電子線路cad課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　電子線路CAD課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　院、 系： 信息工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　二0一三 年 六 月 二十六 日</p><p>　　目 錄</p><p>　　題目一：振蕩電路設(shè)計(jì)仿真………………………………………3</p><p>　　1.課程設(shè)計(jì)目的……………………………………………

3、………3</p><p>　　2.課程設(shè)計(jì)題目描述和要求………………………………………3</p><p>　　3.課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容 ……………………………………………3</p><p>　　題目二：AT89C51單片機(jī)開發(fā)板設(shè)計(jì)……………………………10</p><p>　　1.課程設(shè)計(jì)目的……………………………………………………10<

4、;/p><p>　　2.課程設(shè)計(jì)題目描述和要求………………………………………10</p><p>　　3.課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容 ……………………………………………10</p><p>　　設(shè)計(jì)和仿真過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法 ……………………17</p><p>　　設(shè)計(jì)總結(jié) …………………………………………………………17</p>

5、<p>　　參考書目 …………………………………………………………17</p><p>　　題目一：振蕩電路設(shè)計(jì)仿真</p><p><b>　　1.課程設(shè)計(jì)目的：</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)以電子線路CAD軟件設(shè)計(jì)原理為基礎(chǔ)，重點(diǎn)在硬件設(shè)計(jì)領(lǐng)域中實(shí)用的電子線路設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用。使學(xué)生掌握電子線路設(shè)計(jì)中使用CAD的方法。

6、為后繼課程和設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。</p><p>　　2.課程設(shè)計(jì)題目描述和要求：</p><p>　　在protel上用555定時(shí)器以及外加電阻、電容，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的電子琴，能夠通過(guò)改變開關(guān)的閉合，可以產(chǎn)生1、2、3、4、5、6、7、i，這8個(gè)音符。要求畫出電路原理圖并進(jìn)行PCB仿真。</p><p>　　3.課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容：</p><p>

7、<b>　　3.1 設(shè)計(jì)原理：</b></p><p>　　555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，外形為雙列直插8腳結(jié)構(gòu)，體積很小，使用起來(lái)方便。只要在外部配上幾個(gè)適當(dāng)?shù)淖枞菰?，就可以?gòu)成史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及自激多諧振蕩器等脈沖信號(hào)產(chǎn)生與變換電路。它在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、定時(shí)電路、家用電器、電子玩具、電子樂(lè)器等方面有廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　多

8、諧振蕩器的工作原理：多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除基波外還含有豐富的高次諧波，故 稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之 間來(lái)回轉(zhuǎn)換，故又稱它為無(wú)穩(wěn)態(tài)電路。由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖1所示，R1，R2和C是外接定時(shí)元件，電路中將高電平觸發(fā)端（6腳） 和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到R2和C的連接處，將放電端（7腳）接到R1，R2的連接處。<

9、/p><p>　　由于接通電源瞬間，電容C來(lái)不及充電，電容器兩端電壓uc為低電平，小于（1/3）Vcc，故高電平觸發(fā) 端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出uo為高電平，放電管VT截止。這時(shí)，電源經(jīng)R1，R2對(duì)電容C充電，使 電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)uc上升到（2/3）Vcc時(shí)，輸出uo為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把uc從（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc這段時(shí)間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時(shí)間TPH的長(zhǎng)短與電

10、容的充電時(shí)間有關(guān) 。充電時(shí)間常數(shù)T充=（R1＋R2）C。</p><p>　　由于放電管VT導(dǎo)通，電容C通過(guò)電阻R2和放電管放電，電路進(jìn)人第二暫穩(wěn)態(tài).其維持時(shí)間TPL的長(zhǎng)短與電 容的放電時(shí)間有關(guān)，放電時(shí)間常數(shù)T放＝R2C0隨著C的放電，uc下降，當(dāng)uc下降到（1/3）Vcc時(shí)，輸出uo。 為高電平，放電管VT截止，Vcc再次對(duì)電容c充電，電路又翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)。不難理解，接通電源后，電 路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來(lái)回翻

11、轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc電壓總是在（1/3～2/3）Vcc 之間變化。圖1（b）所示為工作波形。</p><p>　　圖1 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路及工作波形</p><p>　　集成555定時(shí)器有雙極性型和CMOS型兩種產(chǎn)品。一般雙極性型產(chǎn)品型號(hào)的最后三位數(shù)都是555，CMOS型產(chǎn)品型號(hào)的最后四位數(shù)都是7555.它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。器件電源電壓

12、推薦為4．5～12V，最大輸出電流200mA以內(nèi)，并能與TTL、CMOS邏輯電平相兼容。其主要參數(shù)見表8.1。</p><p>　　555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖及邏輯符號(hào)和管腳排列分別如下：</p><p><b>　　【邏輯符號(hào)】</b></p><p><b>　　【內(nèi)部原理圖】</b></p><p

13、>　　Vi1（TH）：高電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標(biāo)志為TH。</p><p>　　Vi2（TR）：低電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱低觸發(fā)端，標(biāo)志為TR。</p><p>　　VCO：控制電壓端。</p><p><b>　　VO：輸出端。</b></p><p><b>　　Dis：放電端。</b&

14、gt;</p><p><b>　　Rd：復(fù)位端。</b></p><p>　　555定時(shí)器內(nèi)含一個(gè)由三個(gè)阻值相同的電阻R組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生VCC和VCC兩個(gè)基準(zhǔn)電壓；兩個(gè)電壓比較器C1、C2；一個(gè)由與非門G1、G2組成的基本RS觸發(fā)器（低電平觸發(fā)）；放電三極管T和輸出反相緩沖器G3。</p><p>　　Rd是復(fù)位端，低電平有效。復(fù)位后,

15、基本RS觸發(fā)器高端為1（高電平），經(jīng)反相緩沖器后，輸出為0（低電平）。</p><p><b>　　【邏輯功能】</b></p><p>　　在555定時(shí)器的VCC端1/3和地之間加上電壓，并讓VCO懸空，則比較器C1的同相輸入端接參考電壓1/3VCC，比較器C2反相輸入端接參考電壓2/3VCC ，為了學(xué)習(xí)方便，我們規(guī)定：</p><p>　　

16、當(dāng)TH端的電壓>1/3VCC時(shí)，寫為VTH=1，當(dāng)TH端的電壓<2/3VCC時(shí)，寫為VTH=0。</p><p>　　當(dāng)TR端的電壓>2/3VCC時(shí)，寫為VTR=1，當(dāng)TR端的電壓<1/3VCC時(shí)，寫為VTR=0。</p><p>　?、?低觸發(fā)：當(dāng)輸入電壓Vi2<VCC2/3 且Vi1<1/3VCC時(shí)，VTR=0，VTH=0，比較器C2輸出為低電平，C

17、1輸出為高電平，基本RS觸發(fā)器的輸入端TH=0、TR=1，，經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO＝1，T截止。這時(shí)稱555定時(shí)器“低觸發(fā)”；</p><p>　?、?保持：若Vi2>1/3VCC 且Vi1<2/3VCC，則VTR=1，VTH=0，基本RS觸發(fā)器保持，VO和T狀態(tài)不變，這時(shí)稱555定時(shí)器“保持”。</p><p>　?、?高觸發(fā)：若Vi1>2/3VCC，則VTH=1，比

18、較器C1輸出為低電平，無(wú)論C2輸出何種電平，基本RS觸發(fā)器,經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO＝0；T導(dǎo)通。這時(shí)稱555定時(shí)器“高觸發(fā)”。</p><p>　　VCO為控制電壓端，在VCO端加入電壓，可改變兩比較器C1、C2的參考電壓。正常工作時(shí)，要在VCO和地之間接0．01μF（電容量標(biāo)記為103）電容。放電管Tl的輸出端Dis為集電極開路輸出。</p><p><b>　　元器件選擇：

19、</b></p><p>　　根據(jù)555多諧震蕩的原理選擇電阻：由上所述可知：555芯片輸出端輸出的頻率計(jì)算公式為f=1.43/((R1+2R2)C)</p><p>　　再由下表所列的八個(gè)音階分別對(duì)應(yīng)的頻率可以令R1為一固定阻值，通過(guò)開關(guān)調(diào)節(jié)的幾個(gè)串聯(lián)的電阻當(dāng)做R2。分別選用6個(gè)2千歐電阻，一個(gè)1千歐和一個(gè)十三千歐的電阻串聯(lián)接于引腳6和引腳七。大概電路圖1所示。</p&

20、gt;<p>　　電容選擇：通過(guò)計(jì)算可以得出6引腳所需電容為0.1μF。輸出端3接4.7μF電容。</p><p>　　根據(jù)以上選擇計(jì)算實(shí)際頻率與真實(shí)頻率對(duì)比如下：</p><p><b>　　元器件清單：</b></p><p>　　protel電路原理圖設(shè)計(jì)：</p><p><b>　　步驟

21、：</b></p><p>　　1. 建立DDB文檔，建立SCH文件，SCH工作環(huán)境設(shè)置。</p><p>　　2. 建立SCH庫(kù)文件，新元件的編輯與保存。</p><p><b>　　3. 繪制原理圖。</b></p><p>　　4. 生成網(wǎng)絡(luò)表并檢查無(wú)誤。</p><p><

22、;b>　　原理圖：</b></p><p>　　protel電路仿真分析：</p><p><b>　　步驟：</b></p><p>　　建立PCB文件，PCB工作環(huán)境設(shè)置。</p><p>　　建立PCB庫(kù)文件，新封裝的編輯與保存。</p><p>　　PCB布局：畫出PCB

23、邊框，放置安裝孔，調(diào)整元件位置，編輯元件。</p><p>　　設(shè)置布線規(guī)則并布線，最后覆銅生成PCB板。</p><p><b>　　PCB仿真圖：</b></p><p><b>　　TopLayer</b></p><p>　　BottomLayer</p><p>　

24、　題目二：AT89C51單片機(jī)開發(fā)板設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.課程設(shè)計(jì)目的：</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)以電子線路CAD軟件設(shè)計(jì)原理為基礎(chǔ)，重點(diǎn)在硬件設(shè)計(jì)領(lǐng)域中實(shí)用的電子線路設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用。使學(xué)生掌握電子線路設(shè)計(jì)中使用CAD的方法。為后繼課程和設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。</p><p>　　2.課程設(shè)計(jì)題目描述和要求：</p&g

25、t;<p>　　利用Protel軟件設(shè)計(jì)一種基于89C51單片機(jī)的開發(fā)板。要求開發(fā)板以51系列單片機(jī)為核心控制器，板上資源主要包括串口通信模塊、8段數(shù)碼管顯示模塊、A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊、LCD顯示模塊、鍵盤模塊、發(fā)光二極管顯示模塊、電源模塊等。按要求確定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方案，用Protel繪制出相應(yīng)的電路原理圖，并進(jìn)行PCB板模擬仿真。</p><p>　　3.課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容：</p>

26、<p><b>　　3.1 設(shè)計(jì)原理：</b></p><p>　　本開發(fā)板共分為十一個(gè)模塊，分別是：C51單片機(jī)主控制器模塊、USB電源模塊、鍵盤模塊、AD模塊、DA模塊、DS1302時(shí)鐘模塊、八段數(shù)碼管顯示模塊、LCD1602模塊、串行口通信模塊、發(fā)光二極管顯示模塊、蜂鳴器模塊。其中以C51單片機(jī)作為核心控制器；鍵盤模塊用來(lái)向單片機(jī)輸入特定編碼的信息；AD模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換；

27、DA模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)DA轉(zhuǎn)換；DS1302時(shí)鐘模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘； MXA232模塊通過(guò)串行口實(shí)現(xiàn)通信；數(shù)碼管模塊用來(lái)顯示簡(jiǎn)單的數(shù)字、字母；LCD1602模塊用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)；發(fā)光二極管顯示模塊用來(lái)顯示單片機(jī)I/O口電平的變化；蜂鳴器模塊用來(lái)發(fā)出聲音。</p><p>　　模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖1：</p><p><b>　　圖1</b></p>&l

28、t;p>　　C51單片機(jī)主控制器模塊：</p><p>　　C51單片機(jī)最小系統(tǒng)包括：MCU、復(fù)位電路、晶振電路。其中復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位方式，選取晶振為12MHZ，系統(tǒng)機(jī)器周期為1us。。原理圖如圖2所示：</p><p><b>　　圖2</b></p><p><b>　　鍵盤輸入模塊：</b></p&g

29、t;<p>　　在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。J15用來(lái)連接P0口與矩陣鍵盤模塊，在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如P0口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯。原理圖如圖3所示：</p><p><b>　　圖3</b&g

30、t;</p><p><b>　　AD轉(zhuǎn)換模塊：</b></p><p>　　ADC0804是屬于連續(xù)漸進(jìn)式（Successive Approximation Method）的A/D轉(zhuǎn)換器，這類型的A/D轉(zhuǎn)換器除了轉(zhuǎn)換速度快（幾十至幾百us）、分辨率高外，還有價(jià)錢便宜的優(yōu)點(diǎn)，普遍被應(yīng)用于微電腦的接口設(shè)計(jì)上。原理圖如圖4所示：</p><p>&

31、lt;b>　　圖4</b></p><p><b>　　DA轉(zhuǎn)換模塊：</b></p><p>　　DAC0832是使用非常普遍的8位D/A轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為1μs，工作電壓為+5V~+15V，基準(zhǔn)電壓為10?V。它主要由兩個(gè)8為寄存器和一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器組成。其轉(zhuǎn)換原理與T型解碼網(wǎng)速一樣，由于其片內(nèi)有輸入數(shù)據(jù)寄存器，故可以直接與單片機(jī)接口。DA

32、C0832以電流形式輸出，當(dāng)輸出需要轉(zhuǎn)換為電壓時(shí)，可外界運(yùn)算放大器。原理圖如圖5所示：</p><p><b>　　圖5</b></p><p><b>　　實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊：</b></p><p>　　DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)

33、行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬達(dá)2.5～5.5V。原理圖如圖6所示：</p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　MXA232通信模塊：</p><p>　　MAX232芯片是RS232標(biāo)準(zhǔn)接口芯片，使用+5v單電源供電。是PC機(jī)與單片機(jī)串口進(jìn)行通訊的電平轉(zhuǎn)換芯片。原理圖如圖7所示：</p><p&

34、gt;<b>　　圖7</b></p><p>　　LED1062模塊：</p><p>　　LCD1602點(diǎn)陣字符液晶模塊是由點(diǎn)陣字符液晶顯示器件和專用的行列驅(qū)動(dòng)器，控制器及必要的連接件，結(jié)構(gòu)件裝配而成，可以顯示數(shù)字和英文字符。原理圖如圖8所示：</p><p><b>　　圖8</b></p><p

35、>　　protel電路原理圖設(shè)計(jì)：</p><p><b>　　步驟：</b></p><p>　　1. 建立DDB文檔，建立SCH文件，SCH工作環(huán)境設(shè)置。</p><p>　　2. 建立SCH庫(kù)文件，新元件的編輯與保存。</p><p><b>　　3. 繪制原理圖。</b></p&

36、gt;<p>　　4. 生成網(wǎng)絡(luò)表并檢查無(wú)誤。</p><p><b>　　原理圖：</b></p><p>　　protel電路仿真分析：</p><p><b>　　步驟：</b></p><p>　　建立PCB文件，PCB工作環(huán)境設(shè)置。</p><p>　

37、　建立PCB庫(kù)文件，新封裝的編輯與保存。</p><p>　　PCB布局：畫出PCB邊框，放置安裝孔，調(diào)整元件位置，編輯元件。</p><p>　　設(shè)置布線規(guī)則并布線，最后覆銅生成PCB板。</p><p><b>　　PCB仿真圖：</b></p><p><b>　　TopLayer</b>&l

38、t;/p><p>　　BottomLayer</p><p>　　設(shè)計(jì)和仿真過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法：</p><p>　　protel和win7不兼容，不顯示元件庫(kù)。</p><p>　　解決方法：下載補(bǔ)丁插件，手動(dòng)添加元件庫(kù)。</p><p>　　元件被選中后無(wú)法解除選中狀態(tài)。</p><p>

39、;　　解決方法：?jiǎn)螕艄ぞ邫谥邪粹o，就能解除選中狀態(tài)。</p><p>　　封裝時(shí)找不到封裝元件。</p><p>　　解決方法：手動(dòng)復(fù)制PCBLIB1.LIB文件到Documents下，再雙擊打開，單擊屏幕右側(cè)UpdatePCB按鈕添加即可。</p><p>　　自動(dòng)布線前不會(huì)設(shè)置線寬。</p><p>　　解決方法：?jiǎn)螕鬌esign—Rul

40、es—Width Constraint—Add,在彈出窗口左側(cè)選擇要改變的線型，在右側(cè)設(shè)置線寬。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)：</b></p><p>　　做這次課程設(shè)計(jì)真的是讓我受益匪淺。通過(guò)做這次的課程設(shè)計(jì)，我了解了用Protel軟件繪制出電路原理圖和PCB圖的一般步驟和方法，這對(duì)我們以后制作集成電路板是大有幫助的。 </p>&

41、lt;p>　　雖然這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，遇到了很多問(wèn)題，如Protel安裝、元器件查找、線寬設(shè)置···但正是這些問(wèn)題的存在，讓我們體會(huì)到了通過(guò)自己看書查資料解決問(wèn)題以后的喜悅。所以說(shuō)這次課程設(shè)計(jì)不僅讓我們認(rèn)識(shí)了Protel，也初步了解了電子電路CAD的形式，更為重要的是讓我們提高了自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題以及團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力。</p><p>　　所以最后，我要衷心的感謝幫助過(guò)我的老

42、師和同學(xué)們，謝謝你們！</p><p><b>　　參考書目：</b></p><p>　　[1] 張偉，《單片機(jī)原理及應(yīng)用》，機(jī)械工業(yè)出版社，2005 </p><p>　　[2] 張?chǎng)?，《單片機(jī)原理及應(yīng)用》，電子工業(yè)出版社，2005 </p><p>　　[3] 丘關(guān)源，《電路》，高等