1、1电子产品设计综合实验 2 指导书一、 实验名称：单片机电子钟设计二、 实验目的：1. 认识电子产品的设计流程；2. 将 PCB 项目设计融入电子产品设计过程；3. 熟悉印刷电路板制作流程；4. 编写电子产品清单，掌握电子元件的安装、焊接和调试。三、 实验内容：1. 熟悉设计电路原理；2. 制作实验电路元件清单；3. 完成 PCB 项目设计；4. 制作 PCB 板；5. 实验电路的安装、焊接和调试；6. 撰写实验报告。四、 实验原理实验电路由单片机电路，显示电路，键盘输入，响铃电路及电源电路构成。1. 单片机电路：以 AT89C2051 单片机为核心，包括上电复位及时钟电路。2. 显示电路：主
2、要器件为 2 位共阳红色数码管，驱动采用 PNP 型三极管，各端口配有限流电阻，驱动方式为扫描，占用 P1.0P1.6。冒号部分采用 4 只 3 红色发光二极管，驱动方式为独立端口驱动，占用 P1.7 端口。3. 键盘输入：按键 S1S3 采用复用的方式与显示部分的 P3.5，P3.4 ，P3.2口复用。其工作原理为在相应端口输出高电平是读取按键的状态并由单片机程序去抖并赋予相应的键值。4. 响铃电路：由有源蜂鸣器及 PNP 型三极管组成。其工作原理是当 PNP型三极管导通后有源蜂鸣器发出定频声响。驱动方式为独立端口驱动，占用 P3.7 端口。 J1 用于连接外控设备，无讯响时输出低电平；有讯
3、响时输出高电平。5. 电源电路：由三端稳压集成电路构成，为整个系统提供稳定的电压。五、 实验电路功能说明1. 功能按键说明：S1 为功能选择键， S2 为功能扩展按键， S3 为数值加一按键。22. 功能及操作说明：系统工作电压为直流 5V-12V（典型应用为 9V） ，连接电源时注意极性。操作时，连续短时间（小于 1 秒）按动 S1，即可在以下的 6 个功能中连续循环选择。中途如果长按（大于 2 秒）S1，则立即回到时钟功能的状态。1) 时钟功能：上电后显示 10：10 ：00；2) 校时功能：短按一次 S1，即当前时间为闪烁状态，按动 S2 则小时加 1，按动 S3 即分钟加 1，秒时不可
4、调；3) 闹钟功能：短按二次 S1，显示状态为 22：10：00，冒号为长亮。按动 S2 则小时加 1，按动 S3 则分钟加 1，秒时不可调。当按动小时位超过 23 时则会显示 ：，这个表示关闭闹钟功能；4) 倒计时功能：短按三次 S1，显示状态为 0。按动 S2 则从低位依此显示高位，按动 S3 则相应位加 1，当 S2 按到第 7 次时会在所设定的时间状态下开始倒计时，再次按动 S2 将再次进入调整功能，并且停止倒计时；5) 秒表功能：短按四次 S1，显示状态为 00：00：00，冒号为长亮。按动 S2 则开始秒表计时，再次按动 S2 则停止计时，当停止计时的时候按动 S3 则秒表清零；6
5、) 计数器功能：短按五次 S1，显示状态为 00：00：00，按动 S2 则计数器加 1，按动 S3 则计数器清零。六、 实验电路原理图3七、 元器件清单序号 名称 型号/规格 编号 序号 名称 型号/规格 编号01 1K7 R11R17 20 S8550 Q102 1K2 R1、R2 21 S8550 Q203 2207 R4R10 22 S8550 Q304 5.1K R18 23 S8550 Q405电阻10K R3 24 S8550 Q506 30P C5 25 S8550 Q607 30P C6 26三极管S8550 Q708 104 C1 27 单片机 AT89C2051 U109
6、陶瓷电容104 C2 28 三端稳压 78L05 U210 10uF/25V C2 29 石英晶振 12MHz Y111电解电容10uF/25V C3 30 卧式 2P J112 3 红发红 D1 31接线插座立式 2P2 J2、J313 3 红发红 D2 32 6*6*4.3 S114 3 红发红 D3 33 6*6*4.3 S215LED3 红发红 D4 34轻触按键6*6*4.3 S316 0.36 寸 2 位共阳 DS1 35 集成电路插座 20P U117 0.36 寸 2 位共阳 DS2 36 PCB 电路板 105mm55mm 118数码管（红） 0.36 寸 2 位共阳 DS3
7、 37 说明书 A4 119 蜂鸣器 5V 有源 U3 38 外包装 120*79mm 1八、 实验要求1. 时间安排：通信 1121 班、1122 班设计时间为第 8、9 周，共 2 周；通信1123、1124 班设计时间为第 9、10 周，共 2 周。2. 实验地点：科技楼 509,519；3. 实验分组：两人一组（学习委员负责分组，填写综合实验 2 成绩评定表）；4. 指导老师：朱又敏（电话：13828274266） ，方小强（电话：13005602211） ；5. 实验注意事项：1) 实验器材元件统一采购，统一发放；2) PCB 项目布线设计要求： 底层单面布线； 大量采用手工布局布线
8、，自动布局布线只能作为参考，集成电路、数码管引脚之间尽量避免布线； clearance 参数为 0.381mm；4 焊盘最小孔径（直径）为 0.8mm，外径（直径）1.2mm（蜂鸣器和轻触开关的焊盘内径为 1mm，外径为 2.0mm） ；（外径尽可能的大一些） 线宽优选为 0.381mm（15mil） ； 允许使用跳线，跳线引脚距离为 10mm； 机械层尺寸为 110mm65mm，禁止布线层尺寸为105mm55mm；（以实验室提供裸板尺寸为准） 蜂鸣器、轻触开关和插座焊盘可选择添加泪滴； 可选择在禁止布线层和机械层之间添加个性化表示，如班级姓名等。3) 打印输出设置：scale mode 为
9、scale print；scale 为 1；color set 为mono；advanced 设置为 bottom layer（可同时打印机械层和禁止布线层） ，勾选 top，bottom 和 holes（双层至 top layer 需勾选 mirror） 。4) 要求每人组提交一份实验报告，每组提交一件设计产品样品。5) 实验室全天开放，遵循先设计先制板的原则。要求通信1121、1122 在第 9 周周三之前完成所有分组的 PCB 板制作环节，要求通信 1123、1124 在 10 周周三之前完成所有分组的 PCB 板制作环节。6) 大家必须遵守实验室制定的各项规章制度，服从实验室老师安排，保证人身安全。7) 产品验收和实验报告提交时间：通信 1121、1122 班第 9 周周五下午，通信 1123、1124 班第 10 周周五下午。九、 实验报告要求1. 列出实验电路元器件清单，要求在清单中标注个类器件的封装尺寸。2. 设计并输出 PCB 项目文件（包括原理图文件、元件库文件、封装库文件和 PCB 文件） 。3. 阐述 PCB 制版流程（热转印制板） 。4. 完成实验电路的焊接、安装和调试。5. 实验总结（附 PCB 制板图和装配后产品图，并配文字说明） 。56
