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孔. 随着电子技术的不断发展进步,PCB在复杂程度和应用范围方面都有了长足的进步,按复杂程度来分,可以将PCB板分为3类:1.单面印刷电路板,2.双面印刷电路板,3.多层印刷电路板.为了方便布线,本系统所用的开发板和无线数据传输模块均为双层印刷电路板. PCB的生成主要由四个过程组成:其一是原理图的生成,其二是根据已经生成的原理图产生对应的网络表,网络表是PCB图和原理图的纽带,第三步是新建一个PCB文件,并导入网络表,第四步是将合理布局元件,并用导线将元件的引脚连起来. 3.4.1开发板的PCB图 将开发板的原理图按照以上的步骤生成相应的PCB图.如图3.9所示: 在PCB图设计的所有过程中,原理图在上一节已经生成.网络表的生成也比较简单.由于PCB图上使用元件的封装来代表元件,因此原理图中各个元件都要明确有自己的封装方式,而且在绘制PCB图前必须将用到的封装所在的封装库调入.否则,在调入网络表的过程中将会出现元件丢失的错误.图3.9开发板的PCB图
开发板上主要用到两个封装库:Advpcb.ddb和Miscellaneous.ddb.另外由于USB电源接口,电源开关,键盘和四位八段数码管没有对应的封装,因此需要使用元件库编辑器建立新元件封装.图3.10为键盘封装,图3.11为USB封装,图3.12为开关封装,图3.13为四位八段数码管封装.
图3.10键盘封装图3.11USB封装
图3.12开关封装图3.13四位八段数码管封装
各个元件的封装的引脚的序号必须和原理图中引脚的序号保持一致,不然将会在调如网络表过程中出现管脚丢失的错误. 下面再重点分析一下布线的过程. 布线是完成产品设计的重要步骤,可以说前面的准备工作都是为它而做的,在整个PCB中,以布线的设计过程限定最高,技巧最细,工作量最大.本系统的PCB布线为双面布线,布线的方式有两种:自动布线及交互式布线.但由于自动布线效果不好,往往实际的效果和预计效果有很大的出入,因此全部使用交互式布线.布线过程中充分考虑到如何降低元件字之间互相的干扰. 首先根据印制线路板电流的大小,尽量加租电源线宽度,减少环路电阻,它们的关系是:地线>,电源线>,信号线.同时使电源线,地线的走向和数据传递的方向一致,这样有助于增强抗噪声能力.线条有讲究:有条件做宽的线决不做细,高压及高频线应园滑,不得有尖锐的倒角,拐弯也不得采用直角. 由于采用双层设计,因此不可避免地将会使用到过孔.过孔太多,沉铜工艺稍有不慎就会埋下隐患.所以,设计中应尽量减少过线孔.此外,应该合理布置电源滤波/退耦电容:一般在原理图中仅画出若干电源滤波/退耦电容,但未指出它们各自应接于何处.其实这些电容是为开关器件(门电路)或其它需要滤波/退耦的部件而设置的,布置这些电容就应尽量靠近这些元部件,离得太远就没有作用了. 3.4.2无线数据传输模块的PCB图 由于无线数据传输模块的核心芯片工作在2.4GHZ,因此在设计PCB图时对干扰的控制要格外重视.在PCB设计时,必须考虑到各种电磁干扰,注意调整电阻,电容和电感的位置,特别要注意电容的位置. nRF2401的PCB为双层板,底层一般不放置元件,顶层的空余地方敷上铜,这些敷铜通过过孔与底层的地相连.nRF2401的供电电源应通过电容隔开,这样有利于给nRF2401提供稳定的电源.在PCB中,尽量多打一些通孔,使顶层和底层的地能够充分接触.nRF2401模块的PCB如图3.14所示. 图3.14无线数据传输模块的PCB图
第四章硬件驱动程序和串行口调试工具 驱动程序是硬件电路的灵魂,没有驱动的硬件电路是没有用的.STC89C58RD+是51类单片机,可以像开发其他51单片机驱动一样开发它的驱动程序.单片机软件开发平台选择比较流行的KeiluVision2,因为现在关于KeiluVision2软件的资料很多,这样上手就会很快. 串行口调试工具是用来将PC机上的数据通过串行口发送到单片机,和PC机接收从单片机发送过来的数据.选用VisualC++6.0来开发串行口调试工具,VisualC++6.0是微软公司推出的一款优秀开发工具,代码紧凑,运行速度快,而且比较适合低层开发.
4.1硬件驱动程序
整个数据传输系统有两部分组成:与PC机相连的开发板为主机端,它不能移动,接收从机端发送过来的数据,并向从机端发送指令,可以移动的为从机端,它由开发板和无线数据传输模块组成.由于两端的地位和功能不同,因此对应的驱动程序也不同. 使用KeiluVision2开发硬件驱动程序,它支持众多不同公司的MCS51架构的芯片,它集编辑,编译,仿真等于一体,同时还支持,PLM,汇编和C语言的程序设计,它的界面和常用的微软VC++的界面相似,界面友好,易学易用,在调试程序,软件仿真方面也有很强大的功能.因此很多开发51应用的工程师或普通的单片机爱好者,都对它十分喜欢.51的编程语言常用的有二种,一种是汇编语言,一种是C语言.汇编语言的机器代码生成效率很高但可读性却并不强,复杂一点的程序就更是难读懂,而C语言在大多数情况下其机器代码生成效率和汇编语言相当,但可读性和可移植性却远远超过汇编语言,而且C语言还可以嵌入汇编来解决高时效性的代码编写问题.对于开发周期来说,中大型的软件编写用C语言的开发周期通常要小于汇编语言很多.综合以上C语言的优点,在开发时选择了C51语言. 4.1.1主机端硬件驱动程序 主机端的硬件驱动程序主要有两种功能:实现开发板通过串行口和PC机通信,实现开发板通过某些I/O口和无线数据传输模块进行通信. STC89C58RD+单片机的串行口是一个全双工通信接口,即能同时进行发送和接收,它可以作UART用,也可以作为同步移位寄存器用,其祯格式和波特率可以通过软件编程来设置,在使用上非常方便. STC89C58RD+单片机串行口的工作方式和波特率由控制寄存器SCON和特殊功能寄存器PCON组成. 串行口控制寄存器SCON:
D7D6D5D4D3D2D1D0 SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI
特殊功能寄存器PCON:
D7D6D5D4D3D2D1D0 SMOD
串行口可以通过软件设置四种工作方式,各种工作方式的数据格式和波特率均有所不同,这四种工作方式如下: 1.方式0 当设定SM1,SM0为00时,串行口工作于方式0,在方式0下,RXD为数据输入/输出端,TXD为同步脉冲输出端,发送或接收的数据为8位,低位在前,高位在后,方式0的波特率固定震荡频率的1/12,也就是每一机器周期传送一位数据.方式0可以外接移位寄存器,将串行口扩展为并行口,也可以外接同步输入/输出设备.发送完毕后,硬件自动将TI置1.再次发送数据前,需要软件将TI位清0. REN为1时,单片机允许接收数据.RXD为数据接收端,接受数据保存到SBUF接收缓冲器中.发送完毕后,硬件自动将RI置1.再次接收数据前,需要通过软件将RI清0. 2.方式1 当设定SM1,SM0为01时,串行口工作方式1.方式1为波特率可变的8位异步通信方式,由TXD发送RXD接收,一帧数据为10位,1位起始位(低电平),8位数据位(低位在前)和1位停止位(高电平),波特率取决于定时器的T溢出率(1/溢出周期)和波特率的选择位SMOD. 3.方式2和方式3 当设定SM0,SM1为10或11时,串行口工作于方式2或方式3,这两种方式都是9位异步通信,仅波特率不同,适用于多机通信.在方式2或方式3下,数据由TXD发送RXD接收,1帧数据为11位,1位起始位(低电平),8位数据位(低位在前),1位可编程位(第9位数据,用作奇偶校验或地址/数据选择),1位停止位(高电平).与方式1相比,多了一位可编程位,发送时,第9位数据为TB8,接收时,第9位数据送入RB8. 通过以上单片机串行口各种工作方式的比较,由于使用一个开发板和PC机进行单独的通信,因此工作方式1比较适合系统的要求.通过设置合适的波特率和帧格式,来实现开发板和PC机之间准确的数据传递. 由于PC机和单片机的处&#
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