单片机系统电路的PCB设计

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1、摘摘 要要 单片机最小系统，无论对单片机初学人员还是开发人员都具有十分重要的 意义，初学人员可以利用最小系统逐渐了解单片机的设计原理与功能，开发人 员可以进行编程实现工业控制。单片机最小系统电路板在单片机开发市场和大 学生电子设计方面十分流行，设计单片机最小系统电路板，能够让设计者迅速 掌握单片机应用的技术特点与实际要求。 印制电路板技术正在飞速发展，在各个领域得到了广泛应用。本次设计以 此为出发点，结合单片机最小系统的基本原理，以 STC89C51 为核心，在 Protel 99SE 平台下从对电路进行设计，并在 Protel 99 SE 平台下对单片机最 小系统进行了详细的原理图设计以及

2、PCB 设计。首先根据电路原理从 AD、DA、 复位、晶振几个模块对电路进行设计，最后综合所有模块进行 PCB 设计，并介 绍了 PCB 设计的参数设置，布线规则。利用 PROTEL 电路设计软件进行原理图设 计，PCB 布线，借此巩固单片机应用、模拟电路、数字电路课程及学会工程软 件 PROTEL 的使用。 关键字关键字：PROTEL 99SE；印制电路板；最小系统；STC89C51 Abstract MCU minimum system, its of great significance for both MCU beginner or developer. Beginners can

3、take advantage of getting to know the minimum system design principles and function of MCU，developers can use minimum system to program for industrial control. MCU minimum system board are very popular in the MCU develop market and college students electronic design. Design of MCU, allowing designer

4、s to quickly grasp the technical characteristics of MCU application and the actual requirements. Printed circuit board technology is developing by leaps and bounds, it has got the extensive application in various fields. This design set it as a starting point, combining the basic principles of MCU m

5、inimum system, to the core of STC89C51, we design the circuit In Protel 99SE platform, meanwhile we give the circuit a detailed schematic design and PCB design In Protel 99SE platform. First, we design the circuit from the AD, DA, reset, crystal oscillator of several modules under the circuit princi

6、ples, finally we synthesize all the modules for PCB design, and we simply introduce the parameter settings, routing rules. Using Protel software to design schematic circuit diagram, PCB routing, we can consolidate the MCU applications, analog circuits, digital circuits course and learn to use engine

7、ering software PROTEL. Key words: printed circuit board ;PROTEL 99SE; minimum system;STC89C51 目目 录录 1.1. 绪论绪论.1 1.1 课题研究的背景和意义.1 1.2 课题主要内容.2 2.2. 印制电路板（印制电路板（PCBPCB）.3 2.1 PCB 板分类.3 2.2 PCB 制作工艺.3 3 3 开发平台开发平台 PROTELPROTEL.5 3.1 PROTEL99SE 介绍.5 3.2 PROTEL 设计方法.6 4.4. 单片机最小系统原理图设计单片机最小系统原理图设计.9 4.1

8、原理图设计的一般流程.9 4.2 单片机最小系统电路系统框图.11 4.3 层次原理图的设计.11 4.4 单片机最小系统各模块.13 4.5 单片机最小系统电路总原理图.20 5.5. 单片机最小系统电路单片机最小系统电路 PCBPCB 设计设计.22 5.1 PCB 设计的一般流程.22 5.2 重要概念.24 5.3 配置 PCB 设计环境.24 5.4 设计中遇到的问题与解决方案.32 5.5 由原理图生成 PCB.33 5.6 单片机最小系统电路的 PCB.36 结结 论论.40 致致 谢谢.41 参考参考文文献献.42 1.1. 绪论绪论 1.11.1 课题研究的背景和意义课题研究

9、的背景和意义 PCB 是英文(Printed Circuie Board)印制线路板的简称。通常把在绝缘材 上，按预定设计，制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印 制电路。而在绝缘材料上提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路。 这样就把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板，亦称为印制板或印制 电路板。 PCB 印制板在日常生活中的电子设备几乎都离不开它，小到电子手表、计算 器、通用电脑，大到计算机、通迅电子设备、军用武器系统，只要有集成电路 等电子无器件，它们之间电气互连都要用到 PCB。它提供集成电路等各种电子 元器件固定装配的机械支撑、实现集成电路等各种电子元器件

10、之间的布线和电 气连接或电绝缘、提供所要求的电气特性，如特性阻抗等。同时为自动锡焊提 供阻焊图形；为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。 目前，全球 PCB 产业产值占电子元件产业总产值的四分之一以上，是各个 电子元件细分产业中比重最大的产业，产业规模达 400 亿美元。同时，由于其 在电子基础产业中的独特地位，已经成为当代电子元件业中最活跃的产业， 2003 和 2004 年，全球 PCB 产值分别是 344 亿美元和 401 亿美元，同比增长率 分别为 5.27%和 16.47%。 我国的 PCB 研制工作始于 1956 年，1963-1978 年，逐步扩大形成 PCB 产业。 改革

11、开放后 20 多年，由于引进国外先进技术和设备，单面板、双面板和多层板 均获得快速发展，国内 PCB 产业由小到大逐步发展起来。2002 年，成为第三大 PCB 产出国。2003 年，PCB 产值和进出口额均超过 60 亿美元，成为世界第二大 PCB 产出国。我国 PCB 产业近年来保持着 20%左右的高速增长，成为全球 PCB 产 值最大和技术发展最活跃的国家。 从产量构成来看，中国 PCB 产业的主要产品已经由单面板、双面板转向多 层板，而且正在从 46 层向 68 层以上提升。随着多层板、HDI 板、柔性板 的快速增长，我国的 PCB 产业结构正在逐步得到优化和改善。 高速度发展的我国

12、PCB 行业应向生产自动化、精密度、多功能、现代化设 备方向发展。近年来,我国 PCB 工业每 年以 15以上的高速度发展,已跨进世 界 PCB 大国之列。伴随着印制电路产品发展,要求有新的材料、新的工艺技术和 新的设备。我国印制电器材料工业在扩大产量的同时,更要注重于提高性能和质 量;印制电路专用设备工业不再是低水平的仿造,而是向生产自动化、精密度、 多功能、现代化设备发展。PCB 生产集世界高新科技于一体, 印制电路生产技 术会采用液态感光成像、直接电镀、脉冲电镀、积层多层板等新工艺。在生产 过程中还必须更加重视可持续性发展, 减少“三废”的产生。在未来,由于新材 料、新设备和新工艺的采用

13、,将实现印制电路板生产的低成本、高效率、少污染、 高品质的目标。我国内地 PCB 生产企业目前分布如下：东北 3,华北 12,西 北 3,西南 9, 华东 27,华南 42,中南 4。PCB 材料企业分布情况则是： 东北 8,华北 18,西北 3,西南 7,华东 33,华南 25,中南 6。近几 年,我国在 PCB 的产量、产值方面,合资企业尤其是外商独资企业的比重越来越 大。另一方面,占国内 PCB 工业很大比例的国有企业、民营企业,无论在生产规 模、技术水平,还是在管理水平等方面,与先进的 PCB 国家和地区相比,还有相 当的差距。即使在国内,与合资企业尤其是外商独资企业相比,其经营状态也

14、是 十分严峻的。生产设备、检测手段、计算机管理、员工技术掌握和市场竞争意 识上都存在着很大的不平衡。这些不平衡的产生,一是源于我国老企业的体制和 发展历史;二是新老企业受政 策影响不同;三是基础工业的落后,其专用设备制 造和原辅材料,尤其是辅料、化工材料方面的差距日显突出。 然而，虽然我国 PCB 产业取得长足进步，但目前与先进国家相比还有较大差 距，未来仍有很大的改进和提升空间。首先，我国进入 PCB 行业较晚，没有专 门的 PCB 研发机构，在一些新型技术研发能力上与国外厂商有较大差距。其次， 从产品结构上来看，仍然以中、低层板生产为主，虽然 FPC、HDI 等增长很快， 但由于基数小，所

15、占比例仍然不高。再次，我国 PCB 生产设备大部分依赖进口， 部分核心原材料也只能依靠进口，产业链的不完整也阻碍了国内 PCB 系列企业 的发展脚步。 1.21.2 课题主要内容课题主要内容 本篇论文首先对单片机最小系统电路的原理进行分析，然后在 Protel99 SE 的平台下分别对电路的各个模块进行设计，得到电路的总原理图，然后进一 步产生设计 PCB 必备的网络表，再对电路的 PCB 部分进行设计，还对 Protel99 SE 各项常用的环境参数与变量的重要性进行了阐述。 2.2. 印制电路板（印制电路板（PCBPCB） 2.12.1 PCBPCB 板分类板分类 PCB 版有以下三种主要

16、的划分类型： 单面板（Single-Sided Boards）在最基本的 PCB 上，零件集中在其中 一面，导线则集中在另一面上。因为导线只出现在其中一面，所以这种 PCB 叫 作单面板（Single-sided） 。因为单面板在设计线路上有许多严格的限制（因为 只有一面，布线间不能交叉而必须绕独自的路径） ，所以只有早期的电路才使用 这类的板子。 双面板（Double-Sided Boards）这种电路板的两面都有布线，不过要 用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的“桥 梁”叫做导孔（via） 。导孔是在 PCB 上，充满或涂上金属的小洞，它可以与两 面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍，而且因为布线可以互 相交错（可以绕到另一面） ，它更适合用在比单面板更复杂的电路上 多层板（Multi-Layer Boards）为了增加可以布线的面积，多层板用上 了更多单或双面的布线板。用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作 内层、二块单面作外层的印刷线路板，通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一 起且导电图形按设计要求进行互连的印刷线路板就成为四层、六层