毕业设计--霓虹灯(再修改)+-+副本.doc

中国地质大学机电学院本科生毕业论文

本科毕业论文（设计）

题 目：基于单片机控制的霓虹灯控制器

姓 名： 潘福明 学号： 20061000097
院（系）： 机械与电子信息学院 专业： 电子信息工程
指导教师： 谢 靖 职称： 讲 师
评 阅 人： 罗大鹏 职称： 讲 师

2010年 06 月
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本科生毕业论文（设计）原创性声明

本人以信誉声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得中国地质大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

毕业论文作者（签字）：
签字日期： 年 月 日

摘要

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。
正文首先介绍本课题的背景、研究意义及完成的任务功能；接着简单描述设计过程中所用的一些主要元器件、方案的论证，以及介绍了系统硬件工作原理，并且附以系统硬件设计框图；其次阐述了ＰＣＢ板的画质、制作、实物的完成、程序的编写和调试；最后对本设计进行了总结。
本次毕业设计根据设计要求，基本达到预期的目的。即通过ATmega16单片机来控制16x8的贴片发光二极管矩阵显示，以中、明字符为例，分别可以实现‘全亮’到字模‘中’再到字模‘明’到‘全暗’的循环显示。用户可以按照自己的喜好选择不同的字模、显示方式。
关键词： 单片机 ATmega16 发光二极管 霓虹灯

Abstract

In recent years, with the rapid development of science and technology, SCM applications are continually deepening, while the traditional control test drive rapid updates. In real-time detection and control of the microcomputer application system, the microcontroller is often used as a core component, Jin Zhi Shi MCU side is not enough, Haiyinggenju specific hardware structure and application specific characteristics of the software Duixiang Jie He, to be perfect.
The text introduces the subject of this issue background, significance, and complete functionality. A brief description of the design process used in some of the major components of the demonstration program, and introduced the principle of the system hardware, and attached to the system hardware design block diagram; second section describes the PCB board of the definition, production, physical completion of the preparation process and debugging; Finally, a summary of the design.
The graduation project according to set requirements, achieves the desired purpose. ATmega16 microcontroller to control through the SMD LEDs 16x8 matrix display to the Ming character, for example, were able to achieve 'full light' to the font 'in' then font 'out' to 'all dark' cycle of display. Users can follow their own preferences to select a different font, display
Keywords: microcontroller ATmega16 LBD Neon

目录

第一章 绪论…………………………………………………………………… 1
1.1课程研究背景……………………………………………………………1
1.2 课程研究的意义…………………………………………………………1
1.3 课程研究的任务…………………………………………………………2
第二章 本设计所用的主要电子器件简介………………………………………3
2.1 AVR ATmega16 单片机简介………………………………………………3
2.2 锁存器 MC74HC373简介…………………………………………………5
2.3 8x16贴片发光二极管矩阵简介…………………………………………6
2.4 稳压器ams117 简介……………………………………………… ……6
第三章 基本原理………………………………………………………… ……7
3.1 总体设计思路……………………………………………………………7
3.2方案论证与比较…………………………………………………………8
3.2.1 显示部分方案论证与选择………………………………………… 8
3.2.2 驱动部分设计方案论证与选择…………………………………… 8
3.3 电源模块的选择…………………………………………………………9
第四章 设计过程……………………………………………………………… 10
4.1 单元电路设计……………………………………………………………10
4.1.1 控制部分电路……………………………………………………… 10
4.1.2显示部分电路……………………………………………………… 11
4.1.3 ams117稳压电路……………………………………………………11
4.2 软件设计……………………………………………………………… 13
4.3 制版做实物………………………………………………………………13
4.3.1 PROTEL DXP 简介……………………………………………………14
4.3.2实物制作…………………………………………………………… 17
第五章 遇到的问题及调试…………………………………………………… 18
5.1遇到的问题及解决方法…………………………………………………18
5.1.1 硬件方面……………………………………………………………18
5.1.2 程序的调试…………………………………………………………18
5.2各点电压及波形测试……………………………………………………19
5.3结果分析…………………………………………………………………20
5.4材料清单…………………………………………………………………20
结束语…………………………………………………………………………… 22
致谢词…………………………………………………………………………… 23
参考文献………………………………………………………………………… 24
附录：…………………………………………………………………………… 25

29
中国地质大学（武汉）学士学位论文

第一章 绪论

§1.1 课程研究背景

电子计算机的发展经历了电子管、晶体管、集成电路到大（超大）规模集成电路弓四个阶段，既通常所说的第一代、第二代、第三代和第四代计算机。现在广泛使用的微型计算机是大规模集成电路技术的产物，因此它属于第四代计算机，而单片机则是微型计算机的一个分支。随着信息技术革命的深入和计算机技术的飞速发展，单片机的应用越来越广泛，并逐渐发展成为一门关键的技术学科。
单片机亦称微控制器,顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能微电脑型”，如智能型热水器等。
计算机是人类制造的用于信息处理的机器。这种机器只能在人的控制下，将输入的数据信息，按照人们的要求进行存储、分类、整理、判断、计算、决策和处理等操作。
目前，微型计算机主要用在以下几个方面：数值计算、数据处理与信息加工、计算机辅助功能、人工智能、计算机通信、多媒体、计算机检测和过程控制等。微型计算机在检测和过程控制方面的应用具有简便、快捷、准确、可靠等优点，便于实现各种生产过程自动化。在改造传统产业、节约能源、提高产品质量和生产效率、改善生产者劳动条件等方面，具有十分重要的作用。单片机具有一些突出优点：体积小、重量轻、耗电少、电源单一、功能强、价格低、运行速度快、抗干扰能力强、可靠性高，所以在通信、家电、工业控制、仪器仪表、汽车等产品中都可以看到单片机的身影。

§1.2 课程研究的意义

流水灯在现代社会就有广泛的应用，大型电子广告牌、霓虹灯、指示牌和工业控制的控制面板等等都有流水灯的应用。而且基于单片机的流水灯的控制系统利用了单片机的内部资源，如定时器、I/O口和寄存器等，完成了单片机系统开发的基本流程，因此具有典型的代表意义，是学习和开发单片机的基本实验之一。
ATmega16单片机是可多次改写的可编程芯片，内部有16K的Flsah RAM,含有32个通用I/O口线，用这种芯片构成的系统简单、可靠，性价比相当高，适合成为霓虹灯程序控制器的核心部件,结合锁存器MC74HC373实现的控制器功能，时间常数易修改，使用灵活，电路易实现，成本低，控制芯片更换方便。控制器的花样变化及速度调节能用软件方法实现，这样进一步提高了性价比。ATmega16 成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案.

§1.3 课程研究的任务

本设计是以AVR ATmega16芯片的电路为基础，通过软件程序来控制单片机内部的定时器来控制16x8的矩阵贴片发光二极管的明亮，显示不同的图案花样，形成霓虹灯控制器。实物以ATmega16为主控芯片，74HC373、AMS117构成电路，主要包括电源、控制电路、显示电路。对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。该软、硬件系统具有很好的通用性和一定的实际使用价值.本文研究内容包括如下几个单元：
（1）硬件电路设计以及PCB图的绘制；
（2）硬件实物的调试、编写测试程序；
（4）测试结果分析。
各单元将在相应章节详述。

第二章 主要电子器件简介

§2.1 AVR ATmega16 单片机简介

单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上，ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器，它是由ATMEL公司生产的。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
高性能、低功耗的 8 位AVR® 微处理器.先进的RISC 结构,131 条指令,大多数指令执行时间为单个时钟周期,2个8 位通用工作寄存器,全静态工作,工作于16 MHz 时性能高达16 MIPS,只需两个时钟周期的硬件乘法器.非易失性程序和数据存储器,16K 字节的系统内可编程Flash.擦写寿命: 10,000 次,具有独立锁定位的可选Boot 代码区,通过片上Boot 程序实现系统内编程真正的同时读写操作,512 字节的EEPROM,擦写寿命: 100,000 次,1K字节的片内SRAM,可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密。I/O 和封装:32 个可编程的I/O 口40引脚PDIP 封装, 44 引脚TQFP 封装, 与44 引脚MLF 封装。其引脚分布图如图2-1所示。
AVR 结构具有两个主要的存储器空间：数据存储器空间和程序存储器空间。此外， ATmega16 还有EEPROM 存储器以保存数据。这三个存储器空间都为线性的平面结构。系统内可编程的Flash 程序存储器ATmega16具有16K字节的在线编程Flash，用于存放程序指令代码。因为所有的AVR指令为16 位或32 位，故而Flash 组织成8K x 16 位的形式。用户程序的安全性要根据Flash程序存储器的两个区：引导(Boot) 程序区和应用程序区，分开来考虑。Flash存储器至少可以擦写10,000次。ATmega16的程序计数器(PC)为13位，因此可以址8K 字的程序存储器空间

图2-1 ATmega16 引脚图
引脚说明：
VCC 数字电路的电源
GND 地
端口A (PA7..PA0) 端口A 做为A/D 转换器的模拟输入端。为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A 处于高阻状态。
端口B (PB7..PB0) 端口B 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作 为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B 处于高阻状态。
端口C (PC7..PC0) 端口C 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C 处于高 阻状态。如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚 PC5(TDI)、 PC3(TMS)与 PC2(TCK)的上拉电阻被激
端口D (PD7..PD0) 端口D 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电 流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D 处于高阻状态
RESET 复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。
XTAL1 反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。
XTAL2 反向振荡放大器的输出端。
VCC AVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC 连接。
AREF A/D 的模拟基准输入引脚。

§2.2锁存器MC74HC373简介

74LS373是低功耗肖特基TTL8D锁存器，是八D锁存器(3S,锁存允许输入有回环特性) ，常应用在地址锁存及输出口的扩展中，74H373是高速CMOS器件，功能与74LS373相同，两者可以互换。74LS373内有8个相同的D型(三态同相)锁存器，由两个控制端(11脚G或EN；1脚OUT、CONT、OE)控制。当OE接地时，若G为高电平，74LS373接收由PPU输出的地址信号；如果G为低电平，则将地址信号锁存。
工作原理：74LS373的输出端O0~O7可直接与总线相连。当三态允许控制端OE为低电平时，O0~O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，O0~O7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。 当锁存允许端LE为高电平时，O随数据D而变。当LE为低电平时，O被锁存在已建立的数据电平。其引脚图为2-2。
图2-2 74HC373引脚图

§2.3 16x8贴片发光二极管矩阵简介。

16x8点阵共由128个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一行置0电平，某一列置1电平，则相应的二极管就亮；例如要将D1点亮，则R01脚接高电平LIN01脚接低电平，则第一个点就亮了；如果要将第一行点亮，则R01要接高电平，而LIN（01-16）这些引脚接低电平，那么第一列就会点亮；如要将第一行点亮，则LIN01脚接低电平，而R（01-08）接高电平，那么第一行就会点亮.

§2.4 稳压器ams117简介

MS1117系列稳压器有可调版与多种固定电压版，设计用于提供1A输出电流且工作压差可低至1V。在最大输出电流时，AMS1117器件的压差保证最大不超过1.3V，并随负载电流的减小而逐渐降低。
AMS1117的片上微调把基准电压调整到1.5%的误差以内，而且电流限制也得到了调整，以尽量减少因稳压器和电源电路超载而造成的压力。AMS1117器件引脚上兼容其他三端SCSI稳压器，提供适用贴片安装的SOT-223，8引脚SOIC，和TO-252(DPAK)塑料封装。
参数如图2-41 引脚图如图2-42：
图2-41 参数图 图2-42 引脚图

第三章 基本原理

§3.1总体设计思路

利用AVR ATmega16单片机设计一个霓虹灯控制器，控制128个发光二极管，利用二极管的闪烁形成各种图案和花样。控制部分主要由单片机完成，显示部分由单片机输出的信号经过放大后驱动二极管发光，形成图案。为了整体布局美观，实物采用印制PCB版，显示部分由128个贴片发光二极管组成16x8的矩阵.
本产品采用以ATmega16单片机为核心芯片的电路来实现，主要由ATmega16芯片、时钟电路、复位电路、列扫描驱动电路、16x8LBD点阵5部分组成，电路框图如图4-2所示。其中，ATmega16是一种带16kB闪烁可编程可擦除只读存储器(Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory，FPEROM)的低电压、高性能CMOS型8位微处理器，俗称单片机。其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，能够进行1 000次写／擦循环。他是一种高效微控制器，为很多嵌人式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。时钟电路由ATmega16的7，8脚的时钟端(XTAI 1及XTAL2)以及12 MHz晶振X 、电容C4、C6组成，采用片内振荡方式。复位电路采用简易的上电复位电路，主要由电阻R 12，电容C5 ，开关S1 组成，分别接至ATmega16的RST复位输人端。LED点阵显示屏采用16x8的发光二极管点阵，可通过万用表检测发光二极管的方法测试判断出该点阵的引脚分布。
我们把行列总线接在单片机的I/O口，然后把上面分析到的扫描代码送入总线，就可以得到显示的图像了。我们在实际应用中是将LBD点阵的8条列线通过驱动电路接在PD口8条行线通过限流电阻接在PA、PC口，考虑到PD口必需设置上拉电阻，我们采用1k排电阻作为上拉电阻。图像显示的基本过程是这样的：通电后由于电阻R12 ，电容C5的作用，使单片机的RST复位脚电平先高后低，从而达到复位；之后，在C4、C6 、X 以及单片机内部时钟电路的作用下，单片机ATmega16按照设定的程序在PA、PC、PD接口输出与内部图像对应的代码电平送至LBD点阵的行列线(高电平驱动)，从而选中相应的LBD点发光，并利用人眼的视觉暂留特性合成图像的显示。电路总体方框图如图3-1。

16x8LBD点阵
74HC373
时钟电路
PA

ATmega16 PC

PD

74HC373

复位电路

三极管驱动电路

图3-1 电路总体方框图

§3.2方案的论证与比较

3.2.1 显示部分设计方案与论证
方案一、采用移位寄存器扩展I/O口。利用74HC595扩展单片机的输入输出口来接发光二极管，实现串行输入并行输出。电路图如3-2-1所示。此方案可扩展受控制的发光二极管的数量，但要控制128个LBD需要16个移位寄存器，需要芯片多，且PCB布局和布线不方便。
方案二、采用矩阵式分布。利用单片机的PD口做行选信号，PA和PC口做列选信号，128个LBD构成16行，18列的矩阵。详细电路图见单元电路设计中。此方案能单独控制每一个LBD，也可单独控制每行或每列的LBD，可形成丰富的图案或花样，显示部分不需要格外的芯片，形成的电路简单，PCB的布局和布线也较容易和美观。
综上所述，考虑到要求控制的LBD不是太多，又矩阵式能形成较丰富的图案，PCB板的布局和布线也较美观，选择方案二。

3.2.2 驱动部分设计方案论证与选择。
方案一、三极管一级驱动。由1个9012驱动一行16个LBD。正常发光时每个LBD的工作电流为10~15毫安，16×(10~15) =160~240毫安, 这样大的电流一个三极管就能提供。当一行同时亮时能满足发光工作要求。当一个灯亮时，由于亮的时间非常短不会对LBD的工作造成影响。
方案二、功率放大芯片。可以很好的实现放大和驱动，性能稳定，效果好，但价格较三极管高，电路较方案一也明显复杂。
综上所述，三极管驱动电路简单，性价比高，又能很好完成驱动作用，选择方案一。
3.2.3电源模块的选择
线性电源的原理：线性电源主要包括工频变压器，，输出整流滤波器，控制电路，保护电路，如图3-2-3所示。 线性电源是先将交流点经过变压器变压，在经过整流电路整流滤波得到未稳定的直流电压，要达到高精度的直流电压，必须经过电压反馈调节输出电压，这种电源技术很成熟，可以达到很高的稳定度，纹波也很小，而且没有开关电源具有的干扰和噪。

图3-2-3 线性电路原理图
由显示部分共128个放光二极管，每个LBD的工作电流为10~15毫安，则当二极管全部工作时，大约需要1.2~2A。所以选用9V 1A的直流电源作为工作电源，采用市场上出售的成品，不再另行设计。

图3-2-1 寄存器扩展的电路图

第四章 设计过程

§4.1 单元电路的设计

4.1.1控制部分电路
控制部分主要是有单片机最小系统完成。采用了1个ATmega16单片机，2个74HC373锁存器，12M晶振和电阻、插座等等。驱动部分的8个8050三极管也在此部分内。单片机的PD0~7作为行的选通信号，PA0~7和PC0~7的16个输出信号作为列的控制信号，经过74HC373与二极管矩阵链接。输出信号经8050放大后驱动发光二极管。
时钟电路
ATmega16单片机芯片内部设有一个由反向放大器构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端，时钟可由内部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率选择12MHZ，C4、C6的电容值取30pF，电容的大小起频率微调的作用。时钟电路图如图4-11所示

图4-11 时钟电路
复位电路
单片机有多种复位电路，本系统采用电平式开关复位与上电复位方式，电路如图4-12所示。当上电时，C5相当于短路，使单片机复位，在正常工作时，按下复位键时单片机复位。在有时碰到干扰时会造成错误复位，但在大多数条件下，不会出现单片机错误复位，而可能会引起内部某些寄存器错误复位，如果在复位端加一个去耦电容，则会得到很好的效果

图4-12 复位电路
由于ATmega16相对89S51来说，已经有了内部的时钟电路和复位电路，那么，在焊机的时候，复位电路和时钟电路的原件不比标记上，但是为了区别以及提醒他们的相关作用，在画电路和绘制PCB板时，仍然标出电路。
4.1.2 显示部分电路
显示部分主要由128个贴片发光二极管组成8x16的矩阵。每行16个LED的阳极连接在一起引出8行输出分别接单片机I/O口的PD0～PD7口；每列8个LED的阴极连接在一起引出16列输出分别接单片机PA0～PA7和PC0～PC7口。从结构上可知，它的每一列共用一根列线，每一行共用一根行线。当相应的行接高电平，列接低电平时，对应的发光二极管被点亮。在显示过程中，多采用扫描方式，利用人的视觉暂停效应，只要刷新速率不小于25帧/秒，就不会有闪烁的感觉。点阵显示的原理就对点阵的每一列（或者每一行）进行快速的扫描（起到选择的作用），然后对相应的行或列进行赋值，如果在速度很慢的情况，可以看到列相应的点亮或灭，但当延时的时间足够短，人 因视觉的上惰性，只看到就是一个个汉字的显示了电路图如图4-14所示。
结合以上，总体的硬件电路图如图4-13所示
4.1.3 ams117稳压电路
原先设计的时候没有考虑设计电源，采用的 是市场上卖的9V 10000mA 的直流电源，但是单片机工作的电源一般稳定在5V左右，所以利用ams117设计了一个5V稳压电路。ams117稳压电路的作用是把9V 1A的直流电源稳压到5LV，然后提供给单片机和LBD矩阵使用，其电路图如图4-13

图4-14整体硬件电路图
图4-13 稳压电路

§4.2 软件设计

要实现的目的是汉字的显示，其功能为显示：
灯全亮à字模“中”à字模“明”à全暗
程序的框图如图4-2

图4-2 程序框图
汉字的点阵显示原理及字库代码获取方法：
我们以UCDOS中文宋体字库为例，每一个字由16x8的点阵组成显示。我们可以把每一个点理解为一个象素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显示在象素范围内的任何图形。
汉字显示原理
为了弄清楚汉字的点阵组成规律，首先通过行扫描方法获取汉字的代码。首先将16行分成8位的上、下两部分，把发光的象素位编为0不发光的象素位为1的十六进制代码。这样就把要显示的“中 明”字编为如下代码：

中：00,00,10,10,7c,54,54,7c,10,10,10,10,00,00,00,00,00

明：00,00,00,0e,0a,7a,5e,7a,5a,7e,0a,0a,0a,00,00,00,00

由这个原理可以看出，无论显示何种字体或图像，都可以用这个方法来分析出他的扫描代码从而显示在屏幕上。上述方法虽然能够让我们弄清楚汉字点阵代码的获取过程，但是依靠人工方法获取汉字代码是一件非常繁琐的事情。对于16X16十六进制数据的汉字代码，我们经常采用字库软件查找字符代码，软件打开后输入汉字，点“检取”，十六进制数据的汉字代码即可自动生成，把我们所需要的竖排数据复制到程序中即可，如图4所示。可见，汉字点阵显示一般有点扫描、行扫描和列扫描3种。为了符合视觉暂留要求，点扫描方法的扫描频率必须大于16×64—1 024 Hz，周期小于1 ms即可。行扫描和列扫描方法的扫描频率必须大于16×8—128 Hz，周期小于7．8 ms即可，但是一次驱动一列或一行(8颗LBD)时需外加驱动电路提高电流，否则LED亮度会不足。
完整的程序代码请参看附录。

§4.3 制版做实物

4.3.1 PROTEL DXP 简介：
Protel DXP 2004是由多个模块组成的系统工具，分别是SCH（原理图）设计、SCH（原理图）仿真、PCB（印制电路板）设计、Auto Router（自动布线器）和FPGA设计等，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。该软件将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓朴自动布线以及电路仿真等技术结合在一起，为电路设计提供了强大的支持。
PROTEL DXP 的一个界面如图4-3-11所示：

图4-3-11 PROTEL DXP 软件界面
制板步骤：
一般而言，设计电路板最基本的过程可以分为三大步骤：
1、电路原理图的设计
电路原理图的设计主要是PROTEL DXP的原理图设计系统（SCHDOC）来绘制一张电路原理图。在这一过程中，要充分利用PROTEL DXP所提供的各种原理图绘图工具、各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一张正确、精美的电路原理图。
2、产生网络表
网络表是电路原理图设计（SCH）与印制电路板设计（PCB）之间的一座桥梁，它是电路板自动的灵魂。网络表可以从电路原理图中获得，也可从印制电路板中提取出来。
3、印制电路板的设计
印制电路板的设计主要是针对PROTEL DXP的另外一个重要的部分PCB而言的，在这个过程中，我们借助PROTEL DXP提供的强大功能实现电路板的版面设计，完成高难度的等工作。
制版过程：
步骤一、制作原理图，制作结果如图4-3-12所示

图4-3-12 本设计电路原图

步骤二、产生网络表，如图4-3-13所示

图4-3-13 电路原理图产生的网络表

步骤三、画PCB板，主体电路及如图4-3-14所示

图4-3-14 电源电路PCB板

4.3.2 实物制作
1.PCB版的制作：
以下是转载相应资料的制作PCB版的方法以及步骤
（1） 分别打印顶层和底PCB图到转印纸上，
（2）将顶层与底层PCB图对齐，中间插入PCB空板，将转印纸固定在PCB空板上。
（3）用热转印机转印贴有PCB图的PCB空板。
（4）转印完后，待PCB板冷却后，除去转印纸。
（5）将PCB板放入腐蚀液中，腐蚀完后，用清水冲洗表面同时用细砂纸擦去粉墨层，用纸擦干表面，切割PCB板。
（6）用钻孔机过孔径
这个部分因为考虑到设备的因素，以及自身的能力问题，并没有自己动手，所以是选择给工厂代印制，花费时间12天。
2.元件的焊接
焊接所需要的器件主要由：电烙铁、锡丝、松香、镊子、万用表、吸锡器。
焊接之前焊接前检查电烙铁的焊头是否被氧化，若出现氧化需将氧化部分的氧化物用小刀刮去，然后涂上焊锡，用于隔离空气，防止焊头再次氧化。对于焊接部位被氧化的元器件或被氧化的焊盘，也需要清除其氧化层。

第五章 遇到的问题及调试

§5.1遇到的问题和解决方法

5.1.1 硬件方面
焊接过程中所遇到的问题：
1.由于是贴片元件，都非常小，容易造成焊接不牢，虚焊。
2.发光二极管正负极的确定。
3.单片机引脚过密、细小，容易造成引脚之间的相通焊接。
4.焊接过久，元件过热导致损坏。
针对以上遇到的问题，主要采取了一些办法来解决：
1.对于大部分的元件，先在右侧的焊盘上上锡，再用镊子夹住元件，利用电烙铁焊接固定住元件，最后在左侧上锡。
2.可以利用万用表，调到二极管档测元件，发亮时红笔为正黑笔为负。
3.这个实际上是整个焊接过程最关键也是困难的部分，如果焊接的不好，那么接下来的工作将很难进行。焊接单片机，首先是引脚对正焊盘，这个过程需要仔细，多花点时间也是值得的，对正后镊子固定住；接着把锡上到电烙铁再上到其中一边脚的焊盘上，此时不用考虑引脚相连的问题；然后依次把其余的各边引脚上锡，均不考虑引脚相连的问题；最后为了使单片机能正常工作，要对引脚去掉多余的锡，方法是用烙铁头蘸上松香，然后去吸掉引脚多余的锡，此时引脚上的锡会被吸到烙铁头上，重复几次直到吸完多余的锡。这个过程有点繁琐，需要的就是耐心。
4.焊接时时间不要过长，用可调温度的电烙铁，温度控制在380度以内。

贴片发光二极管的选择:
最先选择的是红绿两种颜色各64个，按照隔一列同种颜色的方式排列矩阵，即：红绿红绿红绿红绿。但是在测试时发现绿色二极管相对红色要暗很多，显示不出原本所需要的图像，故最后全部替换为红色的二极管。
最终的实物图参看附录。图5-1-11、图5-1-12、图5-1-13

5.1.2 程序的调试
程序调试时用到的硬件为AVRISPMKII下载器，上位机软件采用的是 AVR Studio。其简略图参看附录图5-1-21、图5-1-22。
程序采用的是C语言编写，其原理参看“软件设计”部分，调试时遇到的问题：
1. LBD不停闪烁或者图形变换时有重影。
分析：这跟人的视觉暂停有关，闪烁时因为扫描的频率低于25帧/s，重影是扫描间隙太短，解决的办法是选择适合的扫描频率和