1 在單片機(jī)課程設(shè)計中引入EDA軟件的必要性

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的高速發(fā)展，單片機(jī)在工業(yè)控制和消費(fèi)類電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。作為一門以應(yīng)用為主的課程，在單片機(jī)課程的教學(xué)過程中既需要在有限的課堂時間內(nèi)向?qū)W生傳授一定的理論知識，又需要在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中給學(xué)生充分發(fā)揮動手能力的實踐空間。特別是在課程設(shè)計過程中，由于設(shè)計周期短（一般兩周時間）且學(xué)生缺乏實際設(shè)計經(jīng)驗，以往的方法就是老師給出電路原理圖，然后學(xué)生在試驗箱或面包板上“按圖索驥”，最后看到實驗現(xiàn)象就算成功了。這樣做往往很多學(xué)生對實驗原理都似懂非懂，更談不上自己設(shè)計或創(chuàng)新，實際教學(xué)效果并不理想。究其原因主要是學(xué)生在設(shè)計過程中手工繪制電路圖的效率較低，而且當(dāng)面包板上插滿導(dǎo)線后排查錯誤或修改電路參數(shù)將非常麻煩，極大的打擊了學(xué)生的創(chuàng)作積極性，所以實際效果并不是太好。然而引入EDA軟件之后，通過計算機(jī)強(qiáng)大的輔助設(shè)計能力，可以大大提高電路設(shè)計的效率和準(zhǔn)確性，學(xué)生可以隨時根據(jù)需要調(diào)整和修改所設(shè)計電路的各項參數(shù)，極大的增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)作熱情，從而提高實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果。

2 課程設(shè)計實例——4位數(shù)顯儀表

為了詳細(xì)說明Protel軟件在單片機(jī)課程設(shè)計中的應(yīng)用，本文以4位數(shù)顯儀表作為一個具體實例，詳細(xì)說明單片機(jī)電路的設(shè)計方法和設(shè)計流程。本實例來源于實際工程項目，在引入到課程設(shè)計后做了適當(dāng)?shù)暮喕髮W(xué)生獨(dú)立完成大部分的設(shè)計工作，每個學(xué)生設(shè)計的電路形式、參數(shù)可以有所差異，關(guān)鍵是要掌握單片機(jī)電路的設(shè)計思想和設(shè)計方法。具體設(shè)計流程分為功能模塊劃分、電路原理圖設(shè)計、PCB板圖設(shè)計、電路制板、電路板焊接調(diào)試等步驟。教學(xué)目標(biāo)是通過此課程設(shè)計讓學(xué)生初步掌握單片機(jī)電路的設(shè)計思想和一般方法，并作為日后設(shè)計實用電路的參考。

2.1 功能模塊劃介

4位數(shù)顯儀表的主要功能是將傳感器采集的模擬信號，通過調(diào)理放大后送到AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；單片機(jī)將AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算和處理，驅(qū)動4位數(shù)碼管顯示采集的數(shù)據(jù)，并具備超限聲光報警（驅(qū)動蜂鳴器和繼電器）及與PC機(jī)通信（RS232）的功能。為了實現(xiàn)上述功能，現(xiàn)將4位數(shù)顯儀表劃分為信號調(diào)理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)主控模塊、顯示驅(qū)動模塊、通信模塊、電源模塊共6個功能模塊。在實際課程設(shè)計過程中，可根據(jù)學(xué)生的具體情況，要求其選做其中的部分模塊，或采用小組多人分工合作的形式。教學(xué)方法上需注意要求學(xué)生一定要采用分塊設(shè)計及分塊調(diào)試的方法，先局部后整體，而不能將整個系統(tǒng)完全搭建好了以后再開始調(diào)試，否則一旦出現(xiàn)錯誤時，排查起來將比較困難。

2.2 功能模塊設(shè)計

（1）信號調(diào)理模塊及AD轉(zhuǎn)換模塊。

信號調(diào)理模塊采用2片OP07將傳感器輸入的模擬信號進(jìn)行調(diào)理和放大，然后送到AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，AD轉(zhuǎn)換器采用24位AD轉(zhuǎn)換器CS5550將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后送到單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算和處理。

（2）單片機(jī)主控模塊。

主控模塊采用STC11F16XE增強(qiáng)型51作為系統(tǒng)的控制核心，其引腳和功能與傳統(tǒng)51單片機(jī)兼容，但指令執(zhí)行速度最高可達(dá)傳統(tǒng)51的12倍，另外還增加了一些其它功能。STC11F16XE的最小系統(tǒng)原理圖與傳統(tǒng)51類似，絕大部分單片機(jī)教材上都有詳細(xì)介紹，可讓學(xué)生查閱后自行繪制。

（3）顯示驅(qū)動模塊。

顯示驅(qū)動模塊采用CH452和ULN2803共同驅(qū)動4位共陽8段數(shù)碼管，采用CH452是因為占用的單片機(jī)口線較少，驅(qū)動方法也比較簡單。學(xué)生在設(shè)計過程中也可以采用74HC595或IO口加三極管的方式進(jìn)行驅(qū)動，這里需要提醒學(xué)生注意驅(qū)動芯片能承受的總驅(qū)動電流的大小，以免燒壞芯片。

（4）通信模塊。

通信模塊采用MAX232芯片實現(xiàn)與PC機(jī)的通信。在課程設(shè)計過程中，對應(yīng)的上位機(jī)通信軟件由教師提供給學(xué)生，用于檢測通信模塊是否正常工作。這個模塊的設(shè)計可以加深學(xué)生對RS232通信原理的理解，并且掌握最基本的通信握手協(xié)議格式。

2.3 PCB板圖設(shè)計及電路板制做

以往的單片機(jī)課程設(shè)計中，當(dāng)電路原理圖繪制完成后，學(xué)生就用面包板或萬用板及導(dǎo)線制做電路板，制做效率較低，而且出現(xiàn)錯誤時查找起來非常麻煩。在引入了Protel軟件以后，就可以將電路原理圖中的元件導(dǎo)入PCB板圖并進(jìn)行繪制，然后通過熱轉(zhuǎn)印法和PCB雕刻機(jī)等加工方法制做電路板。這樣制做出來的電路板比較精致，制做效率也較高，由于沒有了額外穿插的導(dǎo)線，在查找錯誤和修改電路參數(shù)時也比較方便。

2.4 電路板的焊接及調(diào)試

在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生逐步完成電路板的焊接和調(diào)試。在這個過程中，注意對學(xué)生實際動手能力的訓(xùn)練，從元器件的選取、判斷好壞、按電路功能分塊焊接和調(diào)試，直至最后實現(xiàn)電子拔河裝置的總體功能。

3 結(jié)語

在單片機(jī)課程設(shè)計的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過引EDA軟件進(jìn)行輔助設(shè)計，不僅能極大提高設(shè)計效率和成功率，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，教學(xué)效果得到了明顯提高。并且這些設(shè)計思想、設(shè)計流程和設(shè)計方法可以應(yīng)用于日后工作中的實用電路設(shè)計中，有很強(qiáng)的實際應(yīng)用價值。
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