Protel應(yīng)用課程設(shè)計(jì)溫度控制及顯示電路

1、武漢理工大學(xué)protel應(yīng)用課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 通信 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: protel應(yīng)用課程設(shè)計(jì)-溫度控制及顯示電路 初始條件：protel 99 se 及以上版本如protel dxp要求完成的主要任務(wù): （1）繪制具有一定規(guī)模、一定復(fù)雜程度的電路原理圖*.sch（自選）?？梢陨婕澳M、數(shù)字、高頻、單片機(jī)等等電路。 （2）繪制電路原理圖相應(yīng)的雙面印刷版圖*.pcb （3）選做：對電路原理圖進(jìn)行仿真，給出仿真結(jié)果（如波形*.sdf、數(shù)據(jù)）并說明是否達(dá)到設(shè)計(jì)意圖。時間安排： （1）第1-3周：選題及任務(wù)安排。 （2）第4-10周：方案選擇及

2、設(shè)計(jì)。 （3）第11-16周：仿真及pcb制作（鑒主13樓計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室）。 （4）第17-18周：撰寫報(bào)告及答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日 摘 要protel是portel公司在80年代末推出的eda軟件，在電子行業(yè)的cad軟件中，它當(dāng)之無愧地排在眾多eda軟件的前面，是電子設(shè)計(jì)者的首選軟件，其基于windows環(huán)境的99se版本,不僅提供了功能完備的電路設(shè)計(jì)工具,而且具備強(qiáng)大的電路仿真能力。protel應(yīng)用實(shí)踐課程設(shè)計(jì)旨在讓同學(xué)們對protel軟件的熟練操作，并對其各項(xiàng)強(qiáng)大功能的了解。本次課程設(shè)計(jì)是以溫度控制及顯示電路為例，敘述電路原理圖（sch）的

3、設(shè)計(jì)、印制電路板（pcb）的制作以及電路的仿真分析的具體步驟和出現(xiàn)問題的解決方法。溫度控制及顯示電路由電源電路、信號采集電路、a/d轉(zhuǎn)換及顯示電路和報(bào)警電路四個模塊組成。因?yàn)榇穗娐繁容^復(fù)雜，所以我們采用了層次電路的設(shè)計(jì)思想，即模塊化的設(shè)計(jì)，來繪制總的原理圖。首先，要將總的電子系統(tǒng)分為若干個功能模塊，然后自頂向下分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣可以使電路層次結(jié)構(gòu)清晰，設(shè)計(jì)分工明確，便于理解和操作。 關(guān)鍵詞：protel99 se, 功能完備， 溫度控制及顯示電路， 層次電路設(shè)計(jì)思想 abstractprotel is introduced by portel company in the late 1980s

4、 in electronic industry, as a kind of eda software .in cad software series of electronic industry, protel,which is deservedly ahead of many eda software products, is the first selection of electronic designers. the software version of windows environment based on 99se, not only provides the function

5、 complete circuit design tools, but also has the strong ability of circuit simulation. the practical application of protel curriculum design aims to enable students to manipulate the software of protel and its various powerful functions. this course is a pulse width modulation signal control circuit

6、 for example, d circuit principle diagram (sch), design of printed circuit board (pcb) production and circuit simulation analysis of the specific steps and the solution to the problem.temperature control and display circuit by power supply circuit, signal acquisition circuit, a/d conversion and disp

7、lay circuit and alarm circuit four modules. because of this circuit is more complex, so we adopt hierarchical circuit design ideas, namely the modular design, and to draw general principle diagram. first, to general electronic system is divided into several function module, then the top-down design

8、respectively. this can make the circuit structure is clear and definite division, design and operation.keywords:protel99 se, fully functional, temperature control and display circuit, hierarchical circuit design ideas目 錄摘 要3abstract41.溫度控制及顯示電路的原理61.1電路的總原理框圖61.2電源電路原理圖71.3信號采集電路原理圖81.4 a/d轉(zhuǎn)換及顯示電路原理

9、圖81.5報(bào)警電路92原理圖繪制92.1層次電路的設(shè)計(jì)思想92.2新建原理圖設(shè)計(jì)庫文件92.3載入元件庫112.4編輯電路總原理圖112.5繪制子模塊電路122.5.1電路原理圖繪制的基本方法122.5.2電源電路的繪制及重要參數(shù)設(shè)置132.5.3信號采集電路繪制132.5.4a/d轉(zhuǎn)換及顯示電路繪制142.5.5報(bào)警電路繪制142.6.erc電氣規(guī)則檢查152.7生成網(wǎng)絡(luò)表152.8生成材料清單163.印制電路板設(shè)計(jì)163.1創(chuàng)建pcb文件163.2電路板的規(guī)劃及網(wǎng)絡(luò)表的載入163.3手動制作封裝庫文件173.4手動布局與自動布線183.5電路板設(shè)計(jì)技巧鋪銅194個人小結(jié)215參考文獻(xiàn)：22

10、附錄23材料清單23溫度控制及顯示電路1.溫度控制及顯示電路的原理1.1電路的總原理框圖 溫度控制及顯示電路由電源電路、信號采集電路、a/d轉(zhuǎn)換及顯示電路和報(bào)警電路四個模塊組成。電源電路輸出正負(fù)5v的直流電，為整個電路提供能量。信號采集電路將溫度信號轉(zhuǎn)化模擬信號，并輸出至a/d轉(zhuǎn)換及顯示電路和報(bào)警電路。a/d轉(zhuǎn)換及顯示電路可以將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并通過數(shù)碼管顯示出來。報(bào)警電路則在模擬信號超過限定值時發(fā)出報(bào)警信號。 圖1 原理框圖1.2電源電路原理圖電源電路主要由集成穩(wěn)壓電源器和消振及保護(hù)電容組成。輸入的12v直流電壓經(jīng)過集成穩(wěn)壓器7805/7905后輸出為穩(wěn)定的5v直流電壓，為整個電路提

11、供能量。因?yàn)榭紤]到a/d轉(zhuǎn)換及顯示電路部分有cmos系列的集成芯片cc14433，輸出端還提供了+5v的電壓vdd和接地端vss。 圖 2 電源電路1.3信號采集電路原理圖信號采集電路主要是對鐵塊現(xiàn)時溫度的檢測轉(zhuǎn)換,溫度的檢測由鉑電阻完成,用電橋得到差動值,經(jīng)差動放大器放大后,送入a/d轉(zhuǎn)換及顯示電路和報(bào)警電路。圖 3 信號采集電路1.4 a/d轉(zhuǎn)換及顯示電路原理圖 a/d轉(zhuǎn)換及顯示電路主要由cmos系列中的 3 位半雙積分型a/d 芯片cc14433和七段譯碼顯示電路cd4511組成。通過此電路，完成對采樣得到的模擬信號的a/d轉(zhuǎn)換及顯示。圖 4 a/d轉(zhuǎn)換及顯示電路1.5報(bào)警電路報(bào)警電路主

12、要是通過一個電壓比較器和發(fā)光二極管來實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。同時，電壓比較器的輸出還接至三極管的基極，并通過二極管和單刀雙擲繼電器開關(guān)實(shí)現(xiàn)對整個電路通斷的控制。圖 5 報(bào)警電路2原理圖繪制原理圖的設(shè)計(jì)流程如下： 新建原理圖設(shè)計(jì)庫文件載入元件庫元件放置與布局原理圖的繪制元件屬性的編輯電氣規(guī)則檢查生成網(wǎng)絡(luò)表2.1層次電路的設(shè)計(jì)思想當(dāng)編輯復(fù)雜電子產(chǎn)品的電路原理圖時，在特定幅面的圖紙上繪制出整個電子系統(tǒng)的原理圖有一定難度。這時我們可以采用層次電路的設(shè)計(jì)思想，即模塊化的設(shè)計(jì)，來繪制總的原理圖。用戶可以將總的電子系統(tǒng)分為若干個功能模塊，自頂向下分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣可以使電路層次結(jié)構(gòu)清晰，設(shè)計(jì)分工明確，便于理解和操作。

13、2.2新建原理圖設(shè)計(jì)庫文件（1）啟動protel 99 se軟件，選擇菜單“file/new”,彈出如圖6所示的對話框。建立名為“溫度控制及顯示電路.ddb”的原理圖庫文件如下。隨即，此庫文件名將顯示在左欄explore子目錄下。 圖6 創(chuàng)建原理圖庫文件界面（2）雙擊打開庫文件，選擇菜單“file/new”，彈出如圖7所示的對話框。單擊“schematic document”,建立名為“溫度控制及顯示控制電路.prj”的原理圖文件。 圖7 創(chuàng)建原理圖文件界面（3）雙擊原理圖文件，進(jìn)入原理圖編輯界面。2.3載入元件庫點(diǎn)擊界面左側(cè)browse對話框中的“add/remove”按鈕，屏幕上會出現(xiàn)如下

14、圖所示的“元件庫添加/刪除”對話框；選中常用的元件庫miscellaneous devices.ddb、protel dos schematic libraries.ddb和sim.ddb，點(diǎn)擊“add”按鈕即可。 圖8 添加元件庫界面2.4編輯電路總原理圖 （1）選擇“place”菜單下的“sheet symbol”，移動光標(biāo)到原理圖編輯區(qū)內(nèi)， （2）按下“tab”鍵，進(jìn)入放寬電路屬性設(shè)置窗口，編輯方塊電路名（如“信號采集電路”）和方塊電路文件名（如“信號采集電路.sch”）； （3）移動光標(biāo)到合適位置，左擊放置方塊電路模型； （4）重復(fù)上述操作三次，完成總的方塊電路模型； （5)放置方塊電

15、路的i/o端口，注意模塊間的輸入輸出關(guān)系，設(shè)置端口屬性。 圖9 總原理圖繪制2.5繪制子模塊電路建立了項(xiàng)目文件原理圖后，可以單獨(dú)編輯各自模塊電路的原理圖，編輯器會自動完成匹配，生成總的電路原理圖。 單擊“design”菜單下的“creat sheet from symbol”，將光標(biāo)移動到某一方塊電路上，單擊鼠標(biāo)進(jìn)入該模塊的電路原理圖的繪制。2.5.1電路原理圖繪制的基本方法（1）元件放置與布局加載元件庫后，在元件瀏覽器中可瀏覽到各種元件庫元件列表及圖形。選中繪制原理圖所需的元件，點(diǎn)擊“place”按鈕，將選中的元件放置到原理圖中的合適位置?？蓡螕羰髽?biāo)左鍵多次，進(jìn)行同類元件的多個放置，以單擊鼠

16、標(biāo)右鍵結(jié)束放置。為了使元件位置布局合理，原理圖整體效果規(guī)范和美觀，可以對元件位置進(jìn)行調(diào)整。選中目標(biāo)不放，將其拖拽到合適的位置，即可完成移動；選中目標(biāo)后，點(diǎn)擊“space”鍵，還可以使元件做90旋轉(zhuǎn)。（2）原理圖的繪制 繪制導(dǎo)線。選擇視圖/工具欄中的wiring工具欄 點(diǎn)擊電氣線圖標(biāo)連接原理圖中每個元件；添加電源及接地符號；放置電路節(jié)點(diǎn)和端口，以及總線和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號等。（3）元件屬性的編輯雙擊某一元件，進(jìn)入該元件屬性設(shè)置的窗口。通常需要設(shè)置的項(xiàng)目有元件的封裝形式footprint，元件標(biāo)號designation和元件標(biāo)稱值part。不同元件的封裝形式不同，需要特別注意。以下是常用元件的封裝形式：（1

17、）三極管npn封裝號（footprint）為to-92b，器件類別（part）為9013，元件稱號（designator）依次設(shè)為vt1-vt4；（2）電阻res2封裝號(footprint)為axial0.3，標(biāo)示值（part）為阻值，稱號（designator）依次設(shè)為r1-r15；（3）滑動變阻器pot1封裝號（footprint）為vr1，標(biāo)示值（part）為總阻值，稱號（designator）依次設(shè)為rw1-rw4；（4）無極性電容cap封裝號（footprint）為rad0.2，標(biāo)示值（part）為電容值，均為470nf，稱號（designator）c4，c6；（5）電解電容ele

18、ctro1封裝號（footprint）為rb.2/.4，標(biāo)示值（part）為其大小，稱號（designator）c1-c3,c5。2.5.2電源電路的繪制及重要參數(shù)設(shè)置 圖10 電源電路及元件參數(shù)設(shè)置2.5.3信號采集電路繪制 圖11 信號采集電路2.5.4a/d轉(zhuǎn)換及顯示電路繪制 cc14433芯片的部分引腳不用，可以對其做如圖所示的處理，表示不接入電路。 圖12 a/d轉(zhuǎn)換及顯示電路繪制2.5.5報(bào)警電路繪制 圖13 報(bào)警電路繪制2.6.erc電氣規(guī)則檢查 當(dāng)整個電路設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行erc檢查。選擇“tools”下設(shè)的“erc”，彈出如下對話框，點(diǎn)擊ok即可。圖14 erc界面2.7生成網(wǎng)

19、絡(luò)表 網(wǎng)絡(luò)表是原理圖與印制電路板之間的一座橋梁，是印制電路板自動布線的依據(jù)。網(wǎng)絡(luò)表提供了電路的元件清單以及元件之間的互聯(lián)關(guān)系。使用菜單命令【design】/【create netlist】，在彈出的對話框中，單擊ok即可生成與原理圖同名的網(wǎng)絡(luò)表文件*.net。 圖 15 網(wǎng)絡(luò)表對話框2.8生成材料清單執(zhí)行菜單命令【report】/【bill of material】出現(xiàn)新的對話框選擇“project”點(diǎn)擊下一步，其他默認(rèn)直到倒數(shù)第二步將protel format、csv format、client spreadsheet全部選中點(diǎn)擊下一步和finish就生成了材料清單，材料清單見附錄1。3.印

20、制電路板設(shè)計(jì)3.1創(chuàng)建pcb文件（1） 執(zhí)行“filenew”命令，選擇創(chuàng)建pcb文件。（2） 雙擊pcb文件圖標(biāo)，進(jìn)入pcb設(shè)計(jì)界面。3.2電路板的規(guī)劃及網(wǎng)絡(luò)表的載入（1）在pcb設(shè)計(jì)界面，單擊標(biāo)簽“keepout layer”進(jìn)入禁止布線層。執(zhí)行“placetrack”命令，移動光標(biāo)繪制電路板邊框。（2）選擇“design ”菜單下的“creat netlist”，在彈出的“netlist file”對話框中瀏覽并選中網(wǎng)絡(luò)表文件，單擊“execute”按鈕，即可加載網(wǎng)絡(luò)表格。在網(wǎng)絡(luò)表文件載入時，常常會出現(xiàn)兩種錯誤：footprint not found(封裝元件遺漏)、node not f

21、ound(引腳遺漏)。在加載的時候，應(yīng)該注意改正錯誤，得到正確的網(wǎng)絡(luò)表。 圖16 導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表后界面3.3手動制作封裝庫文件 本電路有一個元件單刀雙擲繼電器開關(guān)，在元件封裝庫里找不到對應(yīng)的封裝，在導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表時提示有錯，所以，我對此元件單獨(dú)建立了一個封裝庫文件，手動制作了它的封裝。 (1)創(chuàng)建封裝庫文件，操作同原理圖文件的新建方法。 (2)根據(jù)元件實(shí)際情況，放置焊盤，設(shè)置其參數(shù)并確定位置。 (3)切換到topoverlayer,用線條工具繪制元件封裝的外形輪廓線。 (4)設(shè)置元件的參考原點(diǎn)，并將文件保存為原理圖中此元件的名字。 圖 17 新建的元件封裝3.4手動布局與自動布線 由于此電路圖元件較多

22、，不適合自動布局，所以我采取了手動布局的方法，手工完成電路板的布局。對于布線操作，我采取了系統(tǒng)自動布線的方式。因?yàn)樵谑謩硬季謺r，已注意使有關(guān)聯(lián)的元件盡量排布在一起，所以自動布線操作非常成功。 （1）用鼠標(biāo)拖開重疊的元件，手動布局，使所有的元件互不重疊。在確定元件放置位置時，要注意相關(guān)聯(lián)元件的放置，盡量使各元件之間的連線最短。 (2)在“auto route”下拉菜單中點(diǎn)擊“all”進(jìn)行自動布線。 圖 18 手動布局后的pcb 圖19 布線后的pcb圖3.5電路板設(shè)計(jì)技巧鋪銅 執(zhí)行“placeploygon plane”命令，選擇需要鋪銅的區(qū)域點(diǎn)吉鼠標(biāo)右鍵進(jìn)行鋪銅。圖 20 鋪銅后的pcb圖4個

23、人小結(jié)經(jīng)過此次protel應(yīng)用課程設(shè)計(jì)，我初步了解了其基本操作過程，并成功地完成了溫度顯示及控制電路pcb的設(shè)計(jì)；遺憾的是，對該電路的仿真分析沒有能夠?qū)崿F(xiàn)。 本次課程設(shè)計(jì)，我選擇了一個具有挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目層次電路的設(shè)計(jì)。這是我首次接觸到protel層次電路設(shè)計(jì)的概念，通過在溫度顯示及控制電路中的運(yùn)用，我更加具體地明白了其優(yōu)越性，模塊化的設(shè)計(jì)思路會讓電路更清晰易懂。 自己做的時候并不是一帆風(fēng)順，某些特殊元件都是在網(wǎng)上搜索其各種信息，花費(fèi)好多時間在各個元件庫里查找才發(fā)現(xiàn)的，如 cc14433是在motoral converter庫里找到的。在生成pcb前的加載網(wǎng)絡(luò)表也不斷出錯，最要命的是封裝號的問題，

24、陌生的元件只能借助于網(wǎng)絡(luò)，雖然借了諸多書籍，但查找基本上都沒有。但是，我沒有灰心，如單刀雙擲繼電器開關(guān)，我按照指導(dǎo)書為其手動只做了一個封裝，然后所有問題都解決了，那時真的特別有成就感。仿真時的問題就更大了。電路圖太復(fù)雜，現(xiàn)有知識有限，只能做局部仿真了。在仿真時元件參數(shù)的設(shè)置中，我深深得體會到了細(xì)節(jié)的重要性。一些小細(xì)節(jié)如果淡化了，就真的會導(dǎo)致全盤皆輸。 我以前從沒有像這樣認(rèn)真的學(xué)過一個軟件，也沒有像這樣認(rèn)真的做過一門課程設(shè)計(jì)。這次的經(jīng)歷，讓我堅(jiān)定了自己的信念。作為一名通信的學(xué)生，我應(yīng)該多去嘗試各種專業(yè)軟件的使用，多去動手設(shè)計(jì)制作各種電路模型，這對于我自己今后的發(fā)展很有益處。 5參考文獻(xiàn)：1電路仿

25、真與pcb設(shè)計(jì)-pspice8.0,multism 2001及protel 99 se的應(yīng)用駱新全 黃玲玲 編著 北京航空航天大學(xué)出版社2protel電路設(shè)計(jì)教程（第2版）江思敏 陳明 編著 清華大學(xué)出版社3.電路設(shè)計(jì)與仿真譚孝輝 主編 電子科技大學(xué)出版社4.protel 99 se印刷電路板設(shè)計(jì)技術(shù)王栓柱 主編 西北工業(yè)大學(xué)出版社 5.電子cad入門protel 99 se胡繼勝 主編 中國電力出版社附錄材料清單part typedesignatorfootprintdescription0.1fc6rad0.2capacitor0.1fc5rad0.2capacitor0.1fc7rad0

26、.2capacitor0.1fc9rad0.2capacitor0.1fc8rad0.2capacitor0.1ufc13rad0.1capacitor0.1ufc12rad0.1capacitor1kr21axial0.31kr25axial0.31kr23axial0.31kr22axial0.31kr19axial0.31kr20axial0.31kr18axial0.31kr17axial0.31mr24axial0.31n4001d5diode0.4diode3.3kr12axial0.34.7kr26axial0.39.1kr13axial0.310kr7axial0.310kr8axial0.310kr4axial0.310kr5axial0.310kr6axial0.310kr9axial0.310kr2vr2potentiometer10kr1vr2potentiometer10kr11axial0.310kr10axial0.310kr3vr2potentiometer100kr14vr2potentiometer300kr16axial0.3470kr15axial0.3470ufc10rb.2/.4