PC串口通信RTS,DTR編程控制+方波發(fā)生與檢測設(shè)計 VB源碼+電路圖+PCB+報告

（1）通過本次課設(shè)，我熟悉了Altium Designer軟件，自己手動繪制一個原理圖過程中，對RS232每個引腳的作用有了一定的了解，同時熟悉了MAX232芯片的功能，但是在繪制PCB圖時遇到許多問題，作為一個AD新手，布局布線缺乏經(jīng)驗，在排版和布線時遇到很大的困難，一個PCB的布局布線長達(dá)一周時間內(nèi)無法完成，最后再別人的指導(dǎo)下完成了PCB的布局和布線。

（2）通過完整的制板流程，對制版工藝有了深刻的了解。通過自己的努力做的電路板，然后焊接調(diào)試，最終完成設(shè)計要求，感覺特別有成就感。在使用VB編程過程中，對VB可視化編程有了初步的接觸，其中直接使用控件，減少了編程的難度，同時，編程方法圖形化、界面化，可以直觀的看到實現(xiàn)結(jié)果，增加了我對編程的興趣。課設(shè)最重要的是鍛煉了解決問題的能力，通過串口通信的設(shè)計，對串口通信有了深刻的理解，計算機不再是一個簡單的單機，可以通過串口實現(xiàn)多個計算機之間數(shù)據(jù)傳輸和信息共享，往更深研究，串口可以完成計算機之間圖片共享、資料共享，通過一個簡單的串口，就能實現(xiàn)雙機之間的信息共享，低成本實現(xiàn)了高收益。

（3）在電路板焊接過程中，存在很多問題，由于PCB圖封裝選擇不合適，導(dǎo)致排針無法焊接，電源線和地線短接，調(diào)試遇到很大問題。

（4）通過DTR和RTS腳產(chǎn)生的方波經(jīng)過實際測試，誤差較小，有一定的實用性，通過串口和程序結(jié)合，可以很方便的產(chǎn)生一個占空比、周期可調(diào)的方波，實現(xiàn)方法簡單快捷。

通過測試30組不同周期，不同占空比的方波，發(fā)現(xiàn)當(dāng)給定頻率大于9000Hz時，輸出方波會出現(xiàn)失真；占空比小于11%、大于95%時，會出現(xiàn)波形失真。所以通過串口產(chǎn)生的周期、占空比可調(diào)的方波，可以使用范圍在：11%—95%占空比時，頻率小于9000Hz時，此時，產(chǎn)生波形的占空比相對誤差在0.02%左右，周期相對誤差幾乎為0。

目錄

綜合課程設(shè)計是在完成基本電子技術(shù)類、計算機類課程之后安排的綜合設(shè)計與訓(xùn)練環(huán)節(jié)，目的是要通過綜合課程設(shè)計這一實踐環(huán)節(jié)，使得學(xué)生建立起理論聯(lián)系實際的基本專業(yè)素質(zhì)，要求學(xué)生能夠根據(jù)設(shè)計任務(wù)和技術(shù)指標(biāo)要求完成電子信息系統(tǒng)設(shè)計全過程----設(shè)計、制作一個既包含硬件電路設(shè)計制作、又包含程序設(shè)計開發(fā)工作內(nèi)容的小型電子系統(tǒng)，利用電子線路CAD軟件（Altium Designer）完成原理圖繪制、PCB版圖設(shè)計，并根據(jù)版圖進行制版，然后進行安裝和調(diào)試工作；再選擇一種計算機編程語言，完成程序設(shè)計任務(wù)。通過綜合課程設(shè)計環(huán)節(jié)，使學(xué)生得到電子信息產(chǎn)品的設(shè)計、制作、調(diào)試、測試四大環(huán)節(jié)的完整過程訓(xùn)練，熟悉電子信息產(chǎn)品設(shè)計的一般過程。綜合課程設(shè)計對于提高學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識解決實際問題具有重要意義，同時也是培養(yǎng)學(xué)生獨立學(xué)習(xí)新知識的能力以及分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決實際問題的能力，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神的重要機會。

（1）計算機RS232串口＜―＞TTL串口的電平轉(zhuǎn)換；                              

（2）基于RTS、DTR功能引腳的數(shù)字控制電路設(shè)計；                                       

（3）綜合設(shè)計軟件和硬件，使得計算機串口成為周期可控、占空比可控的方波發(fā)生器；

（4）編寫程序?qū)崿F(xiàn)計算機之間的串行通信；                                    

（5）學(xué)有余力可以考慮如何利用串口閑置資源實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能。

1. 熟悉綜合課程的內(nèi)容和要求； 對所要求的內(nèi)容深刻理解，能夠提出綜合課程設(shè)計的合理方案，設(shè)計出符合性能指標(biāo)要求的電路，提出軟件開發(fā)思路。                                                            

2. 掌握Altium Designer的使用，完成原理圖設(shè)計：熟練的自建元件庫并繪出符合規(guī)格的原理圖                                          

3. 完成PCB制版圖繪制，掌握PCB設(shè)計規(guī)則并繪出符合模擬電路的PCB                              

4 制板：熟悉全套工藝的PCB制板過程，完成PCB板制作， 在此基礎(chǔ)上按照工藝要求安裝并調(diào)試出合格的產(chǎn)品                              

5. 根據(jù)任務(wù)要求，選擇計算機可視化程序設(shè)計語言，編寫程序，能夠?qū)崿F(xiàn)計算機之間相互通信、數(shù)字狀態(tài)輸出控制、波形發(fā)生等功能                       

5. 測試與驗收：熟悉產(chǎn)品測試技術(shù)，驗證設(shè)計結(jié)果是否實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)                                 

8. 撰寫課程設(shè)計報告。                                             

綜合課程設(shè)計結(jié)束時，要求學(xué)生寫出完整、規(guī)范的課程設(shè)計報告（主要包括設(shè)計任務(wù)及要求、軟硬件總體設(shè)計方案論證、硬件總體方案、各個功能電路設(shè)計、軟件總體方案、各個功能的程序設(shè)計，以及調(diào)試與測試，總結(jié)與體會等內(nèi)容，并附電路原理圖、PCB版圖及實物圖，程序運行界面、源代碼以及測試數(shù)據(jù)等）。指導(dǎo)教師根據(jù)答辯成績、批閱課程設(shè)計報告成績、模塊演示成績?nèi)�部分�?nèi)容確定最終成績。按照百分制評定成績：表現(xiàn)（10%）、設(shè)計制作質(zhì)量（50%）、實習(xí)報告（40%）。

1）正確實現(xiàn)RS232與TTL電平之間的相互轉(zhuǎn)換；                     

2）計算機串行端口實現(xiàn)至少3種功能（雙機通信、輸出控制、波形發(fā)生器）；                                                      

3）設(shè)計必要的數(shù)字電路，為輸出控制功能的驗證，提供操作對象。   

4）可視化程序設(shè)計結(jié)果支持硬件系統(tǒng)工作，能夠保證功能正確實現(xiàn)，界面友好，布局合理；                                       

具有數(shù)據(jù)采集功能——利用串口相關(guān)引腳，實現(xiàn)數(shù)字狀態(tài)的采集；                                            

設(shè)計必要的數(shù)字電路形成2路數(shù)字狀態(tài)發(fā)生電路，為數(shù)據(jù)采集提供信號源。

（1）RS232是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備(DCE)之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個25個腳的DB-25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。后來IBM的PC機將RS232簡化成了DB-9連接器，從而成為事實標(biāo)準(zhǔn)。而工業(yè)控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三條線。

（2）在RS-232-C中任何一條信號線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。即：邏輯“1”為-3到-15V;邏輯“0”為+3到+15V。

RS-232-C接口連接器一般使用型號為DB-9插頭座，通常插頭在DCE端，插座在DTE端。PC機的RS-232口為9芯針插座。一些設(shè)備與PC機連接的RS-232接口，因為不使用對方的傳送控制信號，只需要三條接口線，即“發(fā)送數(shù)據(jù)TXD”、“接收數(shù)據(jù)RXD”和“信號地GND”。RS-232傳輸線采用屏蔽雙絞線。

（3）由RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于4%的情況下，傳輸電纜長度應(yīng)為50英尺，其實這個4%的碼元畸變是很保守的，在實際應(yīng)用中，約有99%的用戶是按碼元畸變10%-20%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠(yuǎn)超過50英尺，美國DEC公司曾規(guī)定容許畸變?yōu)?0%而得出下面實驗結(jié)果。其中1號電纜為屏蔽電纜，型號為DECP.NO.9107723內(nèi)有三對雙絞線，每對有22#AWG組成，其外覆以屏蔽線。2號電纜為不帶屏蔽的電纜。

（4）接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與TTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。

(5)傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20Kbps;因此在“南方的老樹51CPLD開發(fā)板”中，綜合程序波特率只能采用19200，也是這個原因。

(6)接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。

(7)傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺，實際上也只能用在50米左右。(通過外接RS-232增強器可將傳輸距離擴大到1000米左右)

表3-1 RS232引腳功能

（1）MAX232是一種雙組驅(qū)動器/接收器，片內(nèi)含有一個電容性電壓發(fā)生器以便在單5V電源供電時提供EIA/TIA-232-E電平。當(dāng)用單片機和PC機通過串口進行通信，盡管單片機有串行通信的功能，但單片機提供的信號電平和RS232的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，因此要通過max232這種類似的芯片進行電平轉(zhuǎn)換。

（2） MAX232引腳

第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。

第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。

其中13腳(R1IN)、12腳(R1OUT)、11腳(T1IN)、14腳(T1OUT)為第一數(shù)據(jù)通道。

8腳(R2IN)、9腳(R2OUT)、10腳(T2IN)、7腳(T2OUT)為第二數(shù)據(jù)通道。

TTL/CMOS數(shù)據(jù)從11引腳(T1IN)、10引腳(T2IN)輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從14腳(T1OUT)、7腳(T2OUT)送到電腦DB9插頭;DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從13引腳(R1IN)、8引腳(R2IN)輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從12引腳

(R1OUT)、9引腳(R2OUT)輸出。

第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC(+5v)。

74HC04/74HCT04是六反相器,高速CMOS器件，低功耗肖特基的TTL(LSTTL)電路 。

將RS232每個腳通過3片MAX232電平轉(zhuǎn)換，之后再將轉(zhuǎn)換之后的輸出通過反相器增強驅(qū)動能力，然后接LED燈來檢測電平是否轉(zhuǎn)換；通過RS232的4腳（DTR）、7腳（RTS）利用軟件產(chǎn)生占空比、頻率可調(diào)的方波，然后接兩個LED燈來檢測方波；通過RS232的3腳（TXD）、2腳（RXD）實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。在VB中用TXD發(fā)送數(shù)據(jù)，外接LED燈來檢測是否接收到數(shù)據(jù)。

在VS2013開發(fā)環(huán)境中，編寫VB程序，通過一個下拉選擇框CheckBox來選擇串口，兩個文本框，一個用來發(fā)送數(shù)據(jù)，一個用來接收數(shù)據(jù)。4個Button按鈕，一個用來打開串口，一個關(guān)閉串口，一個發(fā)送數(shù)據(jù)，一個停止方波的產(chǎn)生。DTR、RTS產(chǎn)生占空比可調(diào)，頻率可調(diào)的方波，當(dāng)串口打開時，在DTR、RTS使能端有效時，通過選擇相應(yīng)的選擇框，即可產(chǎn)生方波，當(dāng)頻率和占空比文本框輸入為空時，設(shè)定的頻率為1000，占空比為50，當(dāng)輸入不為空時，頻率和占空比為當(dāng)前輸入的值，進而實現(xiàn)頻率和占空比可調(diào)。同時LED燈的D3,D5會按方波周期性閃亮。當(dāng)3腳發(fā)送數(shù)據(jù)時，LED的D4會閃亮，起來通信提示作用。

打開Altium Designer，新建一個工程，為工程添加一個原理圖和一個PCB圖，

然后在Altium Designer中找到相應(yīng)元器件的庫極其封裝，將所用到的元器件庫導(dǎo)入，封裝大小應(yīng)根據(jù)實際元器件的尺寸大小來選擇，找到合適的元器件封裝后，按照設(shè)計好的電路圖繪制原理圖，原理畫完之后，編譯原理圖，如果有錯誤，根據(jù)提示修改原理圖，編譯通過后，將原理圖導(dǎo)入PCB。然后將元器件布局，按照元器件之間交線盡可能小的原則將每個元器件放到合理的位置，然后通過手動布線將PCB圖連起來，最后生成最終的PCB圖。

圖中所示P5排針用來上電測試時接電源，通電時，LED燈D6亮，用來測試電源電路是否接通。

將RS232的輸出端通過3片MAX232電平轉(zhuǎn)換，將串口RS232信號電平（-10，+10V）轉(zhuǎn)換為TTL信號電平（0，+5V），MAX232的1,2,3,4,5，6引腳和4個電容構(gòu)成電荷泵電路，其功能是產(chǎn)生+12V和-12V電源，提供給RS232供電。

將轉(zhuǎn)換電平后的輸出經(jīng)過反相器增強驅(qū)動之后，外接LED燈，當(dāng)RS232輸出端給輸出時，LED燈點亮，當(dāng)DTR和RTS輸出方波時，D3和D5會按照方波周期性閃爍。

將元器件導(dǎo)入PCB后，將元器件布局，按照元器件之間交線盡可能小的原則將每個元器件放到合理的位置，然后通過手動布線將PCB圖連起來，最后生成最終的PCB圖。在畫PCB圖的過程中，線寬應(yīng)在30mil之間，焊盤大小和過孔應(yīng)選擇適當(dāng)。

底片輸出—裁板—鉆孔—拋光—烘干—刷感光線路油墨—貼線路層底片—曝光—顯影—水洗—蝕刻—水洗—脫膜—拋光—烘干—刷感光阻焊油墨—烘干—貼底片曝光—顯影—水洗—烘干—刷感光文字油墨—烘干—貼底片曝光—顯影—水洗—沉錫—切邊。

1）打印底片：線路層、字符層、底片。

2）裁板（保留20mm工藝邊）

3）鉆孔（鉆頭尖離板0.5mm）

4）拋光 （去除表面氧化物及油污，去除鉆孔時產(chǎn)生的毛刺）

5）烘干（去除孔內(nèi)殘余水分）

6）刷感光線路油墨（90T絲網(wǎng)框）

7）烘干油墨（85℃，15分鐘）

8）貼底片曝光（時間16s，先底片對位）

9）顯影（45℃-50℃ ）20-40s

10）水洗及二次固化（85℃，5-10min）

11）蝕刻（溫度50℃）30s-75s 通常50s

12）水洗

13）脫膜

14）水洗

15）刷感光阻焊油墨（感光阻焊油墨：固化劑=3:1，如果油墨比較黏的話，需要增加油墨稀釋劑調(diào)整）

16）油墨烘干（85℃，20min）

17）貼底片曝光（45s）

18）顯影 20-40s

19）水洗

20）烘干

21）刷感光文字油墨（感光字符油墨：固化劑=3:1，如果油墨比較黏，需要增加油墨稀釋劑，油墨一定要調(diào)整）

22）油墨烘干（85℃，10-20分鐘）

23）貼底片 曝光（60s）45s

24）顯影

25）水洗

27）切邊

在VS2013開發(fā)環(huán)境中，編寫VB程序，通過一個下拉選擇框CheckBox來選擇串口，兩個文本框，一個用來發(fā)送數(shù)據(jù)，一個用來接收數(shù)據(jù)。4個Button按鈕，一個用來打開串口，一個關(guān)閉串口，一個發(fā)送數(shù)據(jù)，一個停止方波的產(chǎn)生。DTR、RTS產(chǎn)生占空比可調(diào)，頻率可調(diào)的方波，當(dāng)串口打開時，在DTR、RTS使能端有效時，通過選擇相應(yīng)的選擇框，即可產(chǎn)生方波，當(dāng)頻率和占空比文本框輸入為空時，設(shè)定的頻率為1000，占空比為50，當(dāng)輸入不為空時，頻率和占空比為當(dāng)前輸入的值，進而實現(xiàn)頻率和占空比可調(diào)。同時LED燈的D3,D5會按方波周期性閃亮。當(dāng)3腳發(fā)送數(shù)據(jù)時，LED的D4會閃亮，起來通信提示作用。

將元器件按照原理圖上的正負(fù)插到板子中相應(yīng)的位置，然后按照先低后高、先小后大的順序依次焊接元器件，焊接過程中應(yīng)該邊焊接邊測試，以便于后面的調(diào)試。焊接完成后對應(yīng)原理圖將每條線進行檢查，確定沒有虛焊、漏焊和短路情況時，然后上電測試。

將元器件焊接到板子上之后，用萬用表對每個電路模塊進行排線檢查，確定沒有虛焊、短路之后，上電測試。首先對電源電路進行上電測試，給電源外接3V電壓，電源電路指示燈亮，說明電源電路工作正常，然后對其他模塊電路進行檢測。測試實物及接線圖如下圖所示。

在VB控制面板，選擇當(dāng)前設(shè)備識別到的串口，并打開該串口。選擇DTR和RTS使能端，然后選擇RTS和DTR方波產(chǎn)生，LED燈D3和D5按照給定頻率點亮和熄滅。然后用示波器分別測量RTS和DTR腳，觀察實際產(chǎn)生方波的頻率和占空比，并且與設(shè)定周期和占空比進行比較，計算周期和占空比的絕對誤差、相對誤差。絕對誤差=|示值-標(biāo)準(zhǔn)值|；相對誤差=|示值-標(biāo)準(zhǔn)值|/真實值。測試數(shù)據(jù)如下：

USB轉(zhuǎn)RS232串口輸出電壓測試（直接測USB轉(zhuǎn)串口9針線有關(guān)參數(shù)）

多功能串口板卡TTL信號輸出電平測試（測課程設(shè)計完成板卡的TTL端有關(guān)參數(shù)）

第一組測試：（設(shè)定周期、占空比，觀測實際結(jié)果）

設(shè)定周期：1000ms實際周期：1000ms設(shè)定占空比：50%實際占空比：50%

輸出信號幅度：2.88V 周期絕對誤差：0周期相對誤差：0 占空比絕對誤差：0占空比相對誤差：0

第二組測試：（改變周期、占空比，觀測實際結(jié)果）

設(shè)定周期：4000ms實際周期：4009ms設(shè)定占空比：80%實際占空比：79.8%

輸出信號幅度：2.79V 周期絕對誤差：9ms周期相對誤差：0.22%

占空比絕對誤差：0.718占空比相對誤差：0.25%

第三組測試：（改變周期、占空比，觀測實際結(jié)果）

設(shè)定周期：  2000ms 實際周期： 2013ms 設(shè)定占空比： 80% 實際占空比： 79.2%         

輸出信號幅度：2.89V 周期絕對誤差 13ms 周期相對誤差： 0.64%      

占空比絕對誤差 0.008 占空比相對誤差：0.01%   

第三組測試：（改變周期、占空比，觀測實際結(jié)果）

設(shè)定周期：2000ms實際周期：2013ms設(shè)定占空比：80%實際占空比：79.2%

輸出信號幅度：2.89V 周期絕對誤差：13ms周期相對誤差：0.64%

占空比絕對誤差：0.008占空比相對誤差：0.01%

圖5-6 周期（2000ms）占空比（80%）的方波

第四組測試：（改變周期、占空比，觀測實際結(jié)果）

設(shè)定周期：1000ms實際周期：1000ms設(shè)定占空比：60%實際占空比：60%

輸出信號幅度：4.7V周期絕對誤差：0周期相對誤差：0

占空比絕對誤差：0占空比相對誤差：0

  輸出波形截圖（粘貼下方）：

第五組測試：（改變周期、占空比，觀測實際結(jié)果）

設(shè)定周期：3000ms實際周期：3000ms設(shè)定占空比：50%實際占空比：52.67%

輸出信號幅度：4.8V周期絕對誤差：0周期相對誤差：0