一种基于ATmega8学生实验板的设计与制作

于韶山

摘 要：本文采用ATmega8微处理器进行学生实验板的设计与制作。先规划出各电路模块，再设计电路原理图，应用热转印法手工制作出单面PCB板，最后手工焊接实现实验板的安装与调试，为学生提供一种价廉物美的单片机实验板。

关键词：ATmega8；电路设计；学生实验板；单片机教学

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.188

1 引言

嵌入式处理器已成为嵌入式系统应用和设计的主流，对于经济欠发达地区的中职学校，嵌入式教学系统平台已成为教学的瓶颈，设备添置满足不了教学需求。ATmega8是ATMEL公司推出的一款新型AVR高档单片机，具备AVR高档单片机MEGE系列的全部性能和特点，其价格仅与低档单片机相当，深受广大单片机用户的喜爱。本文采用基于Atmega8微处理器进行嵌入式教学平台电路设计，手工制作出单面PCB板，实现了实验板的设计与制作。

2 系统总体设计

总体设计原理框图如图2-1所示。单片机实验开发应用系统中 ATmega8核心模块通过RS232 与PC上位机进行通信，充分利用PC 机的资源。电源部分采用单独电源供电。该实验开发系统设计有下载器，只需一条下载线即可开始工作，使用方便，保证实验系统具有较高的性价比。

3 硬件电路设计

ATmega8单片机实验板上集成了LED数码管显示模块、 LCD液晶显示模块、通讯接口模块、流水灯、蜂鸣器模块、按键模块、 A /D和 D /A 转换模块、DS1302时钟模块、DS18B20测温模块、24C02存储模块等常用实验模块。同时实验板上还设计预留有可扩展的空间以满足学生进行综合课程设计、创新设计。

3.1 CPU模块设计

围绕核心芯片所设计的CPU模块如图 3-1所示。图中的复位电路 RESET有二种选择： 外部复位， J16必须插上短路块；或 PC6作I/O 口用， J16拔出短路块。晶振电路 XTAL1和 XTAL2 分别是片内振荡器的反向放大器的输入、输出端， 外接晶体振荡器。晶振有两种选择：一是外接8MHz无源晶振， 二是内部RC振荡器。当P1插上短路块时， 为用外接无源晶振；当P1不插短路块时， 则用 ATmega8内部振荡器。另外，模块还设计有ISP编程接口 ，实现在线下载或读取芯片内部程序。

3.2 具有自动识别输入电压极性的电源模块设计

具有自动识别输入电压极性的电源模块电路如图3-2所示，该电路有9V和5V双电源供电。10V直流电经J3加入电路板后经D3、D4、D6、D7四只二极管组成的极性保护电路。对学生而言，在实习中给实训板加错输入电压的极性，会给实验板带来了不必要的损害，有了具有自动识别输入电压极性的电路，对本实验板起到很好的保护作用。

3.3 流水灯和蜂鸣器模块设计

流水灯电路中的流水灯由LED1—LED8发光二极管组成，1K的限流电阻，发光二级管的正极经限流电阻接电源VCC，发光二极管负极由连接排线接单片机I/O口，采用的低电平驱动发光二级管。蜂鸣器电路（图3-3）由Q5、LS1、R11和R16组成，由JP14经连接导线接单片机驱动I/O端，采用的同样是低电平驱动。

3.4 显示模块设计

数码管显示模块采用采用动态扫描模式，选用四位一体共阳数码管，电路由SM1、R1—R8、Q1—Q4、R12—R15组成。Q1—Q4进行位码控制，连接线接单片机位码驱动I/O口，低电平有效驱动。段码控制经排线接单片机段码驱动I/O口，低电平有效。 LCD显示模块外接扩展LCD1602和外接扩展LCD128*64。

3.5 串口通信设计

ATmega8单片机与PC机通信采用MAX232串口通信模块。通信时，使用 RS232 接口线，从而实现 PC 机与ATmega8单片机的串行 UART通讯，充分利用 PC 机资源。

3.6 其它电路设计

ATmega8单片机实验板上还设计有按键模块、 A /D和 D /A 转换模块、24C02存储模块（图4-8）、DS1302时钟模块（图4-9）、DS18B20测温模块等常用实验模块；同时实验板上还设计预留有可扩展的空间以满足学生进行综合课程设计、创新设计等，满足学生的实验要求。

4 电路板的设计与制作

在总体电路框架分析后，先用Protel DXP软件进行电路设计，再用热转印法制作PCB电路板。具体的步骤如下：

（1）设计PCB板图：用Protel DXP软件绘制实验板电路原理图，再设计出实验板PCB板图。（2）打印：用激光打印机把设计好的PCB板图打印到热转印纸上。（3）预热、卸料：打开热转印机，将温度调节到180度左右，预热5—10分钟；根据PCB板的尺寸对覆铜板进行裁剪，并用细砂纸进行打磨去氧化。（4）热转印：将打印好电路图的热转印纸贴于覆铜板的铜面上，放入热转印机，热转移机便会自动地把PCB板图转印到覆铜板上。（5）修版：在热转印过程中可能有的电路线条受损，没转印过来，要对受损线条进行修补。（6）腐蚀：腐蚀液用1：1的双氧水和盐酸水溶液，将覆铜板浸入腐蚀液中，轻轻震动即可。注意腐蚀速度不能太快，否则会出现侧蚀。（7）清洗：先用清水进行清洗，再用汽油清洗掉墨粉（或用细砂纸打磨）。（8）打孔：用微型台钻进行打孔，钻头要用电路板专用钻头；打好孔后对板子进行清理、修边，再涂上松香水，一块精美的PCB板就做好了。

5 结束语

本文利用ATmega8微处理器来进行硬件设计，其目的是为经济欠发达地区的中职学生学习嵌入式系统提供一套制作简单、功能较多的的实验板，让学生在实训中学习单片机，降低学习难度，使他们能够把理论知识迅速赋予到工程实践中去。

参考文献：

[1]陈章余.基于SEP4020处理器嵌入式教学系统的开发与实现.[D]：[硕士学位论文].江苏南京：东南大学，2011.

[2]陈胜涛.嵌入式系统开发平台系统功能层的设计与实现.[D]：[硕士学位论文].青岛：青岛大学.

[3]ATmega8微处理器中文使用手册[S].

[4]文桦，邹雪城.基于ATmega8单片机多功能实验儀设计[J].山西电子技术，2010（04）.