单片机系统实训报告

《单片机系统实训》总结报告姓名：班级：电子1601学号：专业：电子信息工程指导教师：宋华军学院：信息与控制工程学院第1页共24页一、实训目标完成具有如下功能的单片机系统：基本功能：(1)使用AD采集电池电压，并且在OLED显示；(2)采集温度数据，实时OLED显示；(3)LED运行状态显示；扩展功能：（1）控制电机转速。（2）具有RS232串口通信功能，上位机通过VS编写软件，完成和硬件系统的数据、命令交互。（3）自己扩展其他接口。二、已经完成的工作（1）实现了AD采集电池电压，并且在OLED上面可以显示。该目标作为调试过程的第五部分，已经可以显示电压为3.6~3.7之间，基本符合电池电压。（2）实现了采集温度数据，实时OLED显示。温度显示每隔几秒刷新一次，对温度进行采集和显示。（3）LED运行状态显示。本次设计使用了三个LED灯设计，其中一个为电源模块的指示灯，另外两个连接在单片机的P3.2、P3.3上。随着程序的改变，具有不同的指示作用。（4）具有RS232串口通信功能，上位机通过VS2017编写软件，完成和硬件系统的数据、命令交互。将led灯的状态、电压和温度的值传送给电脑。第2页共24页三、硬件系统设计3.1硬件系统方案框图及介绍电源模块MSP430G2553DS18B20OLED液晶显示模块温度图1-1硬件设计方框图电源模块由锂电池并且通过ASM1117输出3.3V，实现对MSP430G2553核心处理芯片、OLED液晶显示、DS18B20等硬件模块提供所需电源；显示部分由OLED液晶对温度和电压以及LED灯进行实时显示；软件设计部分包括模拟串口对DS18B20数据进行读取、液晶的驱动和显示和串口通信。3.2MSP430G2553单片机的特点1、处理能力强MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址）、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。2、运算速度快MSP430系列单片机能在25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期。16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如FFT等）。RS232通信模块第3页共24页3、超低功耗MSP430单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。因为其独特的时钟系统设计。在MSP430系列中有两个不同的时钟系统：基本时钟系统、和DCO数字振荡器时钟系统。可以只使用一个晶体振荡器（32768Hz），也可以使用两个晶体振荡器。由系统时钟系统产生CPU和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。4、片内资源丰富MSP430系列单片机的各系列都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器、硬件乘法器、液晶驱动器等。MSP430系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。另外，MSP430系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的低功耗状态时，中断唤醒只需5μs。5、方便高效的开发环境MSP430系列有OPT型、FLASH型和ROM型三种类型的器件，这些器件的开发手段不同。开发语言有汇编语言和C语言。3.3模块间连接管脚作用图1-2模块连接图第4页共24页MSP430G2553九个管脚用于系统设计，其中OLED_CS-L、OLED_RST_L、OLED_DC_L、OLED_SCLK、OLED_SDIN分别于OLED的五个管脚对应连接，用于驱动OLED进行显示数据；TEMP_DQ管脚与温度传感器DS18B20的对应管脚相连，来接收来自温度传感器DS18B20的温度数据；POWER_VOL管脚为供电电压输出端，锂电池经1117芯片的转化，产生3.3V的电压为整个硬件设备供电；RXD_232和TXD_232分别和msp430g2553的TXD_232和RXD_232连接，进行串口通信，实现对数据的读写操作。3.4原理图设计主要规范、设计过程、设计过程中遇到问题及解决方法主要规范：A.选材①.确定核心cpu②.确定外围器件——满足普遍性原则、高性价比原则、采购方便原则、资源节约原则、向上兼容原则等原则。B.设计时应遵循的基本原则①.各功能块要布局合理，整份原理图要布局均衡，避免有些地方很挤有些地方很松。②.对于重要的控制或信号线需要标明流向且用文字标明功能③.可调元件切换开关等对应的功能需要标识清楚④.在设计时应先阅读所需要的芯片的手册，查看其各个引脚的功能，确定其连线。⑤.在不增加硬件设计难度的情况下应该尽量保证软件开发方便或者以小部分的硬件设计上的困难来换取更多方便、可靠、高效的软件设计电气连接的正确表示第5页共24页网络名称命名及标注网络标号的命名要求简单直观，一般使用大写字母加下划线表示，不宜过长（在十个字符以内最佳）地线表示符放置时必须注意统一为尖端朝下（尽量不要平放）。当电压有一个正电压没有标注为“+”时，所有的均不需要标注同一设计中不可同时出现VCC、VDD。封装建库规范所有的器件封装都必须符合公司规范。逻辑封装设计时尽量将第一管脚放置在设计原点，以免调用时封装不可随附到光标上。所有有极性的两脚元件，统一设计第一脚为正极第二管脚为负极。IC类器件设计封装通用要求IC类器件设计封装时应将各功能模块管脚排在一起，可以不按顺序阵列管脚，同时必须标明各管脚功能名称。而对于接插类元件必须按顺序阵列管脚。**绝对不允许设计IC类逻辑封装时直接用数字排列表示管脚的PinNameI/OPORT的网络连接要求第6页共24页设计过程：1、项目工程建立在你工作区，新建一个文件包（例如在桌面建立个文件包，接下来的项目文件都将存于该文件包内）。点击菜单新建pcb工程文件，并保存在文件包中，完成后如图所示：2、元件原理图库设计和PCB封装的设计：新建原理图库和pcb封装库：修改默认的文件名并保存在上一步建立的文件包中。3、确定原理图幅的大小，可以通过自定义图幅大小，自定义图幅在满足要求的前提下尽量做到美观。元件库选择：首先尽量从软件自带的库中查找元器件，并确定元器件的参数。如果自带的库中没有所需要的元器件，就需要自己创建元器件库，新建库文件，然后按照需求设计库。放置外形和管脚快捷键P+R,调整合适的小。放置管脚P+P,然后单击键盘的Tab键弹出管脚属性对话框，修改相应的属性。2、元件放置：元件放置后，但这些元件默认没有标号，整体以问号的格式显示在原理图中，需要对其进行自动排序。之后进行连线，而如果原理图比较复杂，可以采用层次原理图的设计方法，先局部，后整体。第7页共24页版面布局需要注意电路结构的易读性。一般可将电路按照功能划分成几个部分，各功能块布局要合理，整份原理图需布局均衡。避免有些地方很挤，而有些地方又很松。进行各个模块的设计，设计好后进行连线并进行编译，无误后就可以导入pcb进行画板。设计过程遇到的问题及解决方法1、封装不可用解决方法：将所有的电容重新换掉。2、元件和原理图没有对应好解决方法：重新进行对应。3、把netlable1往管脚上或者wire上靠近并且出现红点，编译还是有问题解决方法：自己画的封装库中的元器件方向反了，调整过来就好了。3.5系统原理图及各部分介绍原理图：第8页共24页1、MCU模块Msp430g2553为28管脚，其中九个管脚用于连接其他四个模块，分别用输入或输出端口单独引出，13、14管脚用于连接两个led灯，电源管脚连接一个滤波电容，还有两个管脚MCU_REST和MCU_RST用三脚排针引出，用于后面测试单片机。2、OLED模块此模块OLED五个管脚与MCU模块相连，另外管脚接地或者接电容。3、电源模块第9页共24页此模块可以将锂电池的电压转换为3.3V为整个硬件电路供电，通过1117实现，其中的led灯为电源指示，两个大电阻进行分压。4、温度传感模块此模块采用传感器DS18B20，DQ接上拉电阻，并预留TEMP_Q管脚，将温度数据显示在OLED上。5、串口通信模块3.6PCB设计主要规范、以及绘图过程和心得第10页共24页主要规范：首先应该设置板的层数，之后进行rules的修改，然后就可以导入器件进行pcb板的绘制，注意每层的器件不能重叠，线与线之间不能有交叉，要合理布局，遵照“先大后小，先难后易”的布置原则，即重要的元器件，核心电路应当优先布局。布局过程中要参考原理图。相同结构的原理图采用对称式分布，按照按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局。发热元件要一般应均匀分布，以利于单板和整机的散热，除温度检测元件以外的温度敏感器件应远离发热量大的元器件。元器件的排列要便于调试和维修，亦即小元件周围不能放置大元件、需调试的元、器件周围要有足够的空间。元件布局时,应适当考虑使用同一种电源的器件尽量放在一起,以便于将来的电源分隔。布局完成后打印出装配图供原理图设计者检查器件封装的正确性，并且确认单板、背板和接插件的信号对应关系，经确认无误后方可开始布线。布线是整个PCB设计中最重要的工序。这将直接影响着PCB板的性能好坏。在PCB的设计过程中，布线一般有这么三种境界的划分：首先是布通，这时PCB设计时的最基本的要求。如果线路都没布通，搞得到处是飞线，那将是一块不合格的板子，可以说还没入门。其次是电器性能的满足。这是衡量一块印刷电路板是否合格的标准。这是在布通之后，认真调整布线，使其能达到最佳的电器性能。接着是美观。假如你的布线布通了，也没有什么影响电器性能的地方，但是一眼看过去杂乱无章的，加上五彩缤纷、花花绿绿的，那就算你的电器性能怎么好，在别人眼里还是垃圾一块。这样给测试和维修带来极大的不便。布线要整齐划一，不能纵横交错毫无章法。这些都要在保证电器性能和满足其他个别要求的情况下实现，否则就是舍本逐末了。布线时主要按以下原则进行：第11页共24页1．预先对要求比较严格的线（如高频线）进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。2．振荡器外壳接地，时钟线要尽量短，且不能引得到处都是。时钟振荡电路下面、特殊高速逻辑电路部分要加大地的面积，而不应该走其它信号线，以使周围电场趋近于零；3．尽可能采用45º的折线布线，不可使用90º折线，以减小高频信号的辐射；（要求高的线还要用双弧线）4．任何信号线都不要形成环路，如不可避免，环路应尽量小；信号线的过孔要尽量少；5．关键的线尽量短而粗，并在两边加上保护地。6．通过扁平电缆传送敏感信号和噪声场带信号时，要用“地线-信号-地线”的方式引出。7．关键信号应预留测试点，以方便生产和维修检测用8．原理图布线完成后，应对布线进行优化；同时，经初步网络检查和DRC检查无误后，对未布线区域进行地线填充，用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。布线规则对于PCB的设计，AD提供了详尽的10种不同的设计规则，这些设计规则则包括导线放置、导线布线方法、元件放置、布线规则、元件移动和信号完整性等规则。对于具体的电路可以采用不同的设计规则，如果是设计双面板，很多规则可以采用系统默认值，系统默认值就是对双面板进行布线的设置。第12页共24页绘图过程和心得：从原理图中导入pcb，先设置所需的层数，然后修改rules,再进行元器件的设计摆放和布线，之后检查是否有错，无误后进行布铜和裁剪。心得：1、为使原理图美观，在将相隔较远的两端连起来时，可用网络标志字“Net1”，如果只是起标注作用，则用“Text”。2、在画原理图时，如果把两根的导线画得太靠近，则会产生不必要的结点，是因为这两根线交错引起的，只要修改光标移动的最小距离即可。3、自己画PCB封装时，一