1 在單片機課程設計中引入EDA軟件的必要性

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

2 課程設計實例——4位數顯儀表

為了詳細說明Protel軟件在單片機課程設計中的應用，本文以4位數顯儀表作為一個具體實例，詳細說明單片機電路的設計方法和設計流程。本實例來源于實際工程項目，在引入到課程設計后做了適當的簡化，但要求學生獨立完成大部分的設計工作，每個學生設計的電路形式、參數可以有所差異，關鍵是要掌握單片機電路的設計思想和設計方法。具體設計流程分為功能模塊劃分、電路原理圖設計、PCB板圖設計、電路制板、電路板焊接調試等步驟。教學目標是通過此課程設計讓學生初步掌握單片機電路的設計思想和一般方法，并作為日后設計實用電路的參考。

2.1 功能模塊劃介

4位數顯儀表的主要功能是將傳感器采集的模擬信號，通過調理放大后送到AD轉換器進行AD轉換；單片機將AD轉換的結果進行運算和處理，驅動4位數碼管顯示采集的數據，并具備超限聲光報警（驅動蜂鳴器和繼電器）及與PC機通信（RS232）的功能。為了實現上述功能，現將4位數顯儀表劃分為信號調理模塊、AD轉換模塊、單片機主控模塊、顯示驅動模塊、通信模塊、電源模塊共6個功能模塊。在實際課程設計過程中，可根據學生的具體情況，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。教學方法上需注意要求學生一定要采用分塊設計及分塊調試的方法，先局部后整體，而不能將整個系統完全搭建好了以后再開始調試，否則一旦出現錯誤時，排查起來將比較困難。

2.2 功能模塊設計

（1）信號調理模塊及AD轉換模塊。

信號調理模塊采用2片OP07將傳感器輸入的模擬信號進行調理和放大，然后送到AD轉換模塊進行AD轉換，AD轉換器采用24位AD轉換器CS5550將模擬信號轉換為數字信號后送到單片機進行運算和處理。

（2）單片機主控模塊。

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

（3）顯示驅動模塊。

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

（4）通信模塊。

通信模塊采用MAX232芯片實現與PC機的通信。在課程設計過程中，對應的上位機通信軟件由教師提供給學生，用于檢測通信模塊是否正常工作。這個模塊的設計可以加深學生對RS232通信原理的理解，并且掌握最基本的通信握手協議格式。

2.3 PCB板圖設計及電路板制做

以往的單片機課程設計中，當電路原理圖繪制完成后，學生就用面包板或萬用板及導線制做電路板，制做效率較低，而且出現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入PCB板圖并進行繪制，然后通過熱轉印法和PCB雕刻機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線，在查找錯誤和修改電路參數時也比較方便。

2.4 電路板的焊接及調試

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

3 結語

在單片機課程設計的實踐教學環節中，通過引EDA軟件進行輔助設計，不僅能極大提高設計效率和成功率，還能激發學生的學習興趣和創新能力，教學效果得到了明顯提高。并且這些設計思想、設計流程和設計方法可以應用于日后工作中的實用電路設計中，有很強的實際應用價值。
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