西安交通大学电子系统设计专题实验DOC.docx
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西安交通大学电子系统设计专题实验DOC
电子系统设计专题实验报告
实验一、基于AVRATMega128的硬件（PCB）设计
一、实验目的和要求
目的：
（1）掌握印制电路板设计的基本原则及印制电路板的设计制作流程。
（2）掌握ProtelDXP2004SP2软件的基本功能。
（3）在ProtelDXP2004SP2软件平台，完成电路图到PCB图的设计制作过程。
要求：
（1）根据实验要求，完成原理图的设计，并在ProtelDXP2004SP2软件平台上设计制作出相应的PCB图。
（2）要求PCB图布局布线美观，抗干扰性能强。
图中所用到的元件封装必须符合实际的元件尺寸。
二、实验设备及设计开发环境
操作系统:
XP软件：
ProtelDXP2004SP2
三、实验内容
根据ATMega128的电路图设计一个单片机电路板，其中包括基本电路、复位电路、时钟振荡器（ISP、键盘、RTClock）。
MCU原理图如图
四、实验步骤
1.创建新的工程项目，并新建原理图图纸
2.设置工程参数，包括基本原理图参数设置。
3.绘制原理图：
在元件库中查找所用元件，并进行必要说明，如标签、总线、端口等。
4.放置各个模块与图纸合适位置，方便之后端口的对接及导入。
5.对原理图进行电气检查，编译查错时，直至消除后保存原理图。
6.创建新的PCB文件，并对PCB进行正确合理的参数设置（注意：
在设置尺寸时，不宜设置太小，不利于元件布局及布线），保存文件。
7.导入原理图，将元件合理放置，原则：
组合功能的元件（键盘开关）有序放置在一起，使得各个元件布线交叉尽可能的少。
8.对电路板自动布线，进行规则检查，注意检查PCB有没有缺线、缺元件的情况修改错误的地方，并注意印刷线路的宽度设置，不宜太宽。
9.重复步骤8，对电路板布局不断进行修改优化，直到PCB的规则检查没有警告、错误，电路板元件布局思路清晰，布线方式正确合理。
10.对工程文件进行保存，完成整个硬件设计流程。
五、实验结果
1.整体电路原理图如图
2.PCB图如下图（手动放置元件位置，自动布线）：
六、实验总结
硬件是设计的基础，认真学习掌握硬件设计的原理有助于更好的在软件层面进行设计。
同时一个正确标准的项目设计方案，方便设计人员阅读的同时，可以更高效的实现加工。
将理论上的电路原理图真真实实的做成了可以加工生产的电路板，又一次真切的感受到了理论与实际的联系。
电路图不再仅仅是停留在纸面和考试中的分析对象，更是可以加工成为电路板，是设计实现实际功能的基础。
布线过程中，看着元件之间密密麻麻的线路，也深切体会到优秀的设计对于实际生产的重要性，对于实现的难易程度，容错能力，产品性能等多方面都有着重大的影响。
这就要求设计人员，不仅仅是能够实现产品的功能，而是尽可能将设计做到最好。
这也对我们学习提出了更高的要求，做一件事情不难，难的是做好一件事情。
实验二、按键灭灯软件程序设计
一．实验目的和任务要求
根据规则要求实现按键灭灯小游戏的基本功能，演示游戏过程并计算显示最终游戏结果。
规则：
1.LED灯随机地出现；每次闪一个灯；
2.在1s内按键可以把灯灭掉；
3.超时没按键或按错键，则灯换一个位置；
4.每灭一个灯，马上会闪亮另外一个灯；
5.计算10次灯的分数。
比如按错一次-5；超时一次-3；及时灭一次+1-3分。
使用timer来计时比较准确。
显示结果。
二．实验设备及软件开发环境
1.单片机平台：
AVRATmega128实验开发板；
2.开发环境平台：
计算机，WindowsXP操作系统，软件开发平台：
AVRStudio4.16集成开发软件；WinAVR（GCC）20080610C语言编译器；
下载编程工具：
JTAGICEmkII在线仿真器；
三．实验的电路原理
1.LED指示灯的硬件电路连接如下图所示。
2.数码管硬件电路连接如下图所示。
3.矩阵键盘硬件电路连接如图6-1所示。
按键灭灯程序由以上三大部分构成，将led灯与键盘按键编码对应起来，实现按键对led灯的控制，最后将总得分显示在数码管上。
软件设计的难度不大，主要在于led灯与键盘按键端口的对应。
四．软件设计及关键过程分析
PORTE|=（1<使PA3输出高电平，使蜂鸣器鸣叫
延迟一段时间之后关闭蜂鸣器
软件设计流程图
中断计时函数
SIGNAL（SIG_OUTPUT_COMPARE1A）
调用函数ledkeepping（）{
PORTB=~random[number];}
数码管显示
PORTB=code[calculate（）（number）];
其中，calculate函数计算相应位码显示得分
五．程序运行结果
1.根据随机数组random[10]使得led灯“随机”亮起
2.十次亮灯结束，数码管显示总得分
六．实验总结
软件编程设计的难度不大，关键在于如何使得led灯与键盘按键端口对应，并实现按键正确时将对应的led灯“灭掉”。
具体实现时，采取当按键正确就切换到下一个随机led灯，而不是去改变按键对应的led灯的端口值，一定程度上使得问题简化。
程序采用将学过的知识模块联合，主要由led灯，键盘，数码管三部分构成。
实验中也发现了一些问题：
当按键时间过长时，可能使得下一个led灯亮时也判断到了该按键已经按下，错误的记录下该按键，得分记录不准确。
处理思路：
当下一个led灯亮起，且判断到有按键按下时，判断按键是否与之前按键编码相同，如果不同，则为一次独立的按键；如果相同，则为上一个led灯的延迟按键，需重新对键盘进行一次scan。
附录1软件源代码
#include
#include
#include
#include
#include"digitron.h"
#defineLINE1_SCAN（）PORTC=（PORTC|_BV（PC7））&~_BV（PC6）
#defineMASK0xFF
#include"led.h"
uint8_tcode[10]={0xC0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,
0x80,0x90
};
uint8_trandom[11]={0x01,0x04,0x02,0x10,0x40,0x80,0x02,0x08,
0x80,0x20,0x40
};
uint8_tled_sel=0x01;
intnumber=1,grade=0,count=0;
intcom=1;
voidsystem_init（）//系统初始化
{
//关闭8个LED灯
DDRB=0xff;//设置PB端口为输出
DDRC|=_BV（PC5）;//设置PC5为输出
PORTC|=_BV（PC5）;//置PC5为高电平，使能led锁存
PORTB=0xff;//关闭8个led灯
PORTC&=~_BV（PC5）;//PC5置低，关闭led锁存器器
PORTB=PB_MASK;
DDRB=PB_MASK;
PORTC|=_BV（LED_CS）;
DDRC|=_BV（LED_CS）;
//关闭数码管显示
DDRG|=_BV（PG3）;//设置PG3为输出，PG3控制数码管的位选择锁存器；
DDRG|=_BV（PG4）;//设置PG4为输出，PG4控制数码管的段码锁存器；
PORTG|=_BV（PG3）;//使能数码管位选择锁存器
PORTG&=~_BV（PG4）;//关闭字型码锁存器
DDRB=0xff;//设置端口PB为输出
PORTB=0x00;//送数码管位码
PORTG&=~_BV（PG3）;//关闭数码管位选择锁存器
PORTG|=_BV（PG4）;//使能段码锁存器
PORTB=0xff;//送段码
PORTG&=~_BV（PG4）;//关闭段码锁存器
//关闭蜂鸣器
DDRE|=_BV（PE3）;
PORTE|=_BV（PE3）;//喇叭电路断开，喇叭停止鸣响
}
voidDIG_Init（）
{
PORTB=~PB_MASK;
DDRB=PB_MASK;
PORTG&=0x00;
DDRG|=_BV（DIG_CS1）|_BV（DIG_CS2）;
}
voidKP_Init（）
{
//CHIP_Init（）;系统端口初始化
DDRB=0xFF;
DDRC=0xFF;
DDRD=0xFF;
DDRE=0xFF;
DDRF=0xFF;
DDRG=0xFF;
PORTD=0x00;
PORTE=0x08;
PORTF=0x00;
PORTC|=0x20;
PORTB=0xFF;
PORTC=0x02;
PORTG|=0x18;
PORTB=0x00;
PORTG=0x00;
//键盘端口初始化
PORTC&=0x3F;
DDRC|=0xC0;
PORTB=0xFF;
DDRB=0x00;
}
uint8_tKP_read（）
{
_delay_ms（10）;
asm（"nop"）;
uint8_tread=PINB;
returnread;
}
uint8_tKP_scan（）
{
uint8_tcode=MASK;
uint8_tkey=MASK;
//scanthefirstline
LINE1_SCAN（）;
LINE1_SCAN（）;
code=KP_read（）;
if（code!
=MASK）
{
_delay_ms（10）;
code=KP_read（）;
if（code!
=MASK）
{
switch（code）
{
case0xFE:
key=0x01;break;
case0xFD:
key=0x02;break;
case0xFB:
key=0x04;break;
case0xF7:
key=0x08;break;
case0xEF:
key=0x10;break;
case0xDF:
key=0x20;break;
case0xBF:
key=0x40;break;
case0x7F:
key=0x80;break;
}
}
}
//ifnokeyispressed,return0x00
returnkey;
}
voidLED_Init（）
{
PORTB=PB_MASK;
DDRB=PB_MASK;
PORTC|=_BV（LED_CS）;
DDRC|=_BV（LED_CS）;
}
intcalculate（intnumber）
{
switch（number）
{
case0:
returngrade/10;break;
case1:
returngrade%10;break;
default:
return10;
}
}
//亮灯程序不变k；
voidledkeepping（）
{
LED_Init（）;
PORTB=~random[number];
_delay_ms（5）;
}
//亮灯程序
voidswitchLed（）
{
TCNT1H=0x00;//T/C1计数值清零
TCNT1L=0x00;
LED_Init（）;
PORTB=~random[number];
number=number+1;
count=count+1;
_delay_ms（5）;
if（number==10）
{
number=1;
}
if（count>10）
{
TCCR1B=0x00;
}
}
//中断程序
SIGNAL（SIG_OUTPUT_COMPARE1A）
{
TCNT1H=0x00;//T/C1计数值清零
TCNT1L=0x00;
grade=grade+2;
switchLed（）;
}
voidDIG_Dispaly（）;
{
com=1;
for（number=0;number<2;number++）
{
PORTG|=_BV（DIG_CS2）;
PORTG&=~_BV（DIG_CS1）;
PORTB=code[calculate（）（number）];
PORTG|=_BV（DIG_CS1）;
PORTG&=~_BV（DIG_CS2）;
PORTB=com;
com*=2;
PORTG&=~_BV（DIG_CS1）;
PORTG&=~_BV（DIG_CS2）;
_delay_ms
（2）;
}
}
intmain（void）
{
system_init（）;//系统初始化
PORTE|=（1<_delay_ms（100）;
_delay_ms（100）;
PORTE|=（1<TCCR1B=0x00;//中断控制寄存器清零，停止T/Cl计数
OCR1AH=0xAA;//设置8MHz、256分频、定时1s的比较值，
OCR1AL=0x12;//与TCNTl的计数值进行比较，若匹配产生中断
TCCR1A=0x00;//T/C1普通端口模式
TCCR1B=0x04;//启动定时器T/C1，256分频
TIMSK|=0x10;//使能C/Tl比较匹配中断
sei（）;//允许全局中断
while
（1）
{
if（count<10）
{
KP_Init（）;
uint8_tled_press,led_temp;
led_press=KP_scan（）;
ledkeepping（）;
KP_Init（）;
led_temp=KP_scan（）;
if（led_press!
=MASK）
{
if（led_press!
=led_temp）
{
if（led_press==random[number]）
{
grade=grade+5;
}
else
{
grade=grade+0;
}
switchLed（）;
_delay_ms（5）;
}
}
else
{
ledkeepping（）;
_delay_ms
（1）;
}
}
else
{
DIG_Init（）;//数码管初始化
DIG_Dispaly（）;//数码管显示得分
}
}
}
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