作，我们需要设计一个最小系统电路板，下面就是其设计内容。
1.硬件设计1.1 电源部分51单片机的供电电压范围为2.7V~5.5V，一般使用稳压电源供电，以保证稳定、可靠的工作。
电源电路主要由稳压电路和滤波电路组成。
稳压电路通常选择7805稳压器，它能将输入的直流电压稳定在5V，并且输出电路中需要连接两个电容，一个是输入电容，一个是输出电容，以保证电路的稳定性。
1.2 时钟部分51单片机需要工作时钟才能正常运行，因此时钟电路是最小系统电路板中最关键的部分。
时钟电路的主要功能是为51单片机提供稳定、准确的时钟信号。
时钟电路通常包括晶体振荡器、电容、电阻和二极管等元器件。
晶体振荡器的选用要注意其磁耦合系数和负载能力等特性。
1.3 外围设备接口部分最小系统电路板除了提供基本的电源管理和时钟信号外，还需要提供一些需要控制的外围设备接口。
比如串口、I2C总线、SPI总线等接口，其需要连接外部被控设备才能起到作用。
2.软件设计51单片机的软件设计主要分为两部分，一部分是编写应用程序，一部分是编写系统初始化代码。
其中，应用程序主要根据用户需求编写。
而系统初始化代码则包括单片机时钟频率的初始化、外设中断的初始化等操作，以保证整个系统的功能正常运行。
3.最小系统电路板的布线设计最小系统电路板的布线设计应考虑以下因素：3.1 信号布线应保持短路，以保证电路的稳定性和抗干扰性；3.2 信号箱与高压箱应分离布置，以避免高压箱的辐射干扰影响到信号箱；3.3 信号箱内应将尽可能多的元器件与信号线层级分开，以便进行布线。
4.最小系统电路板制作在制作最小系统电路板时，应注意以下问题：4.1 电源和时钟部件应位于板的边缘部分，以方便使用者连接电源和时钟信号；4.2 布线过程中，应采用放大路线等技术来针对电路的高频特性进行优化布线，以保证系统的信号完整性。
51单片机最小系统学习板的设计与制作
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。
单片机最小系统电路板设计
江西机电职业技术学院电子CAD实训报告班级姓名实训地点：实验楼电气系专业机房指导教师：2013年5月实训课题单片机最小系统电路设计一、实训目的1、熟悉Protel DXP的操作2、掌握用Protel DXP绘制原理图的方法3、掌握用Protel DXP制作PCB板的方法二、实训要求利用protel DXP软件完成单片机最小系统的PCB板的设计。
三、实训内容1、元件符号及封装编辑。
2、原理图绘制。
3、PCB板。
4、DRC报告。
四、报告内容、设计数据及附图1、电路原理基本分析。
2、电路模块功能的介绍。
（电源模块、单片机最小系统：复位电路、晶振电路（离X1，X2引脚近些，否则不易起振）、P1口LED电路）（1）电源供电模块图4.1.1 电源模块电路图对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。
单片机虽然使用时间最早、应用范围最广，但是在实际用过程中，一个和典型的问题就是相比其他系列的单片机，单片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象，克服这种现象出现的一个重要手段就是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。
此最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的USB口供给，也可使用外部稳定的5V电源供电模块供给。
电源电路中接入了电源指示LED，图中R11为LED的限流电阻。
S1 为电源开关。
来源：/view/88152227192e45361066f53d.html（2）复位电路图4.1.2 复位电路图复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C 取10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则就是要让RC组合可以在RST 脚上产生不少于2个机周期的高电平.复位电路的用途单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。
单片机最小系统电路板设计
单片机最小系统电路板设计Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】《E D A技术项目教程》实训计划实训安排表：一、实训目的1、进一步熟悉Protel DXP的操作；2、绘制原理图，对PCB板布局布线二、实训内容任务一：单片机最小系统电路原理图的绘制此系统包含了最简单的电源及保护电路、振荡电路、复位电路、发光二极管指示电路、ISP在线编程电路及一个40针插座。
其中40针插座将单片机的各信号引出，可以扩展各种应用电路。
1、电路图要求：根据电路样稿，使用Protel DXP绘制原理图；找准元件，用导线将它们连接起来，并修改元件相关属性。
注意 ：U1元器件（DS83C520-MCL ）需要自己绘制元器件外形和对应的封装。
如图所示：元器件符元器件封装2、元件清单表一单片机最小系统电路元器件一览表任务二：原理图编译，生成PCB板要求制作大小为3200mil×2800mil的双面板。
电源、地线的线宽为40mil，其它线宽为20mil。
极可能手工布局布线。
在布线过程中，尽可能先使用底层走线。
注意：C1、C5、VD1的封装需要手工制作。
C2、C3、C4、R1、R2、JP3的封装与系统默认值不同，需要修改。
任务三：完成实训报告，格式如下江西机电职业技术学院电子CAD实训报告班级姓名实训地点：实验楼电气系专业机房指导教师：2015年 5月实训课题单片机最小系统PCB电路板设计一、实训目的1、熟悉Protel DXP的操作2、掌握用Protel DXP绘制原理图的方法3、掌握用Protel DXP制作PCB板的方法二、实训要求利用protel DXP软件完成单片机最小系统的PCB板的设计。
三、实训内容1、元件符号及封装编辑。
(1)建立“File”/“New”/“Schematic library”。
（2）建立“File”/“New”/“PCB libraies”。
单片机最小系统电路
未来展望与挑战
01
人工智能应用
随着人工智能技术的不断发展，未来单片机最小系统电路将更多地应用
于人工智能领域。通过集成神经网络算法和深度学习技术，可以实现更
加智能化的控制和应用。
02
安全性挑战
随着单片机最小系统电路应用的不断扩大，安全性问题也日益突出。未
来需要加强对单片机最小系统电路的安全防护和加密技术研究，确保系
分析最小系统电路在 单片机应用中的重要 性。
最小系统电路概述
最小系统电路的定义
是指能够使单片机正常工作的最基本 的电路，包括电源电路、时钟电路和 复位电路。
最小系统电路的作用
为单片机提供稳定的工作电压、准确 的时钟信号和可靠的复位信号，确保 单片机的正常运行。
02 单片机最小系统电路组成
电源电路
可靠性优化
提高抗干扰能力
通过增加滤波电容、采用差分信号传输等方式，提高系统的抗干 扰能力。
加强ESD保护
在关键信号线上增加ESD保护器件，提高系统的静电放电防护能 力。
优化布局布线
合理规划PCB布局布线，减小信号传输延迟和串扰，提高系统稳 定性。
06 单片机最小系统电路应用 与展望
应用领域介绍
设计调试接口电路，包括接口芯 片或模块与单片机的连接和参数 配置。
通过调试工具与调试接口连接， 实现对单片机的在线编程和调试 功能。
04 单片机最小系统电路测试 与验证
测试方案制定
确定测试目标
明确要测试的单片机型号、功能及性能指标，以及最小系统电路的 基本构成和预期功能。
设计测试用例
根据测试目标，设计针对不同功能模块和性能指标的测试用例，包 括正常情况下的操作测试和异常情况下的容错测试。
51单片机最小系统原理图
接触过单片机的朋友们都时常会听到别人提"最小系统"这个词.那到底什么是最小系统,有怎样设计称上"最小"呢?下面让依依电子来告诉大家:单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统.对51系列单片机来说,单片机+晶振电路+复位电路,便组成了一个最小系统.但是一般我们在设计中总是喜欢把按键输入、显示输出等加到上述电路中,成为小系统。
应用89C51〔52〕单片机设计并制作一个单片机最小系统，到达如下根本要求：1、具有上电复位和手动复位功能。
2、使用单片机片内程序存储器。
3、具有根本的人机交互接口。
按键输入、LED显示功能。
4、具有一定的可扩展性，单片机I/O口可方便地与其他电路板连接。
51单片机学习想学单片机，有一段时间了，自己根底不好，在网上提了许多弱智的问题，有一些问题网友答复了，还有一些为题许多人不屑一顾。
学来学去，一年多过去了，可是还是没有入门，现在我就把我学习中遇到的一些问题和大家分享一下，希望在大虾的帮助下能快速的入门：〕在学习之前我在网上打听了一下atmel公司的单片机用的人比拟多，avr 系列这几年在国内比拟流行，但是考虑到avr还是没有51系列用的人多，51系列的许多技术在实践中都已经的到了前人的解决，遇到问题后，有许多高人可以帮助解决，所以这次学习，选用了atmel公司的at89s52，来进行学习。
学习单片机是需要花费时间实践的；学之前我们先准备好所需的东西一、所需硬件at89s52一片；8m晶振一个，30pf的瓷片电容两个；10uf电解电容一个，10k的电阻一个；万用板〔多孔板〕一块；其他的器件如电烙铁一把30w的，松香，焊锡假设干，如果是第一次学习，不知道这些东西，没关系，以下是它们的照片：Atmel公司生产的at89s528m晶振22pf瓷片电容电解电容图1/4 w 10k 的电阻普通的电木万用板好了，有了这些东西，我们就可以把它们组合到一起做成我们的最小系统了：〕有了这些东西我们怎么焊接丫？不用着急，过一会我们把原理图给大家画出来大家就会了。
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《EDA技术项目教程》实训计划实训安排表：
一、实训目的
1、进一步熟悉Protel DXP的操作；
2、绘制原理图，对PCB板布局布线
二、实训内容
任务一：单片机最小系统电路原理图的绘制
此系统包含了最简单的电源及保护电路、振荡电路、复位电路、发光二极管指示电路、ISP在线编程电路及一个40针插座。
其中40针插座将单片机的各信号引出，可以扩展各种应用电路。
1、电路图
要求：根据电路样稿，使用Protel DXP绘制原理图；找准元件，用导线将它们连接起来，并修改元件相关属性。
注意：U1元器件（DS83C520-MCL）需要自己绘制元器件外形和对应的封装。
如图所示：
元器件符号元器件封装DIP-40
2、元件清单
表一单片机最小系统电路元器件一览表
任务二：原理图编译，生成PCB板
要求制作大小为3200mil×2800mil的双面板。
电源、地线的线宽为40mil，其它线宽为20mil。
极可能手工布局布线。
在布线过程中，尽可能先使用底层走线。
注意：C1、C5、VD1的封装需要手工制作。
C2、C3、C4、R1、R2、JP3的封装与系统默认值不同，需要修改。
任务三：完成实训报告，格式如下
江西机电职业技术学院电子CAD实训报告
班级
姓名
实训地点：实验楼电气系专业机房
指导教师：
2015年5月
实训课题单片机最小系统PCB电路板设计
一、实训目的
1、熟悉Protel DXP的操作
2、掌握用Protel DXP绘制原理图的方法
3、掌握用Protel DXP制作PCB板的方法
二、实训要求
利用protel DXP软件完成单片机最小系统的PCB板的设计。
三、实训内容
1、元件符号及封装编辑。
(1)建立“File”/“New”/“Schematic library”。
（2）建立“File”/“New”/“PCB libraies”。
2、原理图绘制。
（1）创建项目工程文件
在Protel DIP的设计环境下，执行菜单命令“Feil”/”New”/ “PCB Project”,就可以创建一个新的PCB项目。
(2 )创建原理图设计文件
在项目下，选择”Feil”/”New”/”Schematic”命令，建立一张新的原理图纸，默认的文件名“Sheetl.Sshoc”,设置环境参数。
（3）选择放置电子元器件
3、PCB板。
4、DRC报告。
四、报告内容、设计数据及附图
1、电路原理基本分析。
2、电路模块功能的介绍。
（电源模块、单片机最小系统：复位电
路、晶振电路（离X1，X2引脚近些，否则不易起振）、P1口LED电路）
（1）电源模块
电源模块的稳定肯定是系统平稳运行的前提及基础，电源供电模块的电源可以通过计算USB口供给，也可使用外部稳定的5V电压。
（2）复位电路
单片机的置位和复位，都是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。
单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。
当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。
复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。
具体数值可以由RC电路计算出时间常数。
(3)晶振电路
单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。
在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。
高级的精度更高。
有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器(VCO)。
晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。
（4）LED电路
此最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的USB口供给，也可使用外部稳定的5V电源供电模块供给。
电源电路中接入了电源指示LED，图中R1为LED的限流电阻
3、PCB布板中元件布局的分析
（1）设计规则的设置
A.设置工作布线层
B.设置走线宽度
C.设置拐角模式
（2）布局
A.自动布局
执行菜单“FEIL”/ “Auto Placer.....”
B.手动布局
手动布局主要是操作时通过移动或旋转元﹑元件标准的调整他们的位置，以达到合理的布局。
调整过程中，原件上的飞线不会断开，并将一起移动。
4、简单报告整个设计操作步骤。
（1）建立项目“File”/“New”/“PCB Project”。
（2）建立“File”/“New”/“Schematic library”,来制作元件。
（3）建立“File”/“New”/“PCB Lidrary”,用来制作元件封装。
（4）建立“File”/“New”/“Scsematic”,用来制作电路原理图。
（5）再建立“File”/“New”/“PCB”，用来制作印制电路板。
5、原理图
6、元件清单
7、网络报表
8、PCB板
9、DRC检测结果
五、实训心得
1、设计过程中的一些问题、解决的方法或思考。
在设计过程中由于这个软件是英文的，有些指令看不懂，还有就是在设计的时候一些指令不知道在哪里。
最后再请问同学，还有老师的指导，让我顺利的完成了这次EDA设计的课题。
2、设计的感悟。
通过这个礼拜的EDA实训，不仅让我学到了更多的EDA的知识，还让我更加熟悉了这款软件。
虽然是一款英文的,更让我进一步了解了Protel DXP的结构和应用，也显示我在使用软件的不足之处。
在这一礼拜的实训过程中，让我理解到了要加强动手操作的能力，要明白理论和实践结合的重要性，只有理论是不够的，只有把理论与实践结合起来才能发挥它的重要意义，才能真正提高我们的动手能力与独立思考的能力。
实训实行的是一人一组，时间也比较短，在实训过程中也遇到了许多的困难，考验了我要如何去解决，怎样脚踏实地的去完成这次的实训，也锻炼了我的意志。
问题是可以解决的，在老师与同学的指导下我顺利的完成了这次单片机电路的PCB板设计的实训。
最后，感谢学校与老师给我这次实训的机会，在这次实训中我收获了很多，让我积累了在以后的工作经验，再次感谢老师在此次实训中的指导。
注意：论文正文统一格式，进行排版。
（包括字体样式、字体大小、字体颜色、段落行间距等等。
）
EDA课程设计教师评阅表
课程名称
题目名称
班级学号
姓名
评阅老师。